V zadnjih letih se povečuje zanimanje za tehnologije, ki učinkovito pridobivajo energijo iz odpadne toplote, saj svet vse bolj išče trajnostne vire energije. Znanstveniki in inženirji po vsem svetu si prizadevajo razviti materiale in naprave, ki bi lahko izkoristili toploto, ki bi se sicer izgubila, ter jo pretvorili v uporabno električno energijo.
Ena najbolj obetavnih tehnologij na tem področju so termoelektrični materiali, ki omogočajo neposredno pretvorbo toplotne energije v električno s pomočjo temperaturnih razlik. Razvoj prilagodljivih termoelektričnih vlaken iz bizmutovega telurida (Bi2Te3), pomeni prelomno inovacijo, ki bi lahko pomembno vplivala na prihodnost nosljivih naprav in industrijskih aplikacij.
Trajnostni potencial termoelektričnih materialov
Termoelektrični materiali lahko pretvarjajo temperaturne razlike v električno energijo, kar omogoča številne možnosti za njihovo uporabo. Toplotni viri so prisotni skoraj povsod okoli nas, bodisi v industrijskih procesih bodisi v vsakdanjem življenju, na primer telesna toplota ali toplota, ki jo proizvajajo avtomobili. Trenutno se ocenjuje, da se kar 70 % proizvedene energije izgubi kot odpadna toplota, zato je tehnologija, ki bi to toploto pretvorila v uporabno energijo, ključnega pomena za zmanjšanje energetske potratnosti in izboljšanje trajnostnih energetskih sistemov.
Anorganski termoelektrični materiali, kot je bizmutov telurid, so že dolgo prepoznani kot zelo učinkoviti pri pretvorbi toplote v električno energijo. Vendar imajo ti materiali svoje omejitve, saj so krhki in težko prilagodljivi za kompleksne ali ukrivljene površine, kot so človeško telo, cevi ali strojni deli. Prilagodljivi materiali, ki vsebujejo polimerne dodatke, sicer rešujejo ta problem, vendar zaradi slabše prevodnosti in toplotne izolacije ne dosegajo enake učinkovitosti kot njihovi anorganski kolegi.
Inovativna zasnova termoelektričnih vlaken
Raziskovalna ekipa z univerze KAIST je uspela preseči te izzive z razvojem novih termoelektričnih vlaken iz bizmutovega telurida, ki ne vsebujejo polimernih dodatkov, temveč temeljijo na anorganskih nanotrakovih. Ti nanotraki, ki jih je mogoče preoblikovati v vlakna, ponujajo izjemno prilagodljivost, hkrati pa ohranjajo visoko termoelektrično učinkovitost. S to inovacijo so znanstveniki ustvarili material, ki je ne le prilagodljiv, temveč tudi vzdržljiv – termoelektrična vlakna so ohranila svoje lastnosti tudi po več kot tisoč ciklih upogibanja in natezanja.
Uporaba termoelektričnih vlaken v nosljivih napravah, kot so pametna oblačila, prinaša številne možnosti. Z izkoriščanjem telesne toplote lahko ta oblačila proizvajajo električno energijo, kar bi omogočilo napajanje drugih naprav, kot so pametne ure, senzorji ali medicinske naprave, brez potrebe po dodatnih napajalnih virih. Poleg tega lahko takšne tehnologije pomembno prispevajo k izboljšanju učinkovitosti industrijskih procesov, saj bi lahko reciklirale odpadno toploto v različnih okoljih, na primer v industrijskih obratih ali vozilih.
Komercialni potencial termoelektričnih vlaken
Inovacija termoelektričnih vlaken ima velik komercialni potencial. Raziskovalna ekipa je dokazala, da se ta vlakna lahko uspešno vključijo v različne produkte, kot so reševalni jopiči in druga oblačila, kar omogoča zbiranje energije iz okoljskih temperaturnih razlik. Poleg tega se ta tehnologija lahko uporablja v številnih industrijskih aplikacijah, kjer je prisotna odpadna toplota, na primer pri vročih tekočinah v ceveh ali v proizvodnih procesih.
Zaradi svoje robustnosti in prilagodljivosti lahko termoelektrična vlakna najdejo široko uporabo tudi v ekstremnih okoljih, kot so visoke ali nizke temperature, kar jih naredi privlačne za uporabo v vesoljski industriji ali v raziskavah na oddaljenih območjih. Nadaljnje raziskave in izboljšave materialov bodo omogočile večjo učinkovitost in zmanjšanje proizvodnih stroškov, kar bi lahko pospešilo njihovo širšo uporabo v različnih panogah.
Razvoj termoelektričnih vlaken iz bizmutovega telurida predstavlja pomemben korak naprej v raziskavah trajnostnih virov energije. Z združevanjem prilagodljivosti, visoke učinkovitosti in vzdržljivosti ti materiali odpirajo vrata za številne aplikacije v nosljivih napravah, industriji in drugih področjih. V prihodnosti se pričakuje, da bodo termoelektrični materiali postali ključna tehnologija pri izkoriščanju odpadne toplote.
Novinar
