Като страна повече от половината от това, което изразходваме за енергия, ще се загуби, според доклад на Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор.
Един от основните виновници е топлината. Фабриките, като стоманодобивни предприятия, отделят огромно количество енергия под формата на топлина - но тази топлина почти винаги изтича в атмосферата, където не може да донесе много полза.
Но екип от учени, работещи съвместно между Масачузетския технологичен институт и Станфордския университет, са разработили нов тип батерия, която може да помогне за извличането на топлина и да го върне обратно в мрежата, възползвайки се от по-малко известния принцип, наречен термогалваничен ефект.
Досега по-голямата част от изследванията около преобразуването на отпадната топлина са фокусирани върху термоелектрическата енергия. Например, термоелектрическите генератори нарастват популярността си през последните няколко години. Системите преместват електрони от горещата страна на проводящ материал, като метал, към хладната страна; веднъж там електроните могат да бъдат преобразувани в ток към захранващи устройства или зареждане на батерия. Генераторите се използват за захранване на неща като радио и телеметрични системи на газопроводи, като резервни източници на енергия за безпилотни изследователски обекти и дори като възобновяем източник на енергия на марсохода Curiosity.
Системата е толкова добре позната и добре проучена, че вече се използва в продукти, насочени към потребителите, включително и в популярния BioLite CampStove.
Но според Yi Cui, доцент в Станфорд, който спомогна за развитието на новата батерия, термоелектрическите генератори не могат адекватно да добият енергия от големи инсталации и фабрики, които не работят толкова горещо, както, да речем, на лагерния огън.
Например отпадъчната топлина от стоманодобивната фабрика не е достатъчно гореща (или батерията не може да се охлади достатъчно), за да работи термоелектричната реакция.
Работейки в тясно сътрудничество с екип в MIT, ръководен от Ганг Чен, изследовател с дълбок опит в термоелектриците, Cui вместо това разработи батерия, проектирана специално с така наречената „нискокачествена“ топлина.
Новата концепция е съсредоточена около доста стандартна батерия на водна основа с положителен и отрицателен електрод. Екипът постави празна батерия в зона с много отпадна топлина и след това започна да я зарежда. След като батерията е напълно заредена, те я охлаждат до стайна температура, в този момент тя се разрежда - и охладената батерия може да разрежда повече енергия, отколкото е била поставена в нея.
Това е термогалваничното явление по време на работа.
„Промяната в температурата причинява промяна на свободната енергия и мощността се променя много“, казва Куй. В действителност, батерията поема енергия от отпадната топлина - в противен случай загубената енергия, която може да се подава обратно в мрежата.
Батериите, за разлика от термоелектрическите системи, понастоящем не могат да излязат изцяло извън мрежата, тъй като се нуждаят от постоянен ток за зареждане. Идеята е обаче, че ще трябва да черпите по-малко енергия от мрежата, за да го направите.
Екипът все още експериментира с това колко бързо може да загрява и охлажда батериите и колко пъти клетка може да се циклира, преди да се изразходва. В лабораторията са необходими няколко часа, докато акумулаторът завърши един цикъл на зареждане-заряд. Екипът не е натиснал нито една клетка през повече от 50 цикъла.
В момента нямаме ясно усещане колко мощ може да произведе система като Cui. В крайна сметка Cui предвижда схема от няколко клетки, които могат да бъдат инсталирани във фабрика. Тъй като температурата на една клетка се повишава от излагането на отпадъчна топлина, друга преминава в охлаждащия цикъл.
„Половината от тях се зареждат при висока температура, а половината от тях се изхвърлят при ниска температура“, казва той.
В момента основната цел е фабрично произведената отпадъчна топлина, но Cui смята, че системата може да бъде приложена другаде в бъдеще. Екипът може също да експериментира с други материали за батерии, които биха могли да позволят термогалваничния ефект да се прилага при по-високи нива на топлина, като тези, произведени от камина или фурна.
В момент, когато системите за добив на енергия вече стават нещо обичайно в чужбина, системи като Cui могат да се окажат безценни за изследване на нови сфери на енергия в Съединените щати. В рамките на следващите няколко години топлината от лондонското метро ще се използва за отопление на около 1400 домове. И голяма част от енергията на Дания идва от отпадната топлина.
С изобретения като това бихме могли да започнем да наваксваме.
