Kot poroča poročilo nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore, bomo kot država izgubili več kot polovico tega, kar porabimo za energijo.
Eden glavnih krivcev je toplota. Tovarne, kot so jeklarne, oddajajo ogromno energije v obliki toplote - vendar ta toplota skoraj vedno pobegne v ozračje, kjer ne more narediti veliko dobrega.
Toda skupina znanstvenikov, ki sodelujejo med Massachusetts Institute of Technology in Univerzo Stanford, je razvila novo vrsto akumulatorjev, ki lahko pomagajo izkoristiti toplotni izpuh in ga usmeriti nazaj v omrežje, pri čemer izkoristijo manj znano načelo, imenovano termogalvanski učinek.
Doslej se je večina raziskav pretvorbe odpadne toplote osredotočala na termoelektrično moč. Na primer, termoelektrični generatorji so v zadnjih nekaj letih vse bolj priljubljeni. Sistemi premikajo elektrone z vroče strani prevodnega materiala, kot je kovina, na hladno stran; Ko so tam, se elektroni lahko pretvorijo v tok za napajanje naprav ali napolnijo baterijo. Generatorji se uporabljajo za napajanje stvari, kot so radijski in telemetrijski sistemi na plinovodih, kot rezervni viri energije za raziskovalna mesta brez posadke in celo kot obnovljivi vir energije na roverju Mars Curiosity.
Sistem je tako znan in dobro raziskan, da se že uporablja v izdelkih, ki se soočajo s potrošniki, vključno s priljubljenim BioLite CampStove.
Toda, kot pravi Yi Cui, izredni profesor na Stanfordu, ki je pomagal pri razvoju nove baterije, termoelektrični generatorji ne morejo zadostno izkoristiti energije iz velikih obratov in tovarn, ki ne delujejo tako vroče, kot recimo ob tabornem ognju.
Na primer, odpadna toplota, ki izhaja iz jeklarne, ni dovolj vroča (ali baterije ni mogoče dovolj ohladiti), da bi termoelektrična reakcija delovala.
Cui je tesno sodeloval z ekipo na MIT, ki jo je vodil Gang Chen, raziskovalec globokega ozadja termoelektrike, in razvil baterijo, ki je bila zasnovana posebej s tako imenovano „nizko stopnjo“ toplote.
Novi koncept je osredotočen na dokaj standardno baterijo na vodni osnovi s pozitivno in negativno elektrodo. Ekipa je postavila prazno baterijo na območje z veliko odpadne toplote in jo nato začela polniti. Ko je baterija popolnoma napolnjena, so jo ohladili na sobno temperaturo, nato pa se je izpraznila - in ohlajena baterija lahko izprazni več energije, kot je bila vanjo vložena.
To je termogalvanski pojav pri delu.
"Sprememba temperature povzroči spremembo proste energije in moč se močno spremeni, " pravi Cui. Dejansko baterija črpa energijo iz odpadne toplote - sicer zapravljeno energijo, ki jo je mogoče dovajati nazaj v omrežje.
Baterije, za razliko od termoelektričnih sistemov, trenutno ne morejo biti popolnoma brez omrežja, saj za polnjenje potrebujejo enosmerni tok. Ideja pa je, da boste za to morali črpati manj energije iz omrežja.
Ekipa še vedno eksperimentira s tem, kako hitro lahko segrejejo in hladijo baterije in kolikokrat lahko celico prekolesarimo, preden jo porabimo. V laboratoriju traja nekaj ur, da baterija opravi en cikel napolnjenosti in praznjenja. Ekipa v več kot 50 ciklih ni potisnila nobene celice.
Trenutno nimamo jasnega občutka, koliko moči lahko proizvede sistem, kakršen je Cui. Cui na koncu predvideva vezje več celic, ki jih je mogoče namestiti v tovarni. Ko temperatura ene celice narašča zaradi izpostavljenosti odpadni toploti, se druga premakne v hladilni cikel.
"Polovica se jih polni pri visoki temperaturi, polovica pa v nizki temperaturi, " pravi.
Trenutno je glavni cilj tovarniško proizvedena odpadna toplota, vendar Cui meni, da bi sistem lahko v prihodnosti uporabili drugje. Ekipa lahko eksperimentira tudi z drugimi baterijskimi materiali, ki bi lahko omogočili uporabo termogalvanskega učinka na višje ravni toplote, kot so na primer kamini ali peči.
V času, ko sistemi za pridobivanje energije že postajajo običajni v tujini, bi se lahko sistemi, kot je Cui, izkazali za neprecenljive za raziskovanje novih področij energije v Združenih državah Amerike. V naslednjih nekaj letih bo toplota iz londonskega podzemlja uporabljena za ogrevanje približno 1.400 domov. Veliko danske energije izvira iz odpadne toplote.
Z izumi, kot je ta, bi lahko začeli dohitevati.
