Превратит "лишнее" тепло в электричество: создано инновационное устройство

Группа инженеров и материаловедов кафедры машиностроения имени Пола М. Рэди в Калифорнийском университете в Боулдере разработала новую технологию преобразования отработанного теплового излучения в электричество. Об этом пишет Tech Xplore.

Ученые утверждает, что их исследование может произвести революцию в обрабатывающей промышленности за счет увеличения выработки электроэнергии без необходимости в высокотемпературных источниках тепла или дорогих материалах.

"Тепло — это возобновляемый источник энергии, который часто упускают из виду. Две трети всей энергии, которую мы используем, превращается в тепло", — сказал руководитель исследовательской группы, доцент Лунцзи Цуй.

Как отмечают в издании, высокотемпературные промышленные процессы и технологии сбора возобновляемой энергии часто используют метод преобразования тепловой энергии, называемый термофотовольтаикой (ТФВ). Этот метод использует тепловую энергию из высокотемпературных источников тепла для выработки электроэнергии.

Однако существующие ТФВ-устройства имеют существенный недостаток: закон теплового излучения Планка накладывает ограничение на доступную тепловую энергию, которую можно получить из высокотемпературного источника при любой заданной температуре.

Чтобы решить эту проблему, ученые модифицировали существующие конструкции ТФВ и использовали другой подход. Они разработали уникальное и компактное ТФВ-устройство, которое может поместиться в руке человека, преодолев предел вакуума, определяемый законом Планка, и удвоив удельную мощность, доступную традиционным конструкциям ТФВ.

В отличие от других моделей ТФВ, в которых между источником тепла и солнечным элементом используется вакуумный или заполненный газом зазор, в новой конструкции используется изолированная, высокоиндексная и прозрачная прокладка из чистого стекла. Это позволяет тепловым волнам проходить через устройство без потери прочности, улучшая выработку электроэнергии. Одним из преимуществ этого материала является его дешевизна.

По словам ученых, их технология может работать при более низких температурах, совместимых с большинством промышленных процессов, и при этом вырабатывать такую ​​же электроэнергию, как и раньше. Новое устройство работает при температуре 1000 °C и вырабатывает мощность, эквивалентную 1400 °C в существующих устройствах ТФВ.

"Когда мы изучали эту технологию, мы теоретически предсказывали высокий уровень улучшения. Но мы не были уверены, как это будет выглядеть в реальном эксперименте. После проведения эксперимента и обработки данных мы сами увидели улучшение и поняли, что это что-то грандиозное", — сказал аспирант Мохаммад Хабиби.

Сообщается, что разработанная учеными технология может собирать тепло с геотермальных, ядерных и солнечных установок, а также хранить чистую энергию и снижать выбросы углерода. После оптимизации ее можно будет применять в таких промышленных процессах, как производство стекла, стали и цемента.

"В нашем устройстве используется уже существующая коммерческая технология. Его можно масштабировать естественным образом для внедрения в этих отраслях", — заявил Лунцзи Цуй.

В свою очередь исследователи из Кембриджского университета разработали устройство, которое извлекает углекислый газ (CO₂) из воздуха и преобразует его в устойчивое топливо, используя солнечный свет в качестве источника энергии.