I motori a combustione, i motori nelle auto a gas, usano solo un quarto dell’energia potenziale del carburante mentre il resto viene perso come calore attraverso lo scarico. Ora, uno studio pubblicato in Materiali e interfacce applicati ACS Dimostra come convertire il calore di scarico in elettricità. I ricercatori presentano un prototipo di sistema di generatori termoelettrici che potrebbe ridurre il consumo di carburante e le emissioni di anidride carbonica, un’opportunità per migliorare le iniziative energetiche sostenibili in un mondo in rapida evoluzione.
L’inefficienza del carburante contribuisce alle emissioni di gas serra e sottolinea la necessità di sistemi di recupero innovativi per il calore dei rifiuti. I sistemi di recupero a calore, chiamati sistemi termoelettrici, utilizzano materiali a semiconduttore per convertire il calore in elettricità in base a una differenza di temperatura. Tuttavia, molti progetti di dispositivi termoelettrici esistenti sono pesanti e complessi, che richiedono ulteriori acqua di raffreddamento che viene utilizzata per mantenere la differenza di temperatura necessaria. Ora, un team di ricercatori guidati da Wenjie Li e Bed Poudel ha sviluppato un sistema di generatore termoelettrico compatto per convertire in modo efficiente il calore dei rifiuti di scarico da veicoli ad alta velocità come automobili, elicotteri e veicoli aerei senza equipaggio in energia.
Il nuovo generatore termoelettrico dei ricercatori contiene un semiconduttore fatto di bismuto-telluride e utilizza scambiatori di calore (simili a quelli utilizzati nei condizionatori d’aria) per catturare il calore dalle condutture di scarico del veicolo. Il team ha anche incorporato un pezzo di hardware che regola la temperatura, chiamato dissipatore di calore. Il dissipatore di calore aumenta significativamente la differenza di temperatura, che influenza direttamente la produzione elettrica del sistema. Il loro prototipo ha raggiunto una potenza di uscita di 40 watt, circa sufficiente per alimentare una lampadina. È importante sottolineare che i risultati indicano che le alte condizioni del flusso d’aria, come quelle che si trovano nei tubi di scarico, migliorano l’efficienza, aumentando così la produzione elettrica del sistema.
In simulazioni che imitano gli ambienti ad alta velocità, il sistema di calore dei rifiuti ha dimostrato grande versatilità; Il loro sistema ha prodotto fino a 56 W per velocità di scarico simili a un’auto e 146 W per velocità di scarico simili a elicotteri, o l’equivalente di cinque e 12 batterie agli ioni di litio 18650, rispettivamente. I ricercatori affermano che il loro sistema pratico può essere integrato direttamente nei punti di scarico esistenti senza la necessità di ulteriori sistemi di raffreddamento. Mentre la domanda di soluzioni di energia pulita si intensifica, aggiungono che questo lavoro potrebbe aprire la strada alla pratica integrazione dei dispositivi termoelettrici in veicoli ad alta velocità.
Gli autori riconoscono i finanziamenti dal programma dell’Esercito Rapid Innovation Fund; il programma di ricerca cooperativa di cooperativa industria-università della National Science Foundation attraverso il Center for Energy Harvesting Materials and Systems; e l’Ufficio di ricerca navale.
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