Urcați spre un loc de camping evaziv, pachet umplut cu suficient echipament pentru a vă păstra conținut pentru o retragere de trei zile departe de viața haotică din oraș. Dar când ești gata să pleci, îți dai seama că nu numai că telefonul mobil a murit, bateria sa a fost consumată după ce ați căutat un semnal întreaga perioadă în care l-ați ascuns, dar nu vă puteți aminti foarte bine unde ați urcat, înseamnă că GPS-ul de pe telefonul dvs. este linia de salvare din nou la realitate. Din fericire, din cauza unui nou material încorporat în vasul dvs. de gătit, tot ce trebuie să faceți este să porniți vasul, să încălziți apa din interior și să conectați telefonul în portul conectat la acesta. În doar câteva ore, telefonul dvs. va fi încărcat și îl puteți face înapoi în siguranță la camionul dvs. parcat la cap.
Cercetătorii de la Universitatea din Utah au descoperit recent că materialul non-toxic compus din trei elemente chimice - calciu, cobalt și terbiu - generează energie termoelectrică din căldura reziduală. Prin sandwich-ul Ca3Co4Og între un strat care este fierbinte, cum ar fi o oală de gătit și un strat care este rece, precum mâncarea sau apa din oală, încărcarea de la capătul fierbinte se deplasează prin capătul rece, producând o tensiune electrică.
Energia este generată printr-un proces termoelectric folosind diferențe de temperatură. În acest caz, spune Shrikant Saini, cercetătorul post-doc științific și inginerie, chiar și un grad de diferență de temperatură produce o tensiune detectabilă.
„În materialele termoelectrice, când un capăt al materialului este fierbinte și celălalt capăt este rece, transportatorii de încărcare de la capătul cald se deplasează prin material la capătul rece, generând o tensiune electrică”, spune Saini, autor principal pe hârtie recent publicat în Rapoarte științifice . "Câteva miligrame din acest material vor furniza aproximativ o microwatt de electricitate."
Deoarece materialul este o descoperire atât de nouă, Saini spune că sunt în mijlocul analizei gramelor exacte la măsurarea în wați; cu toate acestea, estimarea lor brută arată că pentru a genera un watt de putere, au nevoie de aproximativ cinci grame de material.
În acest grafic, căldura de la o sobă fierbinte, cuplată cu apa mai rece sau alimente dintr-un vas de gătit, ar putea genera suficientă energie electrică pentru a încărca un telefon mobil. (Ashutosh Tiwari) Un vechi proverb ne avertizează „să nu pierdem, să nu vrem”. Dar deșeurile - risipa de energie - este dificil de capturat. În SUA, aproape jumătate din energia noastră este pierdută din cauza ineficienței, iar cea mai mare parte a energiei noastre este încă generată de petrol neregenerabil, gaz natural și cărbune. Conform unei diagrame energetice din SUA asamblate de Laboratorul Național Lawrence Livermore, din cele 97, 4 quadrilaje de unități termice britanice (sau quads) de energie brută generată în 2013 din energie solară, nucleară, hidro, eoliană, geotermală, gaze naturale, cărbune, biomasă și petrol., doar 38, 4 quads au fost efectiv utilizate. Asta înseamnă că au fost irosite 59 de quads. Găsirea unui mod de a colecta și utiliza această energie irosită ar putea oferi o resursă durabilă pentru viitor.
„Căldura reziduală este într-adevăr un mare rezervor de energie posibil, dar totuși vast”, spune Jeffrey Urban, directorul instalației anorganice la Molecular Foundry la Berkeley Labs. „Termoelectricele sunt o cale promițătoare de a valorifica și de a profita de această resursă - transformă direct căldura în electricitate fără piese mobile, lichide de lucru sau alte complexități mecanice.”
Urban observă că eficiența, costurile materialelor și ușurința de implementare sunt toate considerente importante ale ingineriei, adăugând: „Datorită fizicii de transport complexe, termoelectricele tind să funcționeze optim la o singură temperatură.”
Compozițiile anterioare de material termoelectric erau constituite din cadmiu, telurură sau mercur - elemente care erau toate toxice pentru om și, conform cercetărilor lui Saini, nu erau la fel de stabile ca combinația Ca3Co4Og. De asemenea, materialele termoelectrice anterioare nu au fost scalabile, deoarece au fost obținute din fabricarea sau fabricarea de cristale unice, care este atât scump, cât și provocator. Combinația chimică a lui Saini poate permite aplicarea pe scară largă a acestei tehnologii termoelectrice, deoarece substanțele chimice sunt ușor disponibile pentru a amesteca și a găti pentru a obține materialul non-toxic, făcând mai ușoară fabricarea în loturi mai mari. Acest lucru face ca descoperirea să fie un posibil schimbător de jocuri.
„Anticipăm multe aplicații ale acestui material”, spune Saini. Universitatea din Utah a solicitat un brevet. Saini nu este în măsură să dezvăluie anumite detalii specifice, dar adaugă că materialul nou poate fi folosit în bijuterii, vase de gătit și automobile - sau chiar are aplicații medicale viitoare.
Termoelectricitatea - sau electricitatea produsă prin diferențele de temperatură - își are originea în 1821, când Thomas Seebeck și Jean Peltier au descoperit conversia căldurii în electricitate. Trei decenii mai târziu, în 1851, William Thomson (cunoscut și sub numele de Lord Kelvin) a descoperit că trecerea unui curent electric printr-un material îl poate încălzi sau răci, în funcție de modul în care electronii sunt difuzați. De atunci, domeniul a continuat să evolueze pe măsură ce oamenii de știință lucrează pentru a aduce termoelectricele la o tehnologie scalabilă.
Joshua Zide, profesor asociat de știință și inginerie a materialelor la Universitatea din Delaware, studiază elemente de pământ rare, în special terbiu, care face parte din combinația de elemente chimice pentru descoperirea lui Saini. El spune că terbiul nu este neapărat la fel de abundent așa cum sugerează cercetătorii, deși cantitatea folosită în compoziția chimică poate face ca cantitățile mari să devină un punct de molimă.
„[Terbium] este, de fapt, mult mai comun decât telurul, care este utilizat în mod uzual în termoelectrice, dar este de fapt oarecum rar”, spune Zide. „Acest lucru a dus la creșteri mari de prețuri în ultimii ani, deoarece cererea a crescut atât pentru celule solare termoelectrice cât și pentru CdTe [celule solare fotovoltaice teluride din cadmiu - a doua cele mai comune pe piață]”.
Saini spune că această tehnologie termoelectrică a avut nevoie de aproape zece ani până la îndeplinire, obiectivul inițial fiind acela de a crea un material eficient înainte ca echipa să adauge biologic la cerințele sale finale. Odată ce produsul este patentat, vor să îl introducă comercial. „În acest moment, putem spune doar că în mașini există multă căldură uzată, care poate fi folosită pentru a se transforma în electricitate”, spune Saini.
Viitorul energiei termoelectrice este promițător, în special cu această nouă descoperire. Art Gossard, profesor emerit de materiale și inginerie electrică și informatică la Universitatea din California-Santa Barbara, consideră că noua tehnologie ar putea avea aplicații viitoare în avansarea militară, în special nava complet electrică.
„Ați putea folosi căldura provenită de la cazanele și reactoarele dvs. pentru a genera energie electrică care ar conduce motorul electric și ar împinge nava electrică”, spune Gossard. „Această navă ar avea avantajul de a nu lăsa în urmă o plumă de apă caldă, ceea ce facilitează urmărirea. Dar ar necesita megawati de putere, iar termoelectrică nu este încă dimensionată până în această măsură. "
Cu acest material, poate vom ajunge acolo.
