Νέος, αποδοτικότερος τρόπος μετατροπής θερμότητας σε ενέργεια

Νέος, αποδοτικότερος τρόπος μετατροπής θερμότητας σε ενέργεια

shutterstock

Ένα νέο, πιο αποδοτικό τρόπο συλλογής θερμότητας και μετατροπής της σε ηλεκτρισμό ανακάλυψε διεθνής ομάδα επιστημόνων.

Η ανακάλυψη αυτή, που δημοσιεύτηκε την προηγούμενη εβδομάδα στο Science Advances, θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο αποτελεσματική παραγωγή ενέργειας από θερμότητα σε αντικείμενα όπως εξατμίσεις αυτοκινήτων, διαστημόπλοια και βιομηχανικές εφαρμογές.

«Εξαιτίας αυτής της ανακάλυψης, θα είμαστε σε θέση να παράγουμε περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από θερμότητα από ό,τι μπορούμε σήμερα» είπε, σύμφωνα με το Ohio State News, ο Τζόζεφ Χέρεμανς, καθηγητής μηχανολογίας στο Ohio State University και ένας εκ των συντελεστών της έρευνας. «Είναι κάτι που, μέχρι τώρα, κανείς δεν πίστευε πως θα ήταν δυνατόν».

H ανακάλυψη αυτή βασίζεται σε μικροσκοπικά σωματίδια, τα paramagnons, τα οποία δεν είναι ακριβώς μαγνήτες, αλλά έχουν κάποια από τα χαρακτηριστικά τους. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό, επειδή οι μαγνήτες όταν θερμαίνονται χάνουν τις μαγνητικές τους δυνάμεις και γίνονται παραμαγνητικοί. H ροή του μαγνητισμού («spin») δημιουργεί ένα είδος ενέργειας (magnon-drag θερμοηλεκτρισμό), κάτι που, μέχρι τώρα, δεν μπορούσε να αξιοποιηθεί για τη συλλογή ενέργειας σε θερμοκρασία δωματίου.

«Κάποτε πιστευόταν πως, αν έχεις έναν παραμαγνήτη και τον θερμάνεις, τίποτα δεν συμβαίνει» είπε ο Χέρεμανς. «Και διαπιστώσαμε ότι αυτό δεν ισχύει. Αυτό που βρήκαμε είναι ένας νέος τρόπος σχεδιασμού θερμοηλεκτρικών ημιαγωγών- υλικών που μετατρέπουν θερμότητα σε ηλεκτρισμό. Τα συμβατικά θερμοηλεκτρικά που είχαμε τα τελευταία 20 χρόνια περίπου είναι πολύ μη αποδοτικά και μας δίνουν πολύ λίγη ενέργεια, οπότε δεν χρησιμοποιούνται ευρέως».

Οι μαγνήτες παίζουν βασικό ρόλο στη συλλογή ενέργειας από θερμότητα: Όταν μια πλευρά ενός μαγνήτη θερμανθεί, η άλλη γίνεται πιο μαγνητική, κινώντας ηλεκτρόνια και παράγοντας ηλεκτρισμό. Το παράδοξο, ωστόσο, είναι πως, όταν οι μαγνήτες θερμαίνονται, χάνουν το μεγαλύτερο μέρος των μαγνητικών ιδιοτήτων τους και μετατρέπονται σε παραμαγνήτες, «σχεδόν αλλά όχι ακριβώς μαγνήτες» όπως λέει ο Χέρεμανς. Αυτό σημαίνει πως, μέχρι αυτή την ανακάλυψη, κανείς δεν σκεφτόταν να χρησιμοποιήσει παραμαγνήτες για τη συλλογή θερμότητας επειδή οι επιστήμονες θεωρούσαν πως οι παραμαγνήτες δεν είναι ικανοί να συλλέγουν ενέργεια.

Αυτό που διαπίστωσαν οι ερευνητές, ωστόσο, είναι πως τα paramagnons «σπρώχνουν» τα ηλεκτρόνια μόνο για ένα δισεκατομμυριοστό του ενός εκατομμυριοστού του δευτερολέπτου- αρκετά για να χρησιμοποιηθούν οι παραμαγνήτες ως πρακτικά χρήσιμοι συλλέκτες ενέργειας.

Οι ερευνητές, από το Ohio State University, το North Carolina State University και την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, άρχισαν να δοκιμάζουν paramagnons για να δουν αν, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, μπορούν να παράγουν το απαιτούμενο «spin». Όπως διαπιστώθηκε, σημείωσε ο Χέρεμανς, τα paramagnons όντως παράγουν το «spin» που απαιτείται για την κίνηση ηλεκτρονίων- και αυτό, τόνισε, μπορεί να αξιοποιηθεί για τη συλλογή ενέργειας.