تولید برق از حرارت اتلافی دودکش‌های صنعتی و اگزوز خودروها
اثر ترموالکتریک تبدیل مستقیم اختلاف دما به ولتاژ الکتریکی و یا برعکس آن است و یک ماده ترموالکتریک وسیله‌ای است که در صورت وجود اختلاف دما در دو سرش، ولتاژی را پدید می‌آورد و در مقابل در صورت گرفتن ولتاژ در دو سرش اختلاف دما ایجاد می‌کند. در ابعاد اتمی، گرادیان دمای اعمال شده سبب می‌شود تا حامل‌های بار در ماده از سر گرم به سر سرد حرکت کنند.
این اثر در تولید الکتریسیته و محاسبه دمای اجسام یا تغییر دمایشان کاربرد دارد. چون گرم شدن و سرد شدن ارتباط مستقیمی با قطبش ولتاژ اعمال شده دارد، دستگاه‌های ترموالکتریک، کنترل کننده‌های بسیار موثر دما هستند.
پژوهشگران دانشگاه هوستون یک ماده جدید ترموالکتریکی ابداع کرده‌اند که می‌تواند از گرمای تلف شده توسط اگزوز خودروها یا دودکش‌های صنعتی مانند دودکش لکوموتیو یا کشتی برای تولید برق با بازده بیشتر و قدرت خروجی بالاتر از مواد موجود در حال حاضر استفاده کند.
این ماده استنید منیزیم دوپ شده با ژرمانیوم (منیزیم دارای قلع که به آن ژرمانیوم اضافه شده) است که در شماره اخیر از مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم تشریح شد. شیفنگ رن، نویسنده ارشد مقاله و استاد فیزیک مرکز ام.دی. اندرسون دانشگاه هوستون می‌گوید: «این ماده جدید دارای حداکثر ضریب قدرت 55، با ضریب شایستگی (عامل کلیدی برای تعیین بازده) 1.4 است.»
رن که به تازگی شرکتی به نام APower با همکاری گانگ شن از موسسه فناوری ماساچوست و دو دانش‌آموخته سابق خود برای تجاری سازی این ماده تاسیس کرده است معتقد است ماده جدید به نوبه خود اهمیت بسیاری دارد. اما او می‌گوید: «نکته کلیدی دیگر در این مقاله اهمیت جستجو به دنبال موادی با ضریب قدرت بالا و یا چگالی توان خروجی بالا، علاوه بر تمرکز سنتی بر ضریب شایستگی بالا و یا بازده است که معمولا به عنوان ZT نامیده می شود. در این صنعت همگان به دنبال ZT بالاتری هستند که هنوز هم به نظر درست است. اما نکته اینجاست که همه به دنبال دستیابی به ZT بالاتر توسط کاهش هدایت حرارتی هستند، اما کاهش هدایت حرارتی محدود است. لذا ما نیاز به افزایش ضریب قدرت داریم. اگر هدایت حرارتی همچنان یکسان باقی بماند و ضریب قدرت را افزایش داد می‌توان به ZT بالاتر دست یافت.»
مواد ترموالکتریک با استفاده از جریانی از یک منطقه گرم به یک منطقه خنک‌تر برق تولید می‌کنند اما در استنید منیزیم دوپ شده با ژرمانیوم ، جریان توسط حرکت الکترون‌ها به وجود می‌آید.
پژوهشگران در مقاله خود نوشته‌اند: «جستجو به دنبال ZT بالاتر تمرکز اصلی جامعه صنعت حرارتی است. با این حال، برای کاربردهای عملی، بازده تنها نگرانی مطرح نیست و وقتی که ظرفیت منبع حرارتی بزرگ است (مانند حرارت خورشیدی) و یا هزینه منبع حرارت عامل مهمی نباشد (مانند حرارت اتلافی از اتومبیل، صنعت فولاد و غیره)، چگالی بالای قدرت خروجی همانند بازده بالا اهمیت می‌یابد.»
پژوهشگران گزارش می‌کنند که: «استنید منیزیم دوپ شده با ژرمانیوم دارای ضریب شایستگی نسبتا استانداردی در حدود 1.4 و عامل قدرت بالایی درحد 55 است که به همراه هزینه مواد خام در حدود 190 دلار در هر کیلوگرم، می‌توان از این ماده در مصارف تجاری مستمر استفاده کرد.»
رن، که پژوهشگر اصلی ابررسانایی مرکز تگزاس در دانشگاه هوستون نیز هست، می‌گوید: «چندین ماده‌ای که صنعتگران بر سر مصرف آنها رقابت می‌کنند عامل قدرت پایین‌تری دارند و همچنین قیمت مواد خام آنها نیز بسیار گران‌تر است.»
این ماده از طریق آسیاب گلوله‌ای مکانیکی و جریان مستقیم ناشی از پرس گرم ساخته می‌شود و می توان آن را با کاربردهای دارای تلفات حرارتی و تبدیل انرژی خورشیدی متمرکز در دماهایی تا 300 درجه سانتیگراد و یا در حدود 572 درجه فارنهایت استفاده کرد. آسیاب گلوله‌ای مکانیکی گونه ای از آسیاب‌های صنعتی است که جهت تولید پودر نرم و یا یکنواخت کردن مخلوط به کار می رود. عمده مصارف این نوع آسیاب در تولید رنگ، سرامیک، سیمان و مواد شیمیایی است که در آن از تعداد زیادی ساچمه فلزی یا سرامیکی استفاده می‌شود که با مکانیسم همزن و یا چرخش دوار آسیاب به طور دایم بر روی هم حرکت کرده و ذرات درشت را خرد می‌کنند.
از این ماده به طور نمونه می‌توان در سیستم اگزوز خودروها برای تبدیل گرما به الکتریسیته برای تامین انرژی سیستم الکتریکی خودرو و یا گرفتن حرارت اتلافی از دودکش‌های یک کارخانه سیمان برای تامین انرژی کارخانه استفاده کرد.
No tags for this post.
