Nem vész el a kipufogó hője: árammá alakítható kocsikban és repülőgépekben
Nem elég, hogy a belső égésű motorok káros anyagokat pöfögnek, még csak nem is elég hatékonyak. A kipufogó hőjének eltékozlása talán a legnagyobb bűn: az energia háromnegyede elvész – de végre született rá jó megoldás.
A Pennsylvaniai Állami Egyetem kutatói olyan kompakt termoelektromos generátort fejlesztettek, amely autók, helikopterek és drónok kipufogóhőjét alakítja villamosenergiává. A csapat által készített prototípus máris 56 wattos teljesítményt ért el, ami egy villanykörte működtetéséhez biztosan elegendő, de ez csak a kezdet.
Közismert tény, hogy a belső égésű motorok hatékonysága mindössze 25 százalék körül van, vagyis az üzemanyagban tárolt energia háromnegyede hő formájában elvész. Az egyetemi kutatás célja az volt, hogy az egyébként elvesző energiát legalább részben vissza lehessen nyerni. Ez nem csak azért fontos, hogy hatékonyabbá tegyék a mai, hagyományos üzemű járművek motorjait: a kutatás része annak a küzdelemnek is, amit a tudomány vív a növekvő karbonkibocsátás ellen. Ha sikerül alkalmazni a jól ismert termoelektromos technológiát arra, hogy a kipufogók jelenleg szélnek eresztett hője is hasznosuljon a járműben, akkor az elégetett fosszilis üzemanyagból többször annyi energia állítható elő, mint ma.
A hőenergia visszanyerése különösen ígéretes a nagy sebességgel mozgó járművek számára, mert hatékony és fenntartható energiaforrást biztosíthat, amely javítja az üzemeltetési képességeket és növeli az üzemidőt.
Így használható fel a kipufogók jelenleg kihasználatlan hője
Termoelektromos generátorok régóta léteznek. Ezek az eszközök a hőmérsékletkülönbséget használják energia előállítására, de sok közülük vízalapú hűtőrendszert is igényel, ami megnöveli a méretüket és a tömegüket, illetve korlátozza az alkalmazhatóságukat. A Wenjie Li és Bed Poudel vezette pennsylvaniai kutatócsoport ezt a problémát oldotta meg olyan hőcserélőkkel, amelyek a légkondicionálókban már ismert technológiához hasonlóan működnek.
A generátor bizmut-tellurid félvezető anyagból készült, és a kutatók egy hőelvezető bordát is beleépítettek, hogy növeljék a hőmérsékletkülönbséget, ezzel pedig az energiahatékonyságot. A vizsgálatok során kiderült, hogy a kipufogócsövekben áramló levegő tovább növeli az energia-visszanyerés mértékét.
Az egyetem tudósai különböző járművek kipufogóin tesztelték az innovatív generátort. A kísérletek során kiderült, hogy agy autó esetében az eszköz 56 watt teljesítményt képes leadni, míg egy helikopter kipufogójában már akár 146 wattot, ami 12 lítium-ion akkumulátor teljesítményének felel meg. Kimutatták azt is, hogy 190 Celsius-fokos hőmérsékletkülönbség mellett a rendszer maximálisan 40 watt teljesítményt állít elő. Az ezután végzett számítógépes szimulációk alapján biztossá vált, hogy a rendszer hatékonyan működhet nagy sebességű járművekben.
Mivel a rendszer beépíthető a létező kipufogórendszerekbe, és nem igényel külön hűtőrendszert, akár meglévő járművekre is felszerelhető, hogy azok a jövőben ne veszítsék el a fosszilis üzemanyagok elégetéséből származó energia háromnegyedét. A kutatók szerint ez hozzájárulhat a termoelektromos eszközök szélesebb körű elterjedéséhez, és segíthet visszanyerni az egyébként elvesző energiát.
Címlapkép: Ruben de Rijcke – Wikipedia
