Ca țară, mai mult de jumătate din cheltuielile pe energie vor risipi, potrivit unui raport al Laboratorului Național Lawrence Livermore.
Unul dintre primii vinovați este căldura. Fabricile, cum ar fi fabricile de oțel, degajă o cantitate extraordinară de energie sub formă de căldură - dar căldura aproape întotdeauna scapă în atmosferă, unde nu se poate face foarte bine.
Dar o echipă de oameni de știință care lucrează în cooperare între Institutul Tehnologic din Massachusetts și Universitatea Stanford au dezvoltat un nou tip de baterie care poate ajuta la exploatarea evacuării de căldură și la pâlnie înapoi în rețea, profitând de un principiu mai puțin cunoscut numit efect termogalvanic.
Până în prezent, cea mai mare parte a cercetărilor privind conversia căldurii reziduale s-a concentrat pe puterea termoelectrică. Generatoarele termoelectrice, de exemplu, au crescut în popularitate în ultimii câțiva ani. Sistemele mută electronii de la partea fierbinte a unui material conductor, cum ar fi metalul, la partea rece; odată acolo, electronii pot fi convertiți în curent în dispozitive de alimentare sau încărcați o baterie. Generatoarele sunt utilizate pentru a alimenta lucruri precum sistemele de radio și telemetrie pe conductele de gaz, ca surse de alimentare de rezervă pentru site-urile de cercetare fără pilot și chiar ca sursă de energie regenerabilă pe rover Mars Curiosity.
Sistemul este atât de cunoscut și de bine cercetat, încât este deja utilizat în produsele destinate consumatorilor, inclusiv popularul BioLite CampStove.
Dar, potrivit lui Yi Cui, profesor asociat la Stanford, care a ajutat la dezvoltarea conducerii noii baterii, generatoarele termoelectrice nu pot recolta în mod adecvat energia de la fabricile mari și fabricile care nu funcționează la fel de fierbinte ca, de exemplu, un foc de tabără.
Căldura uzată care rezultă dintr-o fabrică de oțel, de exemplu, nu este suficient de fierbinte (sau bateria nu poate fi răcită suficient) pentru ca o reacție termoelectrică să funcționeze.
Lucrând în strânsă colaborare cu o echipă de la MIT, condusă de Gang Chen, un cercetător cu un fundal profund în termoelectrică, Cui a dezvoltat în schimb o baterie concepută special cu așa-numita căldură „de grad scăzut”.
Noul concept este centrat în jurul unei baterii bazate pe apă destul de standard cu un electrod pozitiv și negativ. Echipa a plasat o baterie goală într-o zonă cu multă căldură uzată și apoi a început să o încarce. După ce bateria a fost complet încărcată, au răcit-o la temperatura camerei, moment în care a fost descărcată - iar bateria răcită poate descărca mai multă energie decât a fost introdusă în ea.
Acesta este fenomenul termogalvanic la locul de muncă.
„O schimbare a temperaturii determină o schimbare a energiei libere, iar puterea se schimbă mult”, spune Cui. De fapt, bateria preia energie de la căldura uzată - altfel energia irosită care ar putea fi readusă în rețea.
Bateriile, spre deosebire de sistemele termoelectrice, în prezent nu pot pleca complet din afara rețelei, deoarece acestea necesită un curent direct pentru încărcare. Ideea este însă că va trebui să atrageți mai puțină putere din rețea pentru a o face.
Echipa continuă să experimenteze cât de repede poate încălzi și răci bateriile și de câte ori o celulă poate fi pornită înainte de a fi cheltuită. În laborator, bateria durează câteva ore pentru a finaliza un ciclu de încărcare-descărcare. Echipa nu a împins nici o celulă prin mai mult de 50 de cicluri.
Momentan nu avem o idee clară a puterii pe care o poate produce un sistem precum Cui's. Cui are în vedere în cele din urmă un circuit al mai multor celule care pot fi instalate într-o fabrică. Pe măsură ce temperatura unei celule crește de la expunerea la căldura uzată, o alta trece în ciclul de răcire.
„Jumătate dintre ei se încarcă la o temperatură ridicată, iar jumătate dintre ei se descarcă la o temperatură scăzută”, spune el.
În prezent, obiectivul principal este căldura reziduală produsă din fabrică, dar Cui consideră că sistemul ar putea fi aplicat în altă parte în viitor. Echipa poate experimenta și alte materiale pentru baterii care ar putea permite aplicarea efectului termogalvanic la niveluri de căldură mai ridicate, cum ar fi cele produse de un șemineu sau un cuptor.
Într-o perioadă în care sistemele de recoltare a energiei devin deja obișnuite peste mări, sisteme precum Cui s-ar putea dovedi neprețuite pentru a explora noi domenii de energie în Statele Unite. În următorii câțiva ani, căldura de la metroul Londrei va fi folosită pentru a încălzi aproximativ 1.400 de locuințe. Și o mare parte din energia Danemarcei provine din căldura reziduală.
Cu invenții de genul acesta, am putea începe să luăm pasul.
