(Viktor Kiryanov/Unsplash) Forscher haben ein neues Material entwickelt, das Abwärme – die vom Auspuff eines Autos oder einem industriellen Schornstein abgegebene Wärme, die in die Atmosphäre gelangt – auffangen und in Elektrizität umwandeln kann.
Das sogenannte thermoelektrische Material erzeugt viermal mehr Energie als ähnliche Materialien, und das Team dahinter sagt, es könnte verwendet werden, um die Kilometerleistung von Fahrzeugen zu steigern oder Energie aus dem eigenen Abfall zurück in Kraftwerke zu pumpen.
„Der Großteil des industriellen Energieeinsatzes geht als Abwärme verloren“, berichten die Forscher . „Die Umwandlung eines Teils der Abwärme in nutzbaren Strom wird zu einer Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und der CO2-Emissionen führen.“
Die neue Verbindung besteht aus Niob, Eisen, Antimon und Titan und wird mithilfe einer Technik namens Heißpressen hergestellt, bei der eine hydraulische Presse ein hohes Maß an Hitze und Druck auf ein Material ausübt.
Das Team der Houston University stellte fest, dass sie bei der Anwendung extrem hoher Temperaturen auf ihr neues Material – etwa 2.000 Grad Fahrenheit oder 1.093 Grad Celsius – eine ungewöhnlich hohe Temperatur erzeugen konnten Leistungsfaktor.
Der Leistungsfaktor eines Materials ist das Verhältnis der Leistung, die es aus dem Stromnetz bezieht, zur Leistung, die es tatsächlich verbraucht.
Wenn ein Material einen Leistungsfaktor von 1 hat, bedeutet das, dass es die gesamte Energie verbraucht, die es aus seiner Quelle bezieht. Aber dieses neue Material hat einen Leistungsfaktor von 55.
„Für die meisten thermoelektrischen Materialien ist ein Leistungsfaktor von 40 gut.“ sagt der leitende Forscher Zhifeng Ren . „Viele haben einen Leistungsfaktor von 20 oder 30.“
Thermoelektrische Materialien erzeugen Strom, indem sie den Fluss eines Wärmestroms von einem wärmeren Bereich in einen kühleren Bereich leiten und dabei den Temperaturunterschied in eine Spannung umwandeln.
„Um diese Spannung zu erreichen, müssen Thermoelektrika gute elektrische Leiter, aber schlechte Wärmeleiter sein, was den Effekt zunichte macht.“ Robert F. Service berichtet für Natur .
„Da die elektrische und Wärmeleitfähigkeit eines Materials oft Hand in Hand gehen, hat es sich leider als schwierig erwiesen, Materialien mit hoher thermoelektrischer Effizienz zu schaffen – eine Eigenschaft, die Wissenschaftler mit dem Symbol ZT darstellen.“
Der ZT-Wert gibt an, wie effizient Ihr thermoelektrisches Material Abwärme in Energie umwandelt. Wenn Ihr Material beispielsweise 100 Watt Wärme aufnimmt und 10 Watt Strom erzeugt, hat es einen Wirkungsgrad von 10 Prozent.
Derzeit das effizienteste thermoelektrische Material der Welt kann einen ZT-Wert von 2,6 erreichen .
Es wird ein ZT-Wert von 3 berücksichtigt der Benchmark Wir sind also noch weit von einem Material entfernt, das effizient genug ist, um den Energiemarkt zu verändern.
Aber das Team aus Houston sagt, dass wir ZT als Maß für den Erfolg eines thermoelektrischen Materials vielleicht zu wichtig genommen haben, weil es ohnehin keine Garantie für eine hohe Leistungsabgabe ist.
Während ihr Material hat nur einen ZT von 1,4 , kann es etwa 22 Watt pro Quadratzentimeter erzeugen – etwa viermal mehr als die normalerweise erzeugten 5 oder 6 Watt.
„Das Streben nach einer hohen ZT war der Fokus der gesamten thermoelektrischen Gemeinschaft.“ „Für praktische Anwendungen ist die Effizienz jedoch nicht das einzige Anliegen“, Ren sagt in einer Pressemitteilung .
„Eine hohe Ausgangsleistungsdichte ist ebenso wichtig wie Effizienz, wenn die Kapazität der Wärmequelle groß ist, wie etwa bei Solarwärme, oder wenn die Kosten der Wärmequelle keine große Rolle spielen, wie etwa bei der Abwärme von Autos oder Stahl.“ Industrie zum Beispiel.“
Ren hat bereits ein Unternehmen gegründet namens APower um zu versuchen, sein neues Material für die Kommerzialisierung vorzubereiten.
Hoffentlich ist dies der Schritt in die richtige Richtung für thermoelektrische Materialien, denn mit 90 Prozent Da der weltweite Strom durch Wärmeenergie erzeugt wird und etwa zwei Drittel davon als Abwärme verloren gehen, ist das eine Menge Strom, die wir nutzen könnten.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.