Inženjeri MIT-a i američkog Nacionalnog laboratorija za obnovljivu energiju (NREL) dizajnirali su toplinski motor bez pokretnih dijelova koji pretvara toplinu u električnu energiju s više od 40 posto učinkovitosti, bolje od tradicionalnih parnih turbina

TPV ćelije

Toplinski motor je termofotonaponska (TPV) ćelija, slična fotonaponskim ćelijama solarne ploče, koja pasivno hvata visokoenergetske fotone iz užarenog izvora topline i pretvara ih u električnu energiju. Ovaj motor može generirati električnu energiju iz izvora topline između 1900 i 2400 Celzijevih stupnjeva.

Istraživači planiraju ugraditi TPV ćelije u termalne baterije. Sustav bi apsorbirao višak energije iz obnovljivih izvora i tu energiju pohranjivao u vrući grafit. Ćelije bi po potrebi pretvarale toplinu u električnu energiju i slale energiju u električnu mrežu.

Istraživači su zasad uspješno demonstrirali glavne dijelove sustava u zasebnim, malim eksperimentima. Krajnji im je cilj zamijeniti elektrane na fosilna goriva i izgraditi potpuno dekarboniziranu električnu mrežu koja se opskrbljuje isključivo iz obnovljivih izvora energije.

Parne turbine već su desetljećima industrijski standard za pretvaranje izvora topline u električnu energiju. U prosjeku, parne turbine pouzdano pretvaraju oko 35 posto izvora topline u električnu energiju, a oko 60 posto rekordna je, dosad postignuta učinkovitost bilo kojeg toplinskog motora. Ali strojevi ovise o pokretnim dijelovima koji su temperaturno ograničeni.

Efikasnije alternative

Posljednjih godina znanstvenici su istraživali alternativne, toplinske motore bez pokretnih dijelova, koji bi potencijalno mogli učinkovito raditi na višim temperaturama. Jedan od mogućih načina upotreba je termofotonaponskih ćelija. No, sve do sada, one su postizale maksimalnu učinkovitost od 32 posto, uglavnom i puno manje. 

Novi dizajn, osmišljen na MIT-u, hvata fotone veće energije iz izvora topline s višim temperaturama i tako učinkovitije pretvara energiju. To uspijeva zahvaljujući materijalima većeg pojasnog razmaka i višestrukim spojevima ili slojevima.

Ćelija je izrađena iz tri dijela: legure s velikim razmakom koja se nalazi iznad legure s nešto nižim razmakom, ispod koje je zrcalni sloj zlata. Fotoni se reflektiraju od zrcala do izvora topline, umjesto da se apsorbiraju kao izgubljena toplina. Nova ćelija, pokazala su ispitivanja, zadržava učinkovitost od oko 40 posto. 

Održiv sustav

Ispitana ćelija bila je velika otprilike kvadratni centimetar. Za toplinski baterijski sustav koji bi radio na razini mreže, TPV ćelije morale bi doseći veličinu četvrtine nogometnog igrališta i nalaziti se u skladištima s kontroliranim klimom kako bi crpile energiju iz ogromnih skladišta pohranjene solarne energije. 

Dobra je vijest što bi takav sustav bio održiv. Tehnologija je sigurna, ekološki benigna u svom životnom ciklusu i može imati ogroman utjecaj na smanjenje emisije ugljičnog dioksida iz proizvodnje električne energije, kažu istraživači.