روشی نوین برای بدست آوردن انرژی الکتریکی

روشی نوین برای بدست آوردن انرژی الکتریکی از گرمای اتلافی در صنعت

پژوهشگران دانشگاه های MIT و استنفورد روشی نوین برای تبدیل گرمای اتلافی کارخانه ها به الکتریسیته –به خصوص در مواردی که اختلاف دما کمتر از ۱۰۰ درجه سانتیگراد (۱۸۰ درجه فارنهایت) باشد- یافته اند. گستره مواد استفاده شده در این فنآوری وسیع می‌باشد و این روش می‌تواند برای بازیافت بخش زیادی از گرمای اتلافی تولید شده در فرآیندهای صنعتی و نیروگاهها مورد استفاده قرار گیرد.

بر اساس گزارش آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA)، یک سوم انرژی مصرفی در بخش صنعت امریکا به صورت گرما اتلاف می‌گردد. در صورتی که بتوان حتی بخش جزئی از آن را بازیافت کرد، توان مصرفی واحدهای صنعتی به طور محسوسی کاهش می¬یابد.

روش رایجی که دانشمندان تا کنون بکار می‌بردند، استفاده از مواد ترموالکتریک بوده که می‌توانستند از گرادیان دما تولید برق کنند. با این حال این روش دو اشکال دارد: اول اینکه ترموالکتریک ها معمولاً از مواد کمیابی ساخته شده که این بدان معنی است که موادی گران هستند و به همین دلیل صرفه اقتصادی برای استفاده در صنعت ندارند؛ دومین دلیل اینکه زمانی اختلاف دمای گرمای اتلافی و محیط اطراف تنها ۱۰ها درجه باشد که بسیار در صنعت معمولیست، بازده این روش در حدود ۰/۵ درصد می‌باشد.
محققین دانشگاه های MIT و استفورد به سرپرستی پروفسور گنگ چن، روش جایگزینی ابداع کرده اند که در آن از مزایای اثر ترموگالوانیک استفاده شده است به‌طوری که در این روش از رابطه بین دمای باتری و ولتاژ آن استفاده شده که می‌توان به طور مؤثری در شارژ کردن باتری ها از آن بهره برد.

این پژوهشگران سیستمی طراحی نموده‌اند که در ابتدا دمای باتری با استفاده از گرمای اتلافی بالا می‌رود. به‌خاطر اثر ترموگالوانیک باتری در ولتاژی پایین تر نسبت به حالتی عادی شارژ می‌شود. سپس به باتری اجازه داده می‌شود که در دمای پایین سرد شود، در این دما باتری در ولتاژ بیشتری دشارژ می‌شود و انرژی بیشتری نسبت به حالت معمولی آزاد می‌سازد. این اختلاف انرژی از گرمای اتلافی تأمین شده است.
ایده بکارگیری اثر ترمو گالوانیک به منظور تولید برق نخستین بار در دهه ۵۰ میلادی ارائه شد. بازده کارنوی این چرخه بیش از ۵۰ درصد می‌باشد.
در مقایسه با سیستم های موجود، چن و همکارانش، توانسته اند از اختلاف دمای کمتر بازده به نسبت بیشتری تولید کنند (اختلاف دمای ۵۰ درجه سانتیگراد (۹۰ درجه فارنهایت) با بازده ۵/۷ درصد) این در حالی است که در روش آن ها از مواد رایج در صنعت، مثل مس، استفاده شده است.
سیستم پیشنهادی آنها به‌راحتی قابل اجرا و تولید می‌باشد و می‌تواند به‌خوبی در خط تولید صنعت باتری وارد گردد. در حال حاضر پژوهشگران درصدد رفع چالش های موجود در این روش هستند؛ از قبیل:

• چگالی انرژی کم ترموگالوانیک ها (۱.۲ W/Kg ) در مقایسه با ترمو الکتریک ها
•  سرعت پایین (تقریباً یک ساعت) چرخه شارژ و دشارژ باتری
•  نیاز به آزمایشات گسترده‌تر برای مطمئن شدن در مورد مفید بودن دوره‌ی کارکرد

متن کامل مقاله به همراه نتایج آن در مجله Nature Communication منتشر شده است.

منبع: