Νέα ανακάλυψη ανοίγει τον δρόμο για την παραγωγή ενέργειας από τη θερμότητα του σώματος
Αν έχεις δει τον εαυτό σου μέσω μιας θερμικής κάμερας, θα γνωρίζεις ότι το σώμα σου παράγει πολλή θερμότητα. Αυτή είναι ουσιαστικά ένα παραπροϊόν του μεταβολισμού μας. Κάθε τετραγωνικό πόδι του ανθρώπινου σώματος εκπέμπει θερμότητα που ισοδυναμεί με περίπου 19 σπίρτα ανά ώρα.
Δυστυχώς, μεγάλο μέρος αυτής της θερμότητας διαφεύγει απλώς στην ατμόσφαιρα. Δεν θα ήταν υπέροχο αν μπορούσαμε να την αξιοποιήσουμε για την παραγωγή ενέργειας; Η έρευνά μου έχει δείξει ότι αυτό θα ήταν όντως εφικτό. Οι συνάδελφοί μου και εγώ ανακαλύπτουμε τρόπους να συλλέγουμε και να αποθηκεύουμε τη θερμότητα του σώματος για παραγωγή ενέργειας, χρησιμοποιώντας φιλικά προς το περιβάλλον υλικά.
Ο στόχος είναι να δημιουργηθεί μια συσκευή που μπορεί τόσο να παράγει όσο και να αποθηκεύει ενέργεια, λειτουργώντας σαν ένα ενσωματωμένο power bank για φορητή τεχνολογία. Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει σε συσκευές όπως έξυπνα ρολόγια, μετρητές φυσικής κατάστασης ή GPS να λειτουργούν πολύ περισσότερο ή ακόμα και επ’ αόριστον, αξιοποιώντας τη θερμότητα του σώματός μας.
Δεν είναι μόνο τα σώματά μας που παράγουν άχρηστη θερμότητα. Στον τεχνολογικά προηγμένο κόσμο μας, παράγεται καθημερινά μεγάλη ποσότητα άχρηστης θερμότητας, από τις μηχανές των οχημάτων μας έως τις μηχανές που κατασκευάζουν προϊόντα.
Συνήθως, αυτή η θερμότητα απελευθερώνεται επίσης στην ατμόσφαιρα, αντιπροσωπεύοντας μια σημαντική χαμένη ευκαιρία για ανάκτηση ενέργειας. Η αναδυόμενη έννοια της “ανάκτησης αποβλήτων θερμότητας” επιδιώκει να αντιμετωπίσει αυτή την αναποτελεσματικότητα. Αξιοποιώντας αυτή την ενέργεια, οι βιομηχανίες μπορούν να βελτιώσουν την επιχειρησιακή τους αποδοτικότητα και να συμβάλουν σε ένα πιο βιώσιμο περιβάλλον.
Το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο είναι ένα φαινόμενο που μπορεί να βοηθήσει στη μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό λειτουργεί έχοντας μια διαφορά θερμοκρασίας που παράγει ένα ηλεκτρικό δυναμικό, καθώς τα ηλεκτρόνια ρέουν από τη ζεστή προς την κρύα πλευρά, παράγοντας χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια.
Τα συμβατικά θερμοηλεκτρικά υλικά, ωστόσο, κατασκευάζονται συχνά από κάδμιο, μόλυβδο ή υδράργυρο. Αυτά ενέχουν περιβαλλοντικούς και υγειονομικούς κινδύνους που περιορίζουν την πρακτική τους εφαρμογή.
Η δύναμη του ξύλου
Έχουμε ανακαλύψει ότι μπορείς επίσης να δημιουργήσεις θερμοηλεκτρικά υλικά από ξύλο – προσφέροντας μια πιο ασφαλή, βιώσιμη εναλλακτική.
Το ξύλο υπήρξε αναπόσπαστο κομμάτι των ανθρώπινων πολιτισμών για αιώνες, αποτελώντας πηγή δομικών υλικών και καυσίμου. Αποκαλύπτουμε τη δυνατότητα των υλικών που προέρχονται από ξύλο να μετατρέπουν τη θερμότητα αποβλήτων, που συχνά χάνεται στις βιομηχανικές διεργασίες, σε πολύτιμη ηλεκτρική ενέργεια.
Αυτή η προσέγγιση όχι μόνο ενισχύει την ενεργειακή αποδοτικότητα, αλλά επίσης επαναπροσδιορίζει τον τρόπο που βλέπουμε τα καθημερινά υλικά ως βασικά στοιχεία των λύσεων βιώσιμης ενέργειας.
Η ομάδα μας στο Πανεπιστήμιο του Λίμερικ, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Βαλένθια, ανέπτυξε μια βιώσιμη μέθοδο για τη μετατροπή της θερμότητας αποβλήτων σε ηλεκτρική ενέργεια, χρησιμοποιώντας ιρλανδικά προϊόντα ξύλου, ειδικά λιγνίνη, η οποία είναι ένα παραπροϊόν της βιομηχανίας χαρτιού.
Η μελέτη μας δείχνει ότι οι μεμβράνες με βάση τη λιγνίνη, όταν εμβαπτίζονται σε αλατούχο διάλυμα, μπορούν να μετατρέψουν αποδοτικά την απόβλητη θερμότητα χαμηλής θερμοκρασίας (κάτω από 200°C) σε ηλεκτρική ενέργεια. Η διαφορά θερμοκρασίας στη μεμβράνη λιγνίνης προκαλεί τη μετακίνηση ιόντων (φορτισμένων ατόμων) στο αλατούχο διάλυμα.
Τα θετικά ιόντα κινούνται προς την πιο κρύα πλευρά, ενώ τα αρνητικά ιόντα προς την πιο ζεστή πλευρά. Αυτή η διαχωρισμός φορτίων δημιουργεί μια διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού στη μεμβράνη, που μπορεί να αξιοποιηθεί ως ηλεκτρική ενέργεια.
Δεδομένου ότι περίπου το 66% της βιομηχανικής θερμότητας αποβλήτων εμπίπτει σε αυτή την κατηγορία θερμοκρασίας, αυτή η καινοτομία παρουσιάζει μια σημαντική ευκαιρία για οικολογικές λύσεις ενέργειας.
Αυτή η νέα τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να κάνει μεγάλη διαφορά σε πολλούς τομείς. Οι βιομηχανίες, όπως η κατασκευαστική, που παράγουν μεγάλες ποσότητες υπολειμματικής θερμότητας, θα μπορούσαν να δουν σημαντικά οφέλη από τη μετατροπή αυτής της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό θα τους βοηθήσει να εξοικονομήσουν ενέργεια και να μειώσουν τον αντίκτυπό τους στο περιβάλλον.
Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε διάφορα περιβάλλοντα, από την παροχή ενέργειας σε απομακρυσμένες περιοχές έως την τροφοδοσία αισθητήρων και συσκευών σε καθημερινές εφαρμογές. Η φιλική προς το περιβάλλον φύση της την καθιστά επίσης μια υποσχόμενη λύση για βιώσιμη παραγωγή ενέργειας σε κτίρια και υποδομές.
Το πρόβλημα με την αποθήκευση
Η συλλογή ενέργειας από την απόβλητη θερμότητα είναι μόνο το πρώτο βήμα. Η αποτελεσματική αποθήκευσή της είναι εξίσου κρίσιμη. Οι υπερπυκνωτές είναι συσκευές αποθήκευσης ενέργειας που φορτίζουν και εκφορτίζονται γρήγορα. Αυτό τους καθιστά απαραίτητους για εφαρμογές που απαιτούν γρήγορη παροχή ενέργειας.
Ωστόσο, η εξάρτησή τους από υλικά άνθρακα που προέρχονται από ορυκτά καύσιμα εγείρει ανησυχίες για τη βιωσιμότητα, υπογραμμίζοντας την ανάγκη για ανανεώσιμες εναλλακτικές στην παραγωγή τους.
Η ερευνητική μας ομάδα ανακάλυψε ότι ο πορώδης άνθρακας που βασίζεται στη λιγνίνη μπορεί να λειτουργήσει ως ηλεκτρόδιο σε υπερπυκνωτές για αποθήκευση ενέργειας που παράγεται από την ανάκτηση θερμότητας αποβλήτων χρησιμοποιώντας μεμβράνη λιγνίνης.
Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στη μεμβράνη λιγνίνης να συλλέγει και να μετατρέπει τη θερμότητα αποβλήτων σε ηλεκτρική ενέργεια, ενώ η πορώδης δομή άνθρακα διευκολύνει τη γρήγορη μετακίνηση και αποθήκευση των ιόντων. Προσφέροντας μια πράσινη εναλλακτική που αποφεύγει τα επιβλαβή χημικά και την εξάρτηση από ορυκτά καύσιμα, αυτή η προσέγγιση παρέχει μια βιώσιμη λύση για την αποθήκευση ενέργειας από την απόβλητη θερμότητα.
Αυτή η καινοτομία στην τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τα πάντα, από τα καταναλωτικά ηλεκτρονικά, την φορητή τεχνολογία μέχρι και τα ηλεκτρικά οχήματα.
