Poznata je stvar da su motori s unutarnjim izgaranjem prilično neefikasni, pa gube oko tri četvrtine energije, koja se pretvara u nepotrebnu toplinu ili izlazi na ispušne cijevi. Dio te energije ipak se može rekuperirati korištenjem termoelektričnih generatora, uređaja koji toplinu pretvaraju u električnu energiju, a upravo u toj domeni dogodilo se nedavno zanimljivo otkriće. Tim znanstvenika izradio je relativno jednostavan uređaj bez pokretnih dijelova, koji se postavlja izravno na ispušnu cijev automobila, pa tamo generira električnu energiju, koristeći kao izvor toplinsku energiju čestica koje izlaze iz motora.

Energija iz brzih toplih čestica

Prikupljanje toplinske energije iz objekata koji se kreću velikom brzinom posebno je obećavajuće, kažu, jer pruža učinkovit izvor energije, koji se može koristiti za poboljšanje sposobnosti i izdržljivosti vozila. Njihova demonstrirana termoelektrična tehnologija iskorištava temperaturni gradijent između izvora topline i okoline, a može osigurati kontinuirano napajanje, smanjujući ovisnost o konvencionalnim baterijama i produžujući doseg automobila.

Do sada je istraživanje dizajna sustava integriranog termoelektričnog generatora (TEG) daleko zaostajalo za razvojem materijala. U novoj studiji proizvedena je integrirana platforma kako bi se koncept dokazao i provjerio, korištenjem modernih materijala i tehnologija. TEG sklop sastoji se u ovom slučaju od izmjenjivača topline unutar cijevi, koja se postavlja na auspuh. Osnova inovacije je poluvodič napravljen od bizmut-telurida, koji može iskoristiti razliku u temperaturi kako bi stvarao električnu energiju.

Inovativan dizajn hladnjaka

No, izazov im je predstavljalo održavanje potrebne temperaturne razlike – naime, u redovnim uvjetima hladni dio generatora bi se također počeo zagrijavati, smanjujući efikasnost. Neka rješenja, kako navode ovi istraživači, koriste vodeno hlađenje, no ono je u njihovom slučaju nepraktično. Stoga su se domislili i stvorili relativno jednostavan dizajn hladnjaka, koji koristi cilindar s izbočinama poput peraja, koji se postavlja oko ispušne cijevi. To osigurava dodatnu površinu za izmjenu topline putem prisilne konvekcije – ili drugim riječima, pokretni, okolni zrak iz cijevi odnosi prekomjernu toplinu.

Takav je pokusni sustav uspio generirati najviše 40 W električne energije dok se automobil kreće prosječnom brzinom, što je već dokazano eksperimentalno. Teorijske simulacije kažu da se više energije može proizvesti pri većim brzinama vožnje – do 56 W u bržim automobilima ili do 146 W u helikopterima. Autori studije poručuju da njihov izum otvara mogućnosti razvoja novih uređaja, koji će rekuperirati energiju brzo putujućih čestica, a primjene vide u raznim vozilima, od onih cestovnih pa sve do zrakoplova.

Rad koji opisuje detalje termoelektričnog generatora za motore s unutarnjim izgaranjem objavljen je u časopisu ACS Applied Materials & Interfaces.