Ως χώρα, περισσότερα από τα μισά από αυτά που δαπανούμε για την ενέργεια πρόκειται να σπαταληθούν, σύμφωνα με έκθεση του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore.
Ένας από τους κύριους ενόχους είναι η ζέστη. Τα εργοστάσια, όπως τα χαλυβουργεία, εκπέμπουν μια τεράστια ποσότητα ενέργειας με τη μορφή θερμότητας - αλλά αυτή η θερμότητα σχεδόν πάντα διαφεύγει στην ατμόσφαιρα, όπου δεν μπορεί να κάνει πολλά καλά.
Αλλά μια ομάδα επιστημόνων που συνεργάζονται μεταξύ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης και του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ έχουν αναπτύξει έναν νέο τύπο μπαταρίας που μπορεί να βοηθήσει στην εξάτμιση της θερμότητας και να τη διοχετεύσει πίσω στο δίκτυο, εκμεταλλευόμενη μια λιγότερο γνωστή αρχή που ονομάζεται θερμογλωσσική επίδραση.
Μέχρι τώρα, η πλειοψηφία των ερευνών γύρω από τη μετατροπή της απορριπτόμενης θερμότητας εστιάστηκε στη θερμοηλεκτρική ενέργεια. Οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, για παράδειγμα, έχουν αυξηθεί στη δημοτικότητα τα τελευταία χρόνια. Τα συστήματα μεταφέρουν ηλεκτρόνια από την θερμή πλευρά ενός αγώγιμου υλικού, όπως το μέταλλο, στην ψυχρή πλευρά. όταν υπάρχει, τα ηλεκτρόνια μπορούν να μετατραπούν σε συσκευές ρεύματος ή να φορτίσουν μια μπαταρία. Οι γεννήτριες χρησιμοποιούνται για να τροφοδοτήσουν τα συστήματα ραδιοφώνου και τηλεμετρίας στους αγωγούς φυσικού αερίου, ως εφεδρικές πηγές ενέργειας για μη επανδρωμένους ερευνητικούς χώρους και ακόμη και ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας στον δρομέα του Mars Curiosity.
Το σύστημα είναι τόσο γνωστό και καλά ερευνημένο που ήδη χρησιμοποιείται σε προϊόντα που απευθύνονται σε καταναλωτές, συμπεριλαμβανομένου του δημοφιλούς BioLite CampStove.
Αλλά, σύμφωνα με τον Yi Cui, αναπληρωτή καθηγητή στο Stanford, ο οποίος βοήθησε στην ανάπτυξη της νέας μπαταρίας, οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες δεν μπορούν να αντλήσουν επαρκώς ενέργεια από μεγάλα εργοστάσια και εργοστάσια που δεν τρέχουν τόσο καυτά όπως, για παράδειγμα, φωτιά στο στρατόπεδο.
Η απόρριψη θερμότητας που προέρχεται από ένα χαλυβουργείο, για παράδειγμα, δεν είναι αρκετά ζεστό (ή η μπαταρία δεν μπορεί να κρυώσει αρκετά) για να λειτουργήσει μια θερμοηλεκτρική αντίδραση.
Σε στενή συνεργασία με μια ομάδα στο MIT με επικεφαλής τον Gang Chen, ερευνητή με βαθύ υπόβαθρο στη θερμοηλεκτρική, ο Cui ανέπτυξε αντ 'αυτού μια μπαταρία που σχεδιάστηκε ειδικά με τη λεγόμενη θερμότητα "χαμηλής ποιότητας".
Η νέα ιδέα επικεντρώνεται γύρω από μια αρκετά πρότυπη μπαταρία με βάση το νερό με θετικό και αρνητικό ηλεκτρόδιο. Η ομάδα έβαλε μια άδεια μπαταρία σε μια περιοχή με πολλή απόβλητα θερμότητας και στη συνέχεια άρχισε να χρεώνει. Μόλις η μπαταρία φορτιστεί πλήρως, το έψαξε σε θερμοκρασία δωματίου, οπότε εκφορτώθηκε- και η ψυχρή μπαταρία μπορεί να εκφορτίσει περισσότερη ενέργεια από ό, τι τοποθετήθηκε σε αυτήν.
Αυτό είναι το thermogalvanic φαινόμενο στην εργασία.
"Μια αλλαγή στη θερμοκρασία προκαλεί μια αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια και η ισχύς αλλάζει πολύ", λέει ο Cui. Στην πραγματικότητα, η μπαταρία παίρνει ενέργεια από την απορριπτόμενη θερμότητα - αλλιώς σπαταλημένη ενέργεια που θα μπορούσε να τροφοδοτηθεί πίσω στο δίκτυο.
Οι μπαταρίες, σε αντίθεση με τα θερμοηλεκτρικά συστήματα, δεν μπορούν σήμερα να εξαντληθούν, δεδομένου ότι απαιτούν τη φόρτιση ενός συνεχούς ρεύματος. Η ιδέα όμως είναι ότι θα χρειαστεί να αντλήσετε λιγότερη ενέργεια από το δίκτυο για να το κάνετε.
Η ομάδα εξακολουθεί να πειραματίζεται με το πόσο γρήγορα μπορεί να θερμαίνει και να ψύχει τις μπαταρίες και πόσες φορές ένα κύτταρο μπορεί να κυκλοφορήσει πριν περάσει. Στο εργαστήριο χρειάζονται δύο ώρες για να ολοκληρωθεί ένας κύκλος φόρτισης-εκφόρτισης της μπαταρίας. Η ομάδα δεν έσπρωξε κανένα κύτταρο μέσω περισσότερων από 50 κύκλων.
Αυτή τη στιγμή, δεν έχουμε ξεκάθαρη αίσθηση πόση δύναμη μπορεί να παράγει ένα σύστημα όπως το Cui's. Ο Cui τελικά προβλέπει ένα κύκλωμα πολλών κυψελών που μπορεί να εγκατασταθεί σε ένα εργοστάσιο. Καθώς η θερμοκρασία ενός κυττάρου αυξάνεται από την έκθεση σε θερμότητα, μια άλλη μετακινείται στον κύκλο ψύξης.
"Οι μισοί από αυτούς φορτίζονται σε υψηλή θερμοκρασία και οι μισοί από αυτούς εκφορτίζονται σε χαμηλή θερμοκρασία", λέει.
Επί του παρόντος, ο πρωταρχικός στόχος είναι η απόβλητη θερμότητα που παράγεται στο εργοστάσιο, αλλά ο Cui αισθάνεται ότι το σύστημα θα μπορούσε να εφαρμοστεί αλλού στο μέλλον. Η ομάδα μπορεί επίσης να πειραματιστεί με άλλα υλικά μπαταρίας που θα επιτρέψουν την εφαρμογή θερμογαλακτικού αποτελέσματος σε υψηλότερα επίπεδα θερμότητας, όπως αυτά που παράγονται από τζάκι ή φούρνο.
Σε μια εποχή που τα συστήματα συγκομιδής ενέργειας γίνονται ήδη συνηθισμένα στο εξωτερικό, συστήματα όπως το Cui θα μπορούσαν να αποδειχθούν ανεκτίμητα για να εξερευνήσουν νέες σφαίρες ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες. Μέσα στα επόμενα χρόνια, θερμότητα από το υπόγειο του Λονδίνου θα χρησιμοποιηθεί για να ζεσταθεί περίπου 1.400 σπίτια. Και μεγάλο μέρος της ενέργειας της Δανίας προέρχεται από απόβλητα θερμότητας.
Με εφευρέσεις όπως αυτό, θα μπορούσαμε να ξεκλειδώσουμε.
