Forradalmi energiaátalakítás
A Colorado Boulder Egyetem mérnökei és anyagtudósai egy olyan új termofotovoltaikus (TPV) eszközt fejlesztettek ki, amely a hősugárzást minden eddiginél hatékonyabban alakítja elektromos energiává – még az elméleti határokat is átlépve. A kutatók állítása szerint ez az innováció jelentős áttörést jelenthet az energiatermelésben, és forradalmasíthatja a fenntartható ipari folyamatokat.
Planck-törvény a múlté?
A Planck-féle sugárzási törvény szerint egy adott hőmérsékletű test elektromágneses sugárzásának spektrális eloszlása meghatározott, vagyis van egy elméleti határ, amelynél több hőenergiát nem lehet kinyerni egy magas hőmérsékletű forrásból. Max Planck 1900-ban megalkotott törvénye alapozta meg a kvantummechanikát, és azóta is meghatározó a termikus fizika területén.
Ezt a határt lépte most át a Colorado Boulder Egyetem kutatócsapata.
„Az általunk felhasznált energia kétharmada hővé alakul. Ha ebből a hőenergiából vissza tudunk nyerni, akkor tiszta villamos energiát állíthatunk elő. Gondoljunk csak az energiatárolásra és az elektromos energiatermelésre, fosszilis tüzelőanyagok nélkül.” – mondta Longji Cui, a kutatócsoport vezetője.
Nulla vákuumtávolság – a hatékonyság titka
A hagyományos TPV rendszerek egyik legnagyobb problémája az energiaátadás hatékonyságának korlátozottsága. A jelenlegi rendszerek általában vákuummal vagy gáztöltésű réteggel dolgoznak a hőforrás és a fotovoltaikus cella között. Ez azonban jelentős energiaveszteséggel jár.
A Colorado Boulder Egyetem csapata egy új megoldással állt elő: az eszköz egy infravörös-átlátszó és hőszigetelő üveg távtartó réteget használ, amely hatékonyabb hőenergia-átadást tesz lehetővé, ezzel jelentősen növelve az energiatermelés hatékonyságát.
„Azáltal, hogy egy egyedi és kompakt TPV eszközt terveztek, amely akár egy emberi kézben is elfér, a csapat képes volt meghaladni a Planck-törvény által meghatározott vákuumkorlátot, és megduplázni a korábbi TPV rendszerekkel elérhető teljesítménysűrűséget.”
Alacsonyabb hőmérsékleten is hatékonyabb energiatermelés
A hagyományos TPV rendszerek gyakran extrém magas hőmérsékleten működnek – 1500–2000°C-on, vagy akár még magasabban –, hogy a lehető legtöbb energiát kinyerjék a hősugárzásból. Ez azonban veszélyes és gazdaságilag nem fenntartható.
A Colorado Boulder Egyetem fejlesztése ezzel szemben 1000°C-os hőmérsékleten is képes ugyanolyan teljesítményre, mint egy hagyományos TPV rendszer 1400°C-on.
„Korábban, ha valaki növelni akarta a teljesítménysűrűséget, emelnie kellett a hőmérsékletet – például 1500°C-ról 2000°C-ra, vagy még magasabbra, ami végül már nem tolerálható és veszélyes az egész energiarendszer számára. Most alacsonyabb hőmérsékleten tudunk dolgozni, ami kompatibilis a legtöbb ipari folyamattal, miközben még mindig hasonló elektromos teljesítményt generálunk, mint korábban.” – magyarázta Cui.
A technológia ipari alkalmazásai
A megnövekedett hatékonyság és az alacsonyabb üzemi hőmérséklet miatt a technológia számos iparágban hasznosítható, különösen azokban, ahol jelentős mennyiségű hulladékhő keletkezik.
„Ez az új technológia képes átalakítani a magas hőmérsékletű ipari folyamatokat, például az üveg-, acél- és cementgyártást olcsóbb és tisztább elektromos energiával.”
Ezzel a megoldással az energiafogyasztás jelentősen csökkenthető, miközben az üvegházhatású gázok kibocsátása is mérséklődik.
Mit hozhat a jövő?
A kutatók szerint az új TPV eszköz komoly előrelépést jelent a fenntartható energiatermelésben. Az újonnan fejlesztett anyagok akár 20-szorosára növelhetik az eszköz teljesítménysűrűségét, ami azt jelenti, hogy az ipari alkalmazások még hatékonyabbá válhatnak.
A kutatás még kezdeti szakaszban van, de ha a technológiát ipari méretekben sikerül alkalmazni, az alapjaiban változtathatja meg az energiahasznosítás jövőjét.
A fejlesztés ígéretes lehetőség az energiahatékonyság növelésére és az ipari folyamatok környezeti hatásának csökkentésére – és ki tudja, talán egy nap a Planck-törvény is újragondolásra szorul majd.
