Nový objav sľubuje revolúciu vo výrobe elektriny. Inovatívna technológia je menšia ako ľudská dlaň

Tím inžinierov a vedcov z Katedry strojárstva Paula M. Radyho na UK Boulder vyvinul prelomovú technológiu, ktorá transformuje tepelnú energiu na elektrinu. Výsledky ich práce boli publikované v renomovanom časopise Energy & Environmental Sciences.

Nová technológia ponúka revolučné možnosti v oblasti ukladania čistej energie, znižovania uhlíkových emisií a efektívneho získavania tepla z geotermálnych, jadrových a solárnych elektrární.

„Tepelná energia predstavuje obnoviteľný zdroj, ktorý často zostáva nevyužitý,“ zdôrazňuje vedúci výskumu Longji Cui . „Až dve tretiny celkovej spotrebovanej energie sa strácajú vo forme tepla. Ak dokážeme túto stratu premeniť na elektrinu, otvoríme cestu k efektívnejšiemu a udržateľnejšiemu využívaniu energie.“

Prekonanie fyzikálnych limitov

Výskumný tím sa zameral na vysokoteplotné priemyselné procesy a pokročilé technológie premeny tepelnej energie na elektrinu. Skúmal termofotovoltiku (TPV), ktorá využíva žiarenie z vysokoteplotných zdrojov na generovanie elektriny.

Súčasné TPV systémy čelia zásadným fyzikálnym obmedzeniam, najmä v dôsledku Planckovho zákona tepelného žiarenia. Americkí vedci však objavili spôsob, ako toto obmedzenie prekonať.

„Planckov zákon, jeden zo základných princípov tepelnej fyziky, stanovuje limit množstva tepelnej energie, ktorú možno získať z vysokoteplotného zdroja pri akejkoľvek teplote. Vedci sa snažili tento limit dosiahnuť alebo prekonať rôznymi prístupmi, no dostupné riešenia sú príliš zložité na výrobu, finančne náročné a neškálovateľné,“ vysvetľuje autor výskumu.

zdroj: www.colorado.edu

Ako uvádza portál Živé, nové zariadenie posunulo hranice TPV technológie. Kompaktná konštrukcia, menšia ako ľudská dlaň, dosiahla rekordnú hustotu výkonu a prekonala limit vákua určený Planckovým zákonom. Kľúčom k tomuto pokroku sa stalo tzv. „vákuum s nulovou medzerou“.

Bežné TPV zariadenia využívajú vákuum alebo plyn na oddelenie zdroja tepla od článku, čo často spôsobuje energetické straty. Výskumníci z Coloradskej univerzity v Boulderi vyriešili tento problém integráciou izolovaného prvku zo špeciálne upraveného skla, ktorý prepúšťa infračervené žiarenie.

Tento prvok vytvára kanál s vysokou hustotou energie, kde tepelné vlny prechádzajú zariadením bez výrazných strát, čím sa podstatne zvyšuje efektivita výroby elektriny. Okrem technologického prínosu ponúka prelomové zariadenie aj ekonomickú výhodu, keďže použitý materiál patrí medzi cenovo dostupné alternatívy.

Budúcnosť výroby energie

Zvyšovanie hustoty výkonu v energetických systémoch si doteraz vyžadovalo extrémne vysoké teploty, čo zvyšovalo riziko a obmedzovalo efektivitu priemyselných procesov. Nová technológia vyvinutá tímom Longjiho Cuiho umožňuje dosahovať rovnaký elektrický výkon pri výrazne nižších teplotách.

„V minulosti bolo zvyšovanie hustoty výkonu možné len zvýšením teploty, napríklad z 1500 °C na 2000 °C, niekedy aj vyššie. To sa však stalo neúnosným a nebezpečným pre celý energetický systém.“ vysvetľuje Cui.

„Teraz dokážeme pracovať pri nižších teplotách, ktoré sú kompatibilné s väčšinou priemyselných procesov, pričom stále generujeme rovnaké množstvo elektrickej energie ako predtým. Naše zariadenie funguje pri teplote 1000 °C a dosahuje výkon ekvivalentný 1400 °C v systémoch TPV s integrovanou medzerou.“

Použitím cenovo dostupných materiálov, ako je amorfný kremík, sa môže hustota výkonu zvýšiť až 20-násobne. Tento technologický pokrok otvára nové možnosti pre priemyselné aplikácie, predovšetkým vo vysokoteplotných procesoch, ako je výroba skla, ocele a cementu. Nový systém umožňuje nielen efektívnejšiu výrobu týchto materiálov, ale aj dodatočnú produkciu elektrickej energie, čím výrazne znižuje náklady a emisie.

„Naše zariadenie využíva existujúcu komerčnú technológiu a môže sa prirodzene rozšíriť na využitie v týchto priemyselných odvetviach,“ uviedol Cui.

„Môžeme rekuperovať zbytočné teplo a zabezpečiť potrebné ukladanie energie pri nízkej prevádzkovej teplote. Na túto technológiu máme podanú patentovú prihlášku a je nesmierne vzrušujúce posúvať túto obnoviteľnú inováciu vpred v oblasti výroby energie a rekuperácie tepla,“ uzatvára Cui.

Čítajte viac z kategórie: Zaujímavosti