Перетворить "зайве" тепло на електрику: створено інноваційний пристрій

Група інженерів і матеріалознавців кафедри машинобудування імені Пола М. Реді в Каліфорнійському університеті в Боулдері розробила нову технологію перетворення відпрацьованого теплового випромінювання на електрику. Про це пише Tech Xplore.

Вчені стверджують, що їхнє дослідження може здійснити революцію в обробній промисловості завдяки збільшенню вироблення електроенергії без необхідності у високотемпературних джерелах тепла або дорогих матеріалах.

"Тепло — це поновлюване джерело енергії, яке часто не беруть до уваги. Дві третини всієї енергії, яку ми використовуємо, перетворюється на тепло", — сказав керівник дослідницької групи, доцент Лунцзі Цуй.

Як зазначають у виданні, високотемпературні промислові процеси і технології збору відновлюваної енергії часто використовують метод перетворення теплової енергії, званий термофотовольтаїкою (ТФВ). Цей метод використовує теплову енергію з високотемпературних джерел тепла для вироблення електроенергії.

Однак наявні ТФВ-пристрої мають істотний недолік: закон теплового випромінювання Планка накладає обмеження на доступну теплову енергію, яку можна отримати з високотемпературного джерела за будь-якої заданої температури.

Щоб розв'язати цю проблему, вчені модифікували наявні конструкції ТФВ і використовували інший підхід. Вони розробили унікальний і компактний ТФВ-пристрій, який може поміститися в руці людини, подолавши межу вакууму, що визначається законом Планка, і подвоївши питому потужність, доступну традиційним конструкціям ТФВ.

На відміну від інших моделей ТФВ, в яких між джерелом тепла і сонячним елементом використовується вакуумний або заповнений газом зазор, в новій конструкції використовується ізольована, високоіндексна і прозора прокладка з чистого скла. Це дає змогу тепловим хвилям проходити через пристрій без втрати міцності, покращуючи вироблення електроенергії. Однією з переваг цього матеріалу є його дешевизна.

За словами вчених, їхня технологія може працювати за нижчих температур, сумісних із більшістю промислових процесів, і при цьому виробляти таку саму електроенергію, як і раніше. Новий пристрій працює за температури 1000 °C і виробляє потужність, еквівалентну 1400 °C в наявних пристроях ТФВ.

"Коли ми вивчали цю технологію, ми теоретично передбачали високий рівень поліпшення. Але ми не були впевнені, як це виглядатиме в реальному експерименті. Після проведення експерименту та опрацювання даних ми самі побачили поліпшення і зрозуміли, що це щось грандіозне", — сказав аспірант Мохаммад Хабібі.

Повідомляється, що розроблена вченими технологія може збирати тепло з геотермальних, ядерних і сонячних установок, а також зберігати чисту енергію і знижувати викиди вуглецю. Після оптимізації її можна буде застосовувати в таких промислових процесах, як виробництво скла, сталі та цементу.

"У нашому пристрої використовується вже наявна комерційна технологія. Його можна масштабувати природним чином для впровадження в цих галузях", — заявив Лунцзі Цуй.

Нагадаємо, компанія JetWind Power встановила на території аеропорту Dallas Love Field у США перші у своєму роді контейнери, які перетворюють вітер, що створюється літаками, на чисту електроенергію.

Своєю чергою дослідники з Кембриджського університету розробили пристрій, який витягує вуглекислий газ (CO₂) з повітря і перетворює його на стійке паливо, використовуючи сонячне світло як джерело енергії.