Μια επιστημονική ομάδα από το Queensland University of Technology (QUT) κατάφερε να αναπτύξει ένα πρωτοποριακό υλικό που μετατρέπει τη χαμένη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια με αποδοτικότητα που μέχρι σήμερα θεωρούνταν αδύνατη.
Πρόκειται για μια ένωση βασισμένη σε άργυρο, χαλκό και τελλουρίδιο, η οποία ενισχύθηκε με μαγγάνιο. Η προσθήκη αυτού του στοιχείου αποδείχθηκε καθοριστική, καθώς το υλικό πέτυχε απόδοση 13%, ένα εντυπωσιακό ποσοστό, αν σκεφτεί κανείς ότι οι περισσότερες γνωστές θερμοηλεκτρικές ενώσεις σπάνια ξεπερνούν τα λίγα ποσοστιαία σημεία.
Η βασική ιδέα πίσω από την τεχνολογία των θερμοηλεκτρικών υλικών είναι απλή αλλά εξαιρετικά σημαντική: κάθε μέρα, τεράστιες ποσότητες ενέργειας που παράγονται από αυτοκίνητα, βιομηχανίες και εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής χάνονται υπό μορφή θερμότητας. Αυτή η θερμότητα διαφεύγει στο περιβάλλον χωρίς να αξιοποιείται. Η θερμοηλεκτρική έρευνα στοχεύει ακριβώς εκεί, στην ανάκτηση αυτής της χαμένης ενέργειας και στη μετατροπή της σε ηλεκτρικό ρεύμα.
Στην περίπτωση της νέας ένωσης, το μυστικό βρίσκεται στη δομή της. Η εισαγωγή μαγγανίου άλλαξε την εσωτερική ηλεκτρονική διάταξη του υλικού. Το αποτέλεσμα ήταν διπλό: βελτιώθηκε ο λεγόμενος «παράγοντας ισχύος» και ταυτόχρονα μειώθηκε η θερμική αγωγιμότητα. Με απλά λόγια, το υλικό μπόρεσε να παράγει περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια ενώ σπαταλούσε λιγότερη θερμότητα.
Η θεωρία αυτή δεν έμεινε μόνο στα χαρτιά. Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε ένα λειτουργικό πρωτότυπο, το οποίο δοκιμάστηκε στην πράξη. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τις προβλέψεις: από κάθε 100 μονάδες θερμότητας που εισέρχονταν στη συσκευή, οι 13 μετατρέπονταν σε ηλεκτρική ενέργεια. «Ίσως το 13% να ακούγεται μικρό ποσοστό, αλλά στον χώρο της θερμοηλεκτρικής έρευνας είναι ένα τεράστιο βήμα», τόνισε ο καθηγητής Zhi-Gang Chen, επισημαίνοντας ότι η επίδοση αυτή κατατάσσει το νέο υλικό στις κορυφαίες τεχνολογίες παγκοσμίως.
Τα πλεονεκτήματα, ωστόσο, δεν περιορίζονται μόνο στην αποδοτικότητα. Σύμφωνα με τους ερευνητές, το υλικό δεν απαιτεί τη χρήση τοξικών στοιχείων, κάτι που το καθιστά ασφαλέστερο για το περιβάλλον. Επιπλέον, είναι σταθερό και εύκολο στην παραγωγή, γεγονός που αυξάνει σημαντικά τις πιθανότητες να βρει άμεσες εφαρμογές στη βιομηχανία. Ο Dr. Xiao-Lei Shi υπογράμμισε ότι η ένωση αυτή μπορεί να αξιοποιηθεί σε πολλούς τομείς: από την ανάκτηση θερμότητας στις γραμμές παραγωγής έως τον κλάδο της αυτοκινητοβιομηχανίας, συμβάλλοντας έτσι στη μείωση των εκπομπών και στη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης.
Από επιστημονικής πλευράς, η μελέτη κατέγραψε μια εντυπωσιακή τιμή ZT 1.88 στους 773 Kelvin, μια από τις υψηλότερες που έχουν σημειωθεί για αυτήν την κατηγορία υλικών. Το επίτευγμα αυτό, που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Energy & Environmental Science, επιβεβαιώνει την αποτελεσματικότητα της τεχνικής που αποκαλείται «electronic band engineering». Η μέθοδος αυτή επιτρέπει στους ερευνητές να επεμβαίνουν στη δομή των υλικών σε ηλεκτρονικό επίπεδο, ώστε να βελτιώσουν τις επιδόσεις τους.
Το πιο ελπιδοφόρο στοιχείο της έρευνας είναι οι δυνατότητες που ανοίγει για την πράσινη ενέργεια. Μέχρι σήμερα, η θερμότητα που παράγεται καθημερινά από εργοστάσια, οχήματα και ηλεκτρονικές συσκευές καταλήγει να χάνεται. Με την αξιοποίηση υλικών όπως αυτό, οι επιστήμονες δείχνουν ότι είναι εφικτό να μετατραπεί αυτή η «χαμένη» ενέργεια σε ηλεκτρικό ρεύμα, προσφέροντας μια νέα, καθαρή πηγή ενέργειας.
Εάν η τεχνολογία κλιμακωθεί σε βιομηχανικό επίπεδο, θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο διαχειριζόμαστε την ενέργεια. Φανταστείτε εργοστάσια που όχι μόνο περιορίζουν τις εκπομπές τους, αλλά παράλληλα παράγουν επιπλέον ρεύμα από τη θερμότητα που διαφορετικά θα εξαφανιζόταν. Ή αυτοκίνητα που εκμεταλλεύονται τη θερμότητα της μηχανής για να τροφοδοτούν ηλεκτρικά συστήματα, μειώνοντας την κατανάλωση καυσίμου.
[via]
