A kipufogó hője nem vész kárba: modern autókban és repülőgépekben is árammá alakítható.
Nem csupán az a probléma, hogy a belső égésű motorok szennyező anyagokat bocsátanak ki, hanem az is, hogy hatékonyságuk messze elmarad az elvárttól. A kipufogó hőjének pazarlása talán a legnagyobb vétek: az energia háromnegyede kárba vész. De végre felfedeztük a megoldást, amely reményt adhat a jövő számára.
A Pennsylvaniai Állami Egyetem tudósai egy innovatív, kompakt termoelektromos generátort alkottak meg, amely képes az autók, helikopterek és drónok kipufogóhőjét villamos energiává transzformálni. Az általuk fejlesztett prototípus már most 56 wattos teljesítményt produkál, ami elegendő egy villanykörte üzemeltetéséhez, de ez csupán a kezdeti lépés a potenciális alkalmazások széles spektrumán.
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 hasznosítása különösen ígéretes lehet a nagy sebességgel közlekedő járművek esetében, mivel ez egy hatékony és fenntartható energiaforrást kínál. Ez nemcsak az üzemeltetési teljesítmény javításához járul hozzá, hanem jelentősen megnöveli az üzemidőt is.
A termoelektromos generátorok már régóta a tudományos középpontban állnak, mivel képesek a hőmérsékletkülönbségekből energiát nyerni. Azonban sok modeljük vízalapú hűtőrendszert igényel, ami jelentősen megnöveli a méretüket és súlyukat, valamint korlátozza azokat a területeket, ahol alkalmazhatók. A pennsylvaniai kutatócsoport, amelyet Wenjie Li és Bed Poudel vezet, innovatív megoldást kínál erre a kihívásra. Olyan hőcserélőket fejlesztettek ki, amelyek a légkondicionálókban használt technológiákhoz hasonlóan működnek, így hatékonyabbá téve a termoelektromos generátorok működését.
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 kutatói különféle járművek kipufogórendszerein végeztek kísérleteket egy úttörő generátorral. Az eredmények alapján megállapították, hogy egy átlagos autó esetében az eszköz képes akár 56 watt energiát termelni, míg egy helikopter kipufogójából már 146 wattot nyerhetünk ki – ez körülbelül 12 lítium-ion akkumulátor teljesítményének felel meg. Továbbá, a vizsgálatok során kimutatták, hogy 190 Celsius-fokos hőmérsékletkülönbség mellett a generátor maximálisan 40 wattot képes előállítani. Az ezt követő számítógépes szimulációk alapján megerősítették, hogy a rendszer kiválóan működhet nagy sebességű járművekben is.
A rendszer innovatív módon integrálható a már létező kipufogórendszerekbe, ráadásul nem igényel külön hűtőrendszert, így könnyedén felszerelhető meglévő járművekre. Ezzel biztosítható, hogy a jövőben a fosszilis üzemanyagok elégetéséből származó energia háromnegyede ne vesszen el. A kutatók véleménye szerint ez jelentős lépést jelenthet a termoelektromos eszközök elterjedésében, és lehetőséget ad az elvesző energia hatékony visszanyerésére.
