Hunter
Hőből elektromosság, hatékonyan
Egy parányi szerkezet, amit szerves molekulákból és fém nanorészecskékből hoztak létre, sikerrel állított elő közvetlenül hőből elektromosságot.
A világ elektromos energiájának körülbelül 90 százalékát a hő közvetett átalakításával állítják elő, mely során rengeteg hő megy veszendőbe. A Berkeley Egyetem vívmánya alkotói reményei szerint elvezethet a hőelektromos átalakítás a jelenleginél jóval hatékonyabb módjaihoz.
"1 Watt energia előállításához 3 wattnyi hőbevitel szükséges, míg 2 Wattnak megfelelő energiamennyiség egyszerűen hő formájában elillan" - elemezte a problémát Arun Majumdar, a Berkeley kutatásvezetője. "Ha az elvesztegetett hő csak egy töredékét sikerülne költséghatékony módon elektromossággá alakítani, elképesztő hatása lenne az energiagazdálkodásra, hatalmas fűtőanyag-mennyiséget takaríthatnánk meg és csökkenne a széndioxid kibocsátás is."
A veszendőben menő hő begyűjtése és hasznosítása általában termoelektromos átalakítókkal történik. Ezek az úgynevezett Seebeck hatás segítségével generálnak elektromosságot. A módszer egyszerű, az alapja egy jelenség, melyben elektromos feszültség keletkezik, ha két különböző fém különböző hőmérsékleten tartott illesztései találkoznak. Ezek a hőelektromos generátorok azonban csak igen elhanyagolható, körülbelül 7 százalékos hatékonysággal működnek, előállításukhoz különleges, ezáltal igen költséges fémötvözetek szükségesek, ami ésszerűtlenné teszi széleskörű felhasználásukat.
A mostani kutatás, melynek eredményeiről Majumdar kutatótársával, Rachel Segelmannel a Science magazinban számolt be, először érte el a Seebeck hatást szerves molekulákon, lerakva a költséghatékony termoelektromos átalakítók felé vezető út alapköveit. "A cél, hogy olyan anyagokat használjunk fel az átalakítókhoz, melyek jóval nagyobb mennyiségben állnak rendelkezésünkre és könnyebben feldolgozhatók" - mondta Segelman. "A szerves anyagok olcsók és alkalmazásuk is egyszerű."
Az új átalakító megépítéséhez a kutatók két arany elektródát vontak be benzol-ditiol, dibenzol-ditiol vagy tribenzol-ditiol molekulákkal, majd az egyiket felmelegítették, hogy megteremtsék a Seebeck hatáshoz szükséges hőmérséklet-különbséget. Minden egyes Celsius foknyi különbségnél a benzol-ditiolnál 8,7 mikrovolt, a dibenzol-ditiolnál 12,9 mikrovolt, míg a tribenzol-ditiol esetében 14,2 mikrovolt elektromosságot mértek. A legnagyobb tesztelt hőmérsékletkülönbség 30 Celsius fok volt.
Bár a hatás csekélynek tűnik, elég bizonyíték a koncepció életképességére, kiagyalói pedig remélik, ezzel sikerült elindulniuk a szerves molekuláris termoelektromosság felé. Következő lépésként más szerves molekulák és fémek kombinációit fogják tesztelni, miközben igyekeznek egyre finomabbra hangolni magát a szerkezetet is. Majumdar szerint a szerves termoelektromosság olcsó szerves molekuláival és fém nanorészecskéivel egy új, költséghatékony energiaforráshoz fog elvezetni.
A világ elektromos energiájának körülbelül 90 százalékát a hő közvetett átalakításával állítják elő, mely során rengeteg hő megy veszendőbe. A Berkeley Egyetem vívmánya alkotói reményei szerint elvezethet a hőelektromos átalakítás a jelenleginél jóval hatékonyabb módjaihoz.
"1 Watt energia előállításához 3 wattnyi hőbevitel szükséges, míg 2 Wattnak megfelelő energiamennyiség egyszerűen hő formájában elillan" - elemezte a problémát Arun Majumdar, a Berkeley kutatásvezetője. "Ha az elvesztegetett hő csak egy töredékét sikerülne költséghatékony módon elektromossággá alakítani, elképesztő hatása lenne az energiagazdálkodásra, hatalmas fűtőanyag-mennyiséget takaríthatnánk meg és csökkenne a széndioxid kibocsátás is."
A veszendőben menő hő begyűjtése és hasznosítása általában termoelektromos átalakítókkal történik. Ezek az úgynevezett Seebeck hatás segítségével generálnak elektromosságot. A módszer egyszerű, az alapja egy jelenség, melyben elektromos feszültség keletkezik, ha két különböző fém különböző hőmérsékleten tartott illesztései találkoznak. Ezek a hőelektromos generátorok azonban csak igen elhanyagolható, körülbelül 7 százalékos hatékonysággal működnek, előállításukhoz különleges, ezáltal igen költséges fémötvözetek szükségesek, ami ésszerűtlenné teszi széleskörű felhasználásukat.
A mostani kutatás, melynek eredményeiről Majumdar kutatótársával, Rachel Segelmannel a Science magazinban számolt be, először érte el a Seebeck hatást szerves molekulákon, lerakva a költséghatékony termoelektromos átalakítók felé vezető út alapköveit. "A cél, hogy olyan anyagokat használjunk fel az átalakítókhoz, melyek jóval nagyobb mennyiségben állnak rendelkezésünkre és könnyebben feldolgozhatók" - mondta Segelman. "A szerves anyagok olcsók és alkalmazásuk is egyszerű."
Az új átalakító megépítéséhez a kutatók két arany elektródát vontak be benzol-ditiol, dibenzol-ditiol vagy tribenzol-ditiol molekulákkal, majd az egyiket felmelegítették, hogy megteremtsék a Seebeck hatáshoz szükséges hőmérséklet-különbséget. Minden egyes Celsius foknyi különbségnél a benzol-ditiolnál 8,7 mikrovolt, a dibenzol-ditiolnál 12,9 mikrovolt, míg a tribenzol-ditiol esetében 14,2 mikrovolt elektromosságot mértek. A legnagyobb tesztelt hőmérsékletkülönbség 30 Celsius fok volt.
Bár a hatás csekélynek tűnik, elég bizonyíték a koncepció életképességére, kiagyalói pedig remélik, ezzel sikerült elindulniuk a szerves molekuláris termoelektromosság felé. Következő lépésként más szerves molekulák és fémek kombinációit fogják tesztelni, miközben igyekeznek egyre finomabbra hangolni magát a szerkezetet is. Majumdar szerint a szerves termoelektromosság olcsó szerves molekuláival és fém nanorészecskéivel egy új, költséghatékony energiaforráshoz fog elvezetni.
