PHYSICS4U

Ερευνητές εργάζονται πάνω σε μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια που μετατρέπει τη θερμότητα από τους καπνούς της εξάτμισης αυτοκινήτων σε ηλεκτρική ενέργεια. Η συσκευή τροφοδοτεί την ενέργεια που παράγει τα ηλεκτρονικά συστήματα του αυτοκινήτου. Έτσι περικόπτεται η κατανάλωση των καυσίμων και βοηθάει στη μείωση των εκπομπών του CO2 από τα οχήματα.

Σε μια εποχή που οι φυσικοί πόρι μειώνονται, η εξοικονόμηση της ενέργειας είναι σε ημερήσια διάταξη. Εντούτοις, πολλές τεχνικές διαδικασίες χρησιμοποιούν λιγότερη από το ένα τρίτο της ενέργειας που καταναλώνουν. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα αυτοκίνητα, όπου τα δύο τρίτα των καυσίμων εκπέμπονται χωρίς να τα χρησιμοποιούμε υπό μορφή θερμότητας.

Περίπου το 30 τοις εκατό χάνονται μέσα στην ίδια τη μηχανή, και περαιτέρω το 30 έως το 35% ως καπνοί στην εξάτμιση. Οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο αναπτύσσουν διάφορους τρόπους να τιθασεύσουν την αχρησιμοποίητη θερμότητα των καυσαερίων από τα αυτοκίνητα, τις μηχανές και τους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, προκειμένου να μειωθεί η κατανάλωση των καυσίμων τους.

Υπάρχει σαφώς μια μεγάλη ανάγκη να μειωθούν οι απώλειες στις θερμοηλεκτρικές γεννήτριες. Αυτές οι συσκευές μετατρέπουν τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια με τη βοήθεια μιας διαφοράς θερμοκρασίας. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά της θερμοκρασίας, τόσο πιο πολύ ρεύμα μπορεί να παραγάγει η γεννήτρια. Οι ερευνητές στο Ίδρυμα Fraunhofer για τις Φυσικές Τεχνικές Μέτρησης αναπτύσσουν θερμοηλεκτρικά υλικά, διατάξεις και συστήματα για να εκμεταλλευτούν την θερμότητα που μένει (υπό μορφή καυσαερίων) στα αυτοκίνητα.

"Οι θερμοκρασίες στο σωλήνα της εξάτμισης μπορούν να φθάσουν στους 700 βαθμούς Κελσίου ή και περισσότερο," λέει ο Δρ Harald Böttner, επικεφαλής του τμήματος θερμοηλεκτρικών συστημάτων. "Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του σωλήνα εξάτμισης και ενός σωλήνα που μεταφέρει ψυκτικό ρευστό στη μηχανή, μπορεί να φτάσει σε αρκετές εκατοντάδες βαθμούς Κελσίου."

Ο θερμοηλεκτρικός μετατροπέας χρησιμοποιεί αυτή την τεράστια διαφορά: Καθοδηγούμενοι από τη ροή της θερμότητας μεταξύ του καυτού καπνού της εξάτμισης και του ψυχρού τμήματος ενός σωλήνα ψυκτικού μέσου, οι φορείς των ηλεκτρικών φορτίων περνούν μέσω ειδικών ημιαγωγών, παράγοντας κατά συνέπεια ένα ηλεκτρικό ρεύμα παρόμοιο με αυτό μιας μπαταρίας.

Ο μακροπρόθεσμος στόχος είναι να καταστεί ο εναλλάκτης περιττός και να παρασχεθεί ενέργεια στο συνεχώς αυξανόμενο αριθμό ηλεκτρονικών συσκευών στο αυτοκίνητο. Οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες θα μπορούσαν να καλύψουν ένα σημαντικό ποσοστό της απαιτούμενης ισχύος ενός αυτοκινήτου: "Κι έτσι θα μειωνόταν η κατανάλωση καυσίμου μεταξύ του 5 και 7%," λένε ο Böttner.

Ένας απλός υπολογισμός μπορεί να επεξηγήσει πόσο σημαντικό είναι να αυξηθεί η ενεργειακή αποδοτικότητα των αυτοκινήτων: Υπάρχουν περίπου 50 εκατομμύρια οχήματα στη Γερμανία, κάθε ένα από τα οποία είναι - ως βάση για μια εκτίμηση - στο δρόμο κατά μέσο όρο 200 ώρες ετησίως.

Εάν η θερμότητα των αποβλήτων τους είχε χρησιμοποιηθεί από θερμοηλεκτρικές γεννήτριες για τόσες ώρες, και γινόταν παραγωγή ισχύος 1 κιλοβάτ για την τροφοδοσία των ηλεκτρονικών τμημάτων σε κάθε όχημα, αυτό θα πρόσθετε μέχρι 10 terawatt-ώρια ενέργειας το χρόνο - πολύ σημαντική συμβολή στην εξοικονόμηση ενέργειας. Οι ερευνητές είναι ακόμα στη φάση πειραματισμού αυτή τη στιγμή, αλλά προγραμματίζουν να φτιάξουν τα πρώτα πρωτότυπα πολύ σύντομα.