Будь-яке джерело тепла можна перетворити в джерело електроенергії – без парових котлів, турбін і інших громіздких споруд.
Як відомо, основна частина електроенергії виробляється завдяки спалювання викопної сировини. Отримане при цьому тепло використовується, наприклад, для утворення пари, яка крутить турбіну, приєднаної до генератору. Таким чином, головним методом отримання електрики є непряме перетворення тепла, поєднане з досить істотними енергетичними втратами.
«На виробництво 1 вата корисної енергії в середньому витрачається близько 5 ват тепла, з яких 4 йдуть на розігрів навколишнього середовища. Якби нам вдалося хоча б трохи зменшити ці втрати, це означало б величезну економію палива та істотне зниження викидів вуглекислого газу », – пояснює Арунава Майумдаром з Каліфорнійського університету в Берклі.
Тим часом метод прямого перетворення тепла в електроенергію відомий аж з першої половини XIX століття, коли Томас Зеєбека встановив, що виборче нагрівання (або охолодження) точки контакту двох провідників, що мають різні хімічні властивості, супроводжується появою електрорушійної сили (термо-ЕРС). Попросту кажучи, на протилежних кінцях провідників виникає напруга, а якщо їх замкнути, в ланцюзі почне текти електричний струм. Саме на цьому принципі працює термопара – нехитрий прилад, застосовуваний для вимірювань температури. Найпростіша термопара складається з двох стрижнів різного металу, спаяних на одному кінці. За зміною напруги на протилежних кінцях стрижнів можна судити про зміну температури в точці їх з’єднання.
Спроби пристосувати феномен термо-ЕРС для отримання електрики робилися неодноразово. Відповідні пристрої, які називаються термоелектричними конверторами, досить активно розроблялися протягом останніх 50-ти років і навіть знайшли своє застосування в деяких галузях промисловості. Однак для масового виробництва електроенергії вони явно непридатні. По-перше, ККД подібних перетворювачів не піднімається вище 7%, в той час, як у парових турбін це показник досягає 20%. А головне – ефективній термопарі потрібні рідкісні метали – вісмут, телурій, платина та ін. Ця обставина робить термоелектричні конвертори дуже дорогими й вельми непрактичними пристроями.
Однак фахівці з Каліфорнійського університету зуміли отримати ефект термо-ЕРС за допомогою штучно синтезованої органічної молекули, що з’єднує два металевих провідника. На думку вчених, це означає справжній прорив в перетворенні тепла в електрику: органіка дуже дешева і проста у виробництві. В ході експериментів вчені з’єднували пари золотих провідників через прошарки з трьох різних органічних сполук – бензен-дитіол, дибензил-дитіол і трібензен-дитіол. Потім один з провідників починали нагрівати для створення різниці в температурах. На кожен градус різниці дослідники реєстрували зростання напруги в 8,7 мкВ для першого, 12,9 мкВ для другого, і 14,2 мкВ для третього з’єднання, відповідно. Максимальна різниця температур, досягнута в ході тестів, склала всього 300 за Цельсієм.
«Ці цифри можуть здатися не надто значним, проте вони цілком доводять правильність нашої концепції. Органічна термоелектрика зробила свій перший крок, “– заявив Прамод Редді (Pramod Reddy), один з учасників дослідження. Найближчим часом учені мають намір протестувати ряд інших органічних сполук і металів, щоб домогтися більш вираженого ефекту термо-ЕРС.
Натхнення: www.popmech.ru