Az oroszországi MISIS Nemzeti Tudományos és Technológiai Egyetem kutatói új megközelítést javasoltak a termoelektromos anyagok fejlesztésére, amelyek potenciálisan felhasználhatók az ipari hő villamos energiává történő átalakítására. Az új tanulmány eredményeit a Journal of the European Ceramic Society című folyóiratban tették közzé.
Köztudott, hogy az ipari termelés jelentős mennyiségű hőenergia felszabadulásával jár, amely a legtöbb esetben visszafordíthatatlanul elvész, és a környezetbe távozik. Emiatt egyre nagyobb figyelmet fordítanak a hulladékhő hasznosítását célzó technológiák fejlesztésére. Ezek a megoldások nemcsak a termelési folyamatok energiahatékonyságát javítják, hanem jelentősen csökkentik a környezetre gyakorolt hatásukat is. A MISIS tudósai szerint erre a kihívásra ígéretes megoldás a termoelektromos anyagok használata. Ezek az anyagok egyedülálló módon képesek a hőenergiát közvetlenül elektromos energiává alakítani.
A MISIS tudósai egy új anyagot fejlesztettek ki, amely szerintük a meglévő hasonló anyagokhoz képest magas hőmérsékleten jobb termoelektromos tulajdonságokat mutat. Ezt a javulást az optimális porozitás (10-22 százalék) révén érik el, amely mind a hővezető képességet, mind az elektromos vezetőképességet befolyásolja. Az anyag alapja kalcium-manganit-perovszkit, amelyhez marokitot (CaMn2O4), egy mangánban gazdag ásványt adalékoltak.
"Megközelítésünk nemcsak költséghatékonyabb és környezetbarátabb, hanem további eszközöket biztosít az anyagok szerkezetének és összetételének pontos szabályozásához, lehetővé téve azok tulajdonságainak célzott javítását" - mondta a projekt vezetője és a NUST MISIS-ben működő The Research Center of Engineering Ceramic Nano Materials (RC ECN) vezető szakértője, Sergey Yudin.
A kutatók úgy vélik, hogy ezt a fejlesztést alkalmazni lehetne a termoelektromos generátorokban, amelyek elméletileg az elvesztett hő akár 20%-át is képesek lennének villamos energiává alakítani. A módszer könnyen skálázható, és a fejlett iparral rendelkező országokban, például az USA-ban, Kínában, Indiában vagy az EU országaiban is alkalmazható lenne. A tanulmány szerzői szerint ez hozzájárulna a globális energiahatékonyság javításához és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentéséhez.
A tudósok szerint léteznek más szintézismódszerek is, például a pirolízis vagy a szilárdtest-szintézis, de ezek jelentős idő- és energiaforrásokat igényelnek.
"A korábban ismert anyagoktól való különbség abban rejlik, hogy a porozitás, a fázisösszetétel és a szerkezeti egyenletesség egyedülálló kombinációjának köszönhetően rekord hatékonyságot érünk el a hő elektromos árammá alakításában. Emellett a módszer kizárja a hagyományos megközelítéseknél alkalmazott hosszan tartó, magas hőmérsékletű égetést, így energiatakarékosabb és könnyebben méretezhető" - nyilatkozta Zhanna Ermekova, a kutatóközpont tudományos munkatársa.
A jövőben a tudósok az optimális adalékanyagok megtalálására és megfelelő koncentrációjuk meghatározására, valamint az anyag termoelektromos tulajdonságaira gyakorolt hatásuk tanulmányozására kívánnak összpontosítani. A kapott adatok lehetővé teszik majd a magas hőmérsékletű alkalmazásokhoz szükséges hatékonyabb és stabilabb termoelektromos kompozitok kifejlesztését.
A munka az Orosz Tudományos Alapítvány támogatásával készült (22-79-10278 számú támogatás).
