Шетали сте до неухватљивог места за кампирање, испуњеног довољно опреме да вас задржи задовољство за тродневно повлачење далеко од хаотичног градског живљења. Али кад сте спремни да одете, схватићете да вам је не само умро мобител, већ је батерија потрошила након што је тражила сигнал читаво време док сте га бацали, али не можете да се сетите где сте пјешачили, значи да је ГПС на вашем телефону ваш животни пут у стварност. Срећом, због новог материјала уграђеног у ваш лонац за кухање, све што требате је да укључите лонац, загрејете воду унутра и укључите телефон у прикључак на који је спојен. За само неколико сати ваш телефон ће се напунити и можете се безбедно вратити до свог паркираног камиона на стази.
Истраживачи са Универзитета у Јути недавно су открили да нетоксични материјал састављен од три хемијска елемента - калцијума, кобалта и тербија, ствара термоелектричну енергију из отпадне топлоте. Сендвичањем Ца3Цо4Ог између врућег слоја, као што су лонац за кухање, и слоја који је хладан, попут хране или воде унутар лонца, набој са врућег краја прелази кроз хладни крај, производећи електрични напон.
Енергија се ствара термоелектричним поступком користећи температурне разлике. У овом случају, научник о материјалима и инжењеринг пост-доктора Схрикант Саини каже да чак и један степен температурне разлике производи напон који се може детектирати.
"У термоелектричним материјалима, када је један крај материјала врућ, а други крај хладан, носачи набоја са врућег краја прелазе материјал преко хладног краја, генеришући електрични напон", каже Саини, водећи аутор овог папира недавно објављено у Сциентифиц Репортс . „Неколико милиграма овог материјала ће обезбедити отприлике микроватар електричне енергије.“
Будући да је материјал тако ново откриће, Саини каже да су они усред анализе тачних мера грама и вата; међутим, њихова груба процена показује да им је за једну снагу снаге потребно око пет грама материјала.
На овој слици топлина из вруће пећи, заједно с хладнијом водом или храном у лонцу за кухање, може произвести довољно електричне енергије за пуњење мобитела. (Асхутосх Тивари) Стара пословица нас упозорава да „не трошимо, не желимо“. Али отпад - енергетски отпад - је тешко сакупити. У САД-у је готово половина наше енергије изгубљена због неефикасности, а највећи део наше енергије се и даље ствара из обновљиве нафте, природног гаса и угља. Према америчкој енергетској карти коју је саставила Национална лабораторија Лавренце Ливерморе, од 97, 4 квадратних британских термалних јединица (или четворки) сирове енергије произведене у 2013. години из соларне, нуклеарне, хидро, ветра, геотермалне енергије, природног гаса, угља, биомасе и нафте, заправо је коришћено само 38, 4 квадрата. То значи да је 59 квадрата изгубљено. Проналажење начина за прикупљање и коришћење ове изгубљене енергије могло би пружити одржив ресурс за будућност.
„Отпадна топлота је заиста у великој мери превидјена, а опет огромна резервоар могуће енергије“, каже Јеффреи Урбан, директор неорганског постројења у Молекуларној ливници у Беркелеи Лабс. „Термоелектричари су обећавајући пут ка искоришћењу и искориштавању овог ресурса - они директно претварају топлину у електричну енергију без покретних делова, радних флуида или друге механичке сложености.“
Урбан напомиње да су ефикасност, трошкови материјала и лакоћа примене сва важна инжењерска разматрања, додајући, „Због сложене транспортне физике, термоелектричари имају тенденцију да раде оптимално на само једној одређеној температури.“
Раније термоелектричне материје састојале су се од кадмијума, телурида или живе - елементи који су били токсични за људе и, према Саинијевом истраживању, нису тако стабилни као комбинација Ца3Цо4Ог. Такође, претходни термоелектрични материјали нису скалабилни, јер су изведени израдом или прављењем монокристала, што је скупо и изазовно. Саинија хемијска комбинација може омогућити широку примену ове термоелектричне технологије, јер су хемикалије лако доступне за мешање и кување да би се добио нетоксични материјал, што олакшава производњу у већим серијама. То откриће чини могућом променом игре.
„Предвиђамо многе примјене овог материјала“, каже Саини. Универзитет у Јути је поднео захтев за патент. Саини није у стању да открије неке специфичне детаље, али додаје да би се нови пронашао материјал могао користити у накиту, лонцима и аутомобилима - или чак имати будуће медицинске примене.
Термоелектричност - или електрична енергија произведена кроз температурне разлике - настала је 1821. када су Тхомас Сеебецк и Јеан Пелтиер открили претварање топлоте у електричну енергију. Три деценије касније 1851. године Виллиам Тхомсон (познат и као Лорд Келвин) открио је да покретање електричне струје кроз материјал може да га загрева или хлади, у зависности од тога како се електрони шире. Од тада, поље се наставља развијати док научници раде на томе да термоелектрику доведу до скалабилне технологије.
Јосхуа Зиде, ванредни професор науке о материјалу и инжењерству на Универзитету у Делаверу, проучава елементе ретке земље, нарочито тербијум, што је део комбинације хемијских елемената за Саинијево откриће. Он каже да тербијум није нужно толико обиљан као што то предлажу истраживачи, иако количина употребљене у хемијском саставу може од велике количине учинити поанту.
"[Тербијум] је у ствари много чешћи од телуријума, који се обично користи у термоелектрици, али је заправо помало редак", каже Зиде. "Ово је резултирало великим растима цена у последњим годинама када је потражња нарасла и за термоелектричним и за ЦдТе соларним фотонапонским соларним ћелијама кадмијум-телурид - друге најчешће у продаји на тржишту".
Саини каже да је овој термоелектричној технологији требало скоро десет година да се оствари, при чему је почетни циљ био стварање ефикасног материјала пре него што је тим својим биографским захтевима додао коначне захтеве. Након што је производ патентиран, желе га комерцијално представити. „У овом тренутку можемо само рећи да у аутомобилима има много отпадне топлоте која се може користити за претварање у електричну енергију“, каже Саини.
Будућност термоелектричне снаге је обећавајућа, посебно са овим новим открићем. Арт Госсард, професор емеритус материјала и електротехнике и рачунарског инжењерства на Универзитету Калифорнија у Санта Барбари, верује да би нова технологија могла имати будуће примене у војном унапређењу, посебно на броду који је потпуно електричан.
„Можете да користите топлоту која долази из ваших котлова и реактора за производњу електричне енергије која би потом покретала електромотор и гурала електрични брод“, каже Госсард. „Овај брод би имао предност што није оставио велики број топле воде иза себе, што олакшава праћење. Али то би захтевало мегавате снаге, а термоелектрична вредност још није доведена у обим. “
Можда ћемо уз овај материјал доћи тамо.
