Výroba elektřiny z odpadního tepla? Američtí vědci experimentují s novou metodou

Průmyslové procesy, spalovací motory aut a další zařízení po celém světě při svém provozu vytváří značné objemy tepla, které však vzhledem k jeho parametrům či chybějícím možnostem odběru nelze využít. Američtí vědci nyní vyvinuli speciální „anténu“ na bázi křemíku, která dokáže využívat teplo k přímé výrobě stejnosměrného proudu.

Výzkumníci ze Sandia National Laboratories spadající pod americké ministerstvo energetiky vyvinuli nové zařízení na bázi křemíku, které dokáže využít teplo, například i to odpadní, k výrobě elektrické energie. Zařízení, které vědci nazvali rectenna (z anglických slov rectifying antenna, usměrňující anténa, pozn. red.), zkonstruovali z běžných materiálů jako hliník, křemík a oxid křemičitý.

„Vyvinuli jsme novou metodu, která v podstatě slouží k získávání energie z odpadního tepla. Motory aut produkují hodně tepla, které je odpadem, že? Představte si, že byste u hybridního auta mohli přeměnit toho teplo z motoru v elektrickou energii. Toto je první krok v tomto směru, ale stále je potřeba odvést mnoho práce,“ říká Paul Davids, fyzik a spoluautor studie.

Experimentální zařízení o rozměrech zhruba 0,3 x 0,3 cm a poloviční tloušťce je tvořeno několika vrstvami. Horní vrstvu tvoří hliník, ve kterém jsou vyleptány proužky o šířce jedné dvacetiny lidského vlasu. Tento vzor, který lidské oko ani nepostřehne, slouží jako anténa pro zachytávání infračerveného záření.

Další části tvoří spodní vrstva z křemíku a prostřední vrstva z oxidu křemičitého, která je se svou tloušťkou pouhých 20 atomů 16000x tenčí než vlas. Vrchní hliníková vrstva s vyleptaným vzorem zachytává infračervené světlo, které dále prostupuje do tenké vrstvy oxidu křemičitého.

Infračervené záření uvězněné v tenké vrstvě oxidu křemičitého vytváří velmi rychlé oscilace, které asymetricky uvádí elektrony do pohybu mezi hliníkovou a křemíkovou vrstvou. Výsledkem je vznik stejnosměrného proudu. Zařízení nemá žádné pohyblivé části a nemusí být v přímém kontaktu se zdrojem tepla, který může vést k tepelnému namáhání.

Snadná výroba ve velkém měřítku

Jelikož vědci využili k výrobě svého zařízení běžné materiály a stejné postupy, které se v dnešní době využívají při výrobě integrovaných obvodů, bylo by podle Joshuy Shanka, vedoucího studie, snadné výrobu převést do velkého měřítka.

„Úmyslně jsme se zaměřili na běžné materiály a procesy, které jsou škálovatelné. Teoreticky by tyto usměrňovací antény mohl vyrábět jakýkoliv komerční závod na výrobu integrovaných obvodů,“ řekl Joshua Shank.

Pokud tato technologie uspěje, bude ji čekat dlouhá cesta, než se dostane do běžné výroby. Současný prototyp vědců dodává pouhých 8 nanowattů elektrického výkonu na centimetr čtvereční při ozařování speciální lampou o teplotě zhruba 450 °C.

Autor úvodní fotografie: Randy Montoya