Istraživači sa Masačusetskog instituta za tehonologiju (MIT) i Stanford univerziteta su pronašli novi način da transformišu otpadnu toplotu u električnu energiju, naročito u situacijama kada je temperaturni gradijent mali, ispod 100 stepeni Celzijusa. Tehnologija koristi široko dostupne materijale, i može se koristiti za recikliranje velike količine izgubljene toplote generisane u industrijskim procesima i elektroenergetskim postrojenjima.
Prema Agenciji za zaštitu životne sredine Sjedinjenih Američkih Država (EPA - US Environment Protection Agency), jedna trećina industrijske potrošnje energije u Sjedinjenim Američkim Državama se gubi u obliku toplote. Ukoliko bismo mogli povratiti makar mali deo toga, bićemo u mogućnosti da značajno smanjimo potrošnju energije.
Naučnici su se okrenuli ka termoelektričnim materijalima, koji mogu da generišu električnu energiju iz gradijenta temperature, kao mogućem rešenju. Međutim, postoje dva problema sa tim pristupom:
- Prvo, oni su uglavnom napravljeni od retkih materijala, što znači da su skupi i da ne mogu biti ekonomični za industrijsku primenu, i
- drugo, kada je otpadna toplota samo nekoliko desetina stepeni toplija od okolnog okruženja, što je vrlo često, njihova efikasnost kao termoelektričnih materijala je od samo oko 0,5 odsto.
Istraživači sa Masačusetskog instituta za tehnologiju i Stanford univerziteta, predvođeni profesorom Gangom Čenom (Gang Chen), su osmislili alternativni pristup koji iskorišćava termogalvanički efekat, koji opisuje neobičan odnos između temperature baterije i napona na kome ona može efikasno da se napuni.
Naučnici su izgradili sistem koji omogućava da otpadna toplota prvo podigne temperaturu baterije. Zbog termogalvaničnog efekta, baterija sada može da se napuni na nižoj voltaži nego što bi to normalno bilo potrebno. Baterija se zatim ostavi da se ohladi, i u ovom trenutku njena niža temperatura joj omogućava da se isprazni na višoj voltaži, oslobaćajući više energije nego što je stavljeno u nju kroz električnu mrežu. Razlika u energiji je sakupljena iz otpadne toplote.
Ideja korišćenja termogalvaničnog efekta za generisanje električne energije je prvi put predložena 1950-tih godina, gde je pokazala efikasnost i do 50 odsto po Karnoovoj granici.
U odnosu na prvobitni sistem, profesor Čen i njegove kolege su postigle sposobnost da iskoriste mnogo manje razlike u temperaturi sa relativno visokom efikasnošću (razlika od 50 stepeni Celzijusa, sa efikasnošću od 5,7 odsto) i korišćenjem uobičajeno raspoloživih materijala, kao što je bakar, koji bi lako mogli da funkcionišu i u velikim razmerama. I na kraju, njihov sistem bi mogao biti proizveden prilično lako, jer se jako dobro uklapa u postojeće proizvodne lance.
Istraživači će se sada pozabaviti preostalim izazovima - naime, niska gustina napona od 1,2W/kg u poređenju sa termoelektričnim materijalim, brzina ciklusa baterije od oko jednog sata, i potreba za opširnijim testovima kako bi se osigurao sveukupan koristan radni vek proizvoda.
Članak koji opisuje rezultate istraživanja je nedavno objavljen u stručnom časopisu „Nature Communications“.
