211service.com
Automobilio maitinimas panaudota šiluma
Mažiausiai du trečdaliai automobiliuose ir sunkvežimiuose naudojamo benzino energijos iššvaistoma kaip šiluma. Termoelektrikai, puslaidininkinės medžiagos, paverčiančios šilumą į elektrą, galėtų surinkti šią perteklinę šilumą, sumažindamos transporto priemonės degalų poreikį ir pagerindamos degalų sąnaudas bent 5 procentais. Tačiau esamų termoelektrinių medžiagų žemas efektyvumas ir didelė kaina neleido tokiems įrenginiams tapti praktiškais transporto priemonėse.
Galia iš šilumos: Termoelektrinis generatorius, paverčiantis šilumą iš automobilio išmetimo sistemos į elektrą, galėtų pagerinti degalų sąnaudas.
Dabar mokslininkai surenka pirmuosius termoelektrinių generatorių prototipus, skirtus bandymams komerciniuose automobiliuose ir visureigiuose. Įrenginiai yra kelių termoelektrinių prietaisų gamintojo pažangos kulminacija BSST Irwindale, Kalifornijoje, ir General Motors Global R&D Warren mieste, Mičigano valstijoje. Abi bendrovės planuoja įrengti ir išbandyti savo prototipus iki vasaros pabaigos – BSST automobiliuose BMW ir Ford, o GM – Chevrolet visureigiuose.
BSST naudoja naujas medžiagas. Bismuto teluridas, įprastas termoelektrikas, turi brangaus telūro ir veikia tik iki 250 °C temperatūroje, o termoelektriniai generatoriai gali pasiekti 500 °C. Taigi BSST naudoja kitą termoelektrikų šeimą – hafnio ir cirkonio mišinius, kurie gerai veikia esant aukštai temperatūrai. Tai padidino generatoriaus efektyvumą apie 40 procentų.
GM mokslininkai surenka galutinį prototipą, pagrįstą daug žadančia nauja termoelektrikų klase, vadinama skutteruditais, kurie yra pigesni už teluridus ir geriau veikia aukštoje temperatūroje. Bendrovės kompiuteriniai modeliai rodo, kad bandomajame Chevrolet Suburban automobilyje šis įrenginys gali generuoti 350 vatų, o tai 3 procentais pagerino degalų sąnaudas.
GM mokslininkas Gregory Meisner teigia, kad skutteruditų, kurie yra kobalto arsenido junginiai, legiruoti retųjų žemių elementais, tokiais kaip iterbis, gamyba yra daug laiko reikalaujantis ir sudėtingas procesas, o juos įtraukti į prietaisus sunku. Esminis iššūkis yra sukurti gerus elektros ir šiluminius kontaktus. Didelis temperatūros gradientas visame įrenginyje sukelia mechaninį įtempimą kontaktinei ir termoelektrinei sąsajai. Be to, sujungus skirtingas medžiagas, atsiranda pasipriešinimas, dėl kurio kontaktas įkaista, o prietaisas blogėja. Jis sako, kad tinkamai pasirinkę medžiagas galite paveikti atsparumą. Iššūkis yra rasti tinkamą medžiagų formulę – tiek puslaidininkinį termoelektrinį, tiek kontaktinį.
Žvilgsnis į vidų: Menininko „Chevrolet Suburban“ atvaizde pavaizduotas duslintuvą primenantis termoelektrinis generatorius, įdėtas į išmetimo sistemą.
Kitas svarbus iššūkis bus įrenginio integravimas į transporto priemones. Tyrėjai jau išbandė bismuto telūrido generatorių visureigyje. Šiuo metu prietaisas tiesiog įdėtas į išmetimo sistemą, sako Meisneris. Išpjaunama vamzdžio dalis ir įdedamas prietaisas, kuris atrodo kaip duslintuvas. Turime sukurti kažką, kas labiau integruota į transporto priemonės sistemą, o ne papildomą įrenginį.
Tiek BSST, tiek GM mokslininkai taip pat turi rasti būdų, kaip pigiai pagaminti didesnį naujų medžiagų kiekį. Meisneris perspėja, kad gali praeiti dar mažiausiai ketveri metai, kol termoelektriniai generatoriai taps gamybinėmis transporto priemonėmis.