Silniki spalinowe stosowane w pojazdach zasilanych gazem wykorzystują tylko jedną czwartą potencjalnej energii paliwa, a reszta jest tracona w postaci ciepła przez gazy spalinowe. Nowe badania opublikowane w czasopiśmie ACS Applied Materials & Interfaces pokazują sposób przekształcania odpadów ciepła na energię elektryczną. Naukowcy przedstawili prototyp systemu generatora termoelektrycznego, który może zmniejszyć zużycie paliwa i ograniczyć emisję dwutlenku węgla, co sprzyja rozwojowi inicjatyw w zakresie zrównoważonej energetyki w szybko zmieniającym się świecie.
Nieefektywne wykorzystanie paliwa przyczynia się do emisji gazów cieplarnianych i podkreśla potrzebę nowych systemów odzyskiwania odpadów ciepła. Systemy te, zwane termoelektrycznymi, wykorzystują materiały półprzewodnikowe do przekształcania ciepła w energię elektryczną dzięki różnicy temperatur. Wiele współczesnych konstrukcji urządzeń termoelektrycznych jest jednak nieporęcznych i skomplikowanych, wymagając dodatkowej wody chłodzącej do utrzymania wymaganej różnicy temperatur.
Zespół naukowców pod kierunkiem Wenjie Li i Beda Pudeła opracował kompaktowy system generatora termoelektrycznego, który skutecznie przekształca ciepło gazów spalinowych pojazdów o dużych prędkościach, takich jak samochody, helikoptery i bezzałogowe statki powietrzne, na energię elektryczną.
Nowy generator termoelektryczny zawiera półprzewodnik z tellurku bizmutu i wykorzystuje wymienniki ciepła podobne do tych stosowanych w klimatyzatorach, aby wychwytywać ciepło z rur wydechowych pojazdów. Dodatkowo system wyposażony jest w radiator, który znacząco zwiększa różnicę temperatur, co bezpośrednio wpływa na moc wyjściową urządzenia.
Prototyp generatora osiągnął moc wyjściową 40 W — wystarczającą do zasilania standardowej żarówki. Badania wykazały również, że wysoka prędkość przepływu powietrza, charakterystyczna dla rur wydechowych, poprawia wydajność i zwiększa moc elektryczną systemu.
W symulacjach imitujących warunki wysokiej prędkości system generatora termoelektrycznego wykazał wysoką wydajność: wytwarzał do 56 W z gazów spalinowych samochodu i 146 W z gazów spalinowych helikoptera. To odpowiada mocy pięciu i 12 baterii litowo-jonowych typu 18650 odpowiednio.
Naukowcy zauważają, że ich system może zostać zintegrowany bezpośrednio z układami wydechowymi bez konieczności dodatkowych urządzeń chłodzących. Dodają, że w miarę wzrostu zapotrzebowania na czystą energię ta technologia może utorować drogę do szerokoskalowego wdrożenia urządzeń termoelektrycznych w transporcie.