Wychwytywanie ciepła do produkcji elektryczności
Szacuje się, że niewykorzystana energia cieplna, traktowana jako produkt uboczny procesów w elektrowniach, branży przemysłowej i transporcie, stanowi ponad 520 mln energetycznego równoważnika ton ropy (Mtoe) w samej UE. Termoelektryczne generatory (TEG), które przekształcają to marnowane ciepło w użyteczną energię elektryczną mieć duży wkład w produkcję energii odnawialnej. Naukowcy poprawiają wydajność obiecujących materiałów termoelektrycznych dzięki finansowaniu ze środków UE w ramach projektu NEAT ("Nanoparticle embedded in alloy thermoelectrics"). Ostatnio wykazano, że efektywność termoelektryczna tego typu materiałów o strukturalnych cechach nanoskalowych jest do trzech razy wyższa niż w przypadku materiałów konwencjonalnych. Wyniki te uzyskano jednak dla cienkich błon i nie ma możliwości ich odtworzenia w materiałach masowych. Zespół projektu NEAT pracuje nad innowacyjnymi masowymi stopami nanokompozytowymi o takich właściwościach. Koncentrując się zarówno na wysokich, jak i średnich temperaturach i korzystając z przyjaznych dla środowiska materiałów, wykorzystują inkluzje nanoskalowe oraz granice ziarna stopów osnowy gospodarza. W czasie pierwszych sześciu miesięcy, naukowcy opracowali i dokonali oceny metod kontrolowania syntezy stopów osnowy gospodarza i nanocząsteczek (NP) na skalę laboratoryjną przy użyciu młyna kulowego. Parametry zainteresowania obejmowały rozmiar NP i rozmiar szerokości dystrybucji, a także rozmiar krystaliczny stopów osnowy gospodarza. Testy wstępne wykazały monorozproszone NP o średniej wielkości cząsteczki wynoszącej dziewięć nanometrów (nm), co całkowicie zaspokoiło wymagania zespołu NEAT. Po przeprowadzeniu badań syntetycznych, naukowcy skupili się na opracowaniu dokładnych modeli transportu ciepła, w celu poprowadzenia rozwoju materiałów. Do wyboru odpowiednich nanoinkluzji wykorzystano modele termodynamiczne. Naukowcy z powodzeniem wyprodukowali pierwszy zestaw sztabek osnowy gospodarza, przy zastosowaniu procesu szybkiego spiekania dla zachowania nanostruktury. Nanoinkluzje wprowadzono do macierzy gospodarza, skutecznie kontrolując rozmiar cząsteczek i ich rozmieszczenie, w celu uformowania pierwszego systemu nanokompozytowego NEAT. Wyniki wstępne wskazują, że charakter inkluzji odgrywa zasadniczą rolę w równowadze pomiędzy przewodnością elektryczną a termalną, co wskazuje na dalszy kierunek rozwoju materiałów. Postępy zespołu NEAT mogą potencjalnie znacząco przechylić obecny brak równowagi ku bardziej konwencjonalnym technologiom odzyskiwania ciepła i usprawnić systemy masowej produkcji TEG. Zyskanie przewagi nad konkurencją na tym wschodzącym rynku może przynieść ważne korzyści społeczno-gospodarcze również UE.
