Енергія з відходів. Японські вчені перетворюють відпрацьоване тепло на електрику

Японська дослідницька група представила інноваційну систему, здатну перетворювати відпрацьоване тепло безпосередньо в електроенергію.

В основі розробки лежить використання нового перспективного матеріалу — змішаного напівметалу дисиліциду молібдену MoSi2. Це відкриття відкриває шлях до створення високоефективних термоелектричних пристроїв, здатних значно підвищити сталість енергетичних систем.

За словами керівника проєкту, доктора Оказакі, команда зосередилася на дослідженні поперечних термоелектричних матеріалів. Ключовим індикатором здатності генерувати енергію стала наявність у матеріалі полярності провідності, що залежить від осі (ADCP). Хоча змішані металеві провідники вважалися потенційними кандидатами на цю роль, саме властивості MoSi2 до цього часу не були детально вивчені.

Проблема енергоефективності в сучасній промисловості стоїть надзвичайно гостро: за оцінками експертів, від 20% до 50% споживаної енергії втрачається у вигляді побічного тепла. Нова технологія дозволяє використовувати цей ресурс як джерело живлення. Це особливо актуально для двигунів внутрішнього згоряння та промислових установок, де рекуперація тепла може суттєво зменшити екологічний слід. Окрім промислового масштабу, пристрої на основі MoSi2 можуть застосовуватися для автономного живлення невеликих датчиків у важкодоступних місцях, вимірювання в яких проводяться на відстані багатьох метрів або навіть кілометрів від традиційних джерел мережі.

У дослідженні, опублікованому в журналі Communications Materials, зазначається, що MoSi2 є ідеальним поперечним термоелектричним матеріалом, який не потребує зовнішнього магнітного поля для своєї роботи. Це спрощує конструкцію та знижує вартість виробництва. Експерименти підтвердили, що матеріал демонструє чітку залежність ADCP як у коефіцієнтах Зеєбека, так і в коефіцієнтах Холла. Аналіз електронної структури показав, що вирішальну роль у виникненні цього ефекту відіграють особливості поверхні Фермі.

Більшість сучасних термоелектричних систем працюють на поздовжньому ефекті, де струм тече в тому ж напрямку, що й тепло. Такі пристрої складаються з багатьох шарів напівпровідників p- та n-типу, що створює високий контактний опір і призводить до втрат енергії. Натомість використання тонких плівок MoSi2 дозволяє покривати великі площі джерел тепла (вимірювані квадратними метрами), мінімізуючи втрати та спрощуючи експлуатацію.

Це дослідження задає новий вектор у пошуку термоелектричних матеріалів, пропонуючи ефективні інструменти для побудови «зеленого» майбутнього через раціональне використання ресурсів, які раніше просто розсіювалися в атмосфері.