211service.com
Pohánějte vaše auto odpadním teplem
Nejméně dvě třetiny energie v benzinu používaném v osobních a nákladních automobilech se vyplýtvají jako teplo. Termoelektrika, polovodičové materiály, které přeměňují teplo na elektřinu, by mohly zachytit toto odpadní teplo, snížit spotřebu paliva vozidla a zlepšit spotřebu paliva nejméně o 5 procent. Nízká účinnost a vysoká cena stávajících termoelektrických materiálů však zabránila tomu, aby se taková zařízení stala praktickými ve vozidlech.
Energie z tepla: Termoelektrický generátor, který přeměňuje odpadní teplo z výfukového systému automobilu na elektřinu, by mohl snížit spotřebu paliva.
Nyní výzkumníci montují první prototyp termoelektrických generátorů pro testy v užitkových autech a SUV. Zařízení jsou vyvrcholením několika pokroků provedených nezávisle u výrobce termoelektrických zařízení BSST v Irwindale v Kalifornii a v General Motors Global R&D ve Warrenu v Michiganu. Obě společnosti plánují nainstalovat a otestovat své prototypy do konce léta – BSST ve vozech BMW a Ford a GM v SUV Chevrolet.
BSST používá nové materiály. Telurid vizmutu, běžné termoelektrikum, obsahuje drahý telur a pracuje při teplotách pouze do 250 °C, zatímco termoelektrické generátory mohou dosáhnout 500 °C. BSST tedy používá další rodinu termoelektrik – směsi hafnia a zirkonia – které dobře fungují při vysokých teplotách. To zvýšilo účinnost generátoru asi o 40 procent.
V GM výzkumníci sestavují konečný prototyp založený na slibné nové třídě termoelektrik zvaných skutterudity, které jsou levnější než teluridy a fungují lépe při vysokých teplotách. Počítačové modely společnosti ukazují, že v jejím testovacím vozidle Chevrolet Suburban by toto zařízení mohlo generovat 350 wattů, což by snížilo spotřebu paliva o 3 procenta.
Výroba skutteruditů, což jsou sloučeniny arsenidu kobaltu, které jsou dotovány prvky vzácných zemin, jako je ytterbium, je časově náročný a komplikovaný proces a jejich začlenění do zařízení je obtížné, říká vědec GM Gregory Meisner. Zásadní výzvou je vytvoření dobrých elektrických a tepelných kontaktů. Velký teplotní gradient napříč zařízením mechanicky namáhá kontakt-termoelektrické rozhraní. Navíc spojení různých materiálů zavádí odpor, který zahřívá kontakt a znehodnocuje zařízení. Vhodnou volbou materiálů můžete ovlivnit odolnost, říká. Výzva spočívá v nalezení správného vzorce pro materiály – jak pro polovodičové termoelektrické, tak pro kontaktní.
Pohled dovnitř: Umělecké ztvárnění Chevroletu Suburban ukazuje termoelektrický generátor podobný tlumiči vložený do výfukového systému.
Další klíčovou výzvou bude integrace zařízení do vozidel. Vědci již testovali generátor teluridu vizmutu v SUV. Právě teď je zařízení právě vloženo do výfukového systému, říká Meisner. Část potrubí se vyřízne a vloží se zařízení, které vypadá jako tlumič. Potřebujeme navrhnout něco, co je více integrováno do systému vozidla než přídavné zařízení.
Výzkumníci BSST i GM také potřebují najít způsoby, jak levně vyrábět větší objemy nových materiálů. Meisner varuje, že může trvat nejméně další čtyři roky, než se termoelektrické generátory dostanou do sériových vozidel.