Iskorištavanje otpadne topline elektroničkih uređaja pomoću nano-filma

Potencijal nekvalitetne otpadne topline elektroničkih uređaja u proizvodnji električne energije

Elektronički uređaji prilikom rada oslobađaju značajnu količinu topline koja predstavlja nepovratno izgubljenu energiju. No, tim kalifornijskih istraživača pozabavio se time i osmislio način kako tu otpadnu toplinu ponovno iskoristiti i tako smanjiti gubitak energije.

Otpadna toplina koju proizvode elektronički uređaji velik je problem. Ne samo da može oštetiti komponente uređaja ako se otme kontroli, već predstavlja i veliku količinu odbačene, neiskorištene energije. Znanstvenici sa Sveučilišta Berkeley u Kaliforniji, razvili su tanak film koji se može ugraditi u računala, automobile ili tvornice kako bi „uhvatio“ i reciklirao, odnosno ponovno iskoristio otpadnu toplinu uređaja. Detalje svog istraživanja znanstvenici su objavili u časopisu Nature Materials.

Kako funkcionira proces?

Mnogi postojeći sustavi koji spadaju u ovaj izvor energije rade na termoelektričnom principu  kojim se proizvodi električna struja preko gradijenta temperature između dvije strane materijala. Točnije, termoelektrična generacija je proces ili sustav direktne pretvorbe topline u električnu energiju i obratno, a zasniva se na termoelektričnom (Seebeckovom) efektu. On se javlja pri grijanju jedne strane vodiča što rezultira pojavom električnog napona između krajeva termoelementa zbog razlike temperature vrućeg i hladnog kraja nastale tim zagrijavanjem zajedničkog kraja.

Ovo dobro funkcionira u uređaju kao što je termoelektrični generator JikoPower koji toplinu iz lonaca i tava tijekom kuhanja koristi za punjenje baterije mobitela, no on nije upotrebljiv pri manjim temperaturnim razlikama vruće i hladne strane materijala.

UC Berkeley tim želio je eliminirati taj nedostatak te napraviti uređaj koji bi mogao iskoristiti otpadnu toplinu niske kvalitete koja uključuje temperature ispod 100 stupnjeva Celzijevih (212 °F). Na taj način novi materijal nano-filma radi na principu piroelektrične konverzije energije (piroelektričnost je svojstvo materijala da se pri promjeni temperature električno polarizira, pri čemu je količina nastalog električnog naboja proporcionalna promjeni temperature) te je upotrebljiv pri nižim temperaturama i postupnim promjenama, što ga čini idealnim za korištenje u elektronici.

Bitno je dobro iskoristiti već dobivenu energiju

„Znamo da su nam potrebni novi izvori energije, no isto tako moramo i bolje iskoristiti energiju koju već imamo“, rekao je Lane Martin, jedan od autora istraživanja. „Ovi tanki filmovi mogu nam pomoći u sakupljanju veće količine energije nego li je danas skupljamo iz svih izvora energije.“

Tim je izradio prototipe uređaja kojima se dovodi toplina i električna polja na piroelektrične filmove debljine samo 50 do 100 nanometara te se mjeri temperatura i količina proizvedene električne energije. Uređaji su uspjeli postići gustoću energije od 1,06 J/cm3, gustoću snage od 526 W/cm3 te Carnotovu učinkovitost od 19 posto. Prema istraživačima, ove brojke novi su zapisi za ovu vrstu pretvorbe piroelektrične energije.

Također, istraživači navode da njihov rad pomaže u poboljšanju našeg razumijevanja piroelektrične fizike, a bolje razumijevanje svakako može unaprijediti način dizajniranja ovakvih uređaja. U budućnosti, nano-filmovi mogu biti optimizirani za pojedinačne sustave, ovisno o tome koliko se topline gubi i pri kojoj temperaturi.

„Dio onoga što pokušavamo napraviti je stvoriti protokol koji nam omogućava pomicanje ekstrema piroelektričnih materijala kako bi mogli za određene tokove otpadne topline imati već optimiziran materijal za rješavanje takvog problema“, navodi Martin.

Barbara Kalebić / Ekovjesnik

 

VEZANE VIJESTI

Zanimljiv način borbe protiv onečišćenja zraka u indijskim gradovima

Kvaliteta zraka u većim indijskim gradovima već dugi niz godina ne ide u korist ni okolišu ni ljudskom zdravlju. Postotak oboljelih od bolesti dišnih puteva svake godine sve je veći, a broj umrlih od udisanja onečišćenog zraka godišnje i više nego zapanjuje. No, čini se kako je tim indijskih inženjera pronašao način učinkovitog rješenja ovog problema.

Istraživači s Yalea razvili su novu vrstu amorfnog metala

Istraživači s Yalea razvili su novu vrstu amorfnog metala (metalnog stakla ili amorfne metalne legure) smanjenjem broja jezgara pri procesu kristalizacije čestica materijala nanodimenzija. Dobiveni materijal zadovoljavajućih je svojstava, a istraživači mu prognoziraju široku primjenu. 

Razvijene nove baterije na bazi vode

Sa Sveučilišta u Marylandu dolazi nova cink-baterija čiji je elektrolit vodena otopina visoke koncentracije cinka i litija bez rizika od zapaljenja i gubitka vode, pa je time i u potpunosti ponovno upotrebljiva.

Razvija se polimer za beskonačno recikliranje

Alarmatno onečišćenje plastičnim otpadom u svijetu dijelom je i posljedica vrlo malog stupnja njegove ponovne uporabe. Sudija objavljena u srpnju prošle godine u znanstvenom časopisu Science Advances otkrila je kako je od 2015. godine reciklirano svega 9 posto svih plastičnih masa ikada proizvedenih. No, čini se da je otkriven novi plastični materijal koji će se moći beskonačno mnogo puta reciklirati.

PRIJAVITE SE NA NEWSLETTER