Masačusetso mokslininkai sukūrė pirmąjį termoreaktorių
Mes gal­būt ne vi­sa­da pa­ste­bi­me, bet oras esan­tis ap­link mus nuo­lat šy­la ar­ba šą­la. Da­bar Ma­sa­ču­set­so tech­no­lo­gi­jų ins­ti­tu­to (MIT) moks­li­nin­kai nu­spren­dė, kad šie tem­pe­ra­tū­ros po­ky­čiai tu­ri bū­ti iš­nau­do­ti elek­tros ga­my­bai.

Pastaraisiais metais buvo atlikta daugybė tyrimų su termoelektriniais įtaisais, kurie dėl temeratūros pokyčių gali generuoti energiją. Dabar MIT komanda sugalvojo naują būdą kaip pakeisti temperatūros svyravimus į elektros energiją. Užuot sistemai reikalaujant dviejų skirtingų temperatūrų vienu metu, naujoji sistema pasinaudoja aplinkos temperatūros svyravimais, kurie vyksta dienos-nakties ciklo metu.

MIT sukurtas prietaisas, vadinamas „terminiu rezonatoriumi“ („thermal resonator“ angl. aut. past.), gerina įprastus termoelektrinius įtaisus. Ši konkreti sistema nereikalauja dviejų skirtingų temperatūrų vienu metu, vietoj to ji naudoja specialią medžiagą, kuri užtikrina lėtą šilumos spinduliavimą. Todėl vienoje įtaiso pusėje temperatūra visada yra aukštesnė už kitoje įtaiso pusėje esančią temperatūrą. Tyrėjai teigia, kad tokia sistema gali nepertraukiamai veikti daugybę metų, nereikalauti nuolatinės priežiūros ir papildomų energijos šaltiniu, kaip pavyzdžiui baterijų.

Tyrėjai savo tyrimų rezultatus publikavo moksliniame žurnale „Nature Comunications“. Vienas iš šio tyrimo autorių, cheminės inžinerijos profesorius Michael‘as Strano teigia: „Mes sukūrėme pirmąjį termoreaktorių. Tai yra kažkas tokio, kas gali būti padėta ant stalo ir generuoti energiją iš to, ko atrodo nėra. Mus pastoviai supa skirtingų dažnių temperatūrų svyravimai. Tai yra neišnaudotas energijos šaltinis.“

Mokslininkai siekė sukurti medžiagą su stipriu „šilumos skverbimosi koeficientu“ („thermal effusivity“ angl. – yra greitis, kuriuo medžiaga gali sugerti šilumą. Tai savybė, lemianti dviejų kūnų kontaktinę temperatūrą, kurie liečia vienas kitą. aut. past.). Vertinant kaip greitai šiluma gali keliauti per medžiagą ir kaip ji gali būti saugoma, paprastai būna taip, kad viena iš šių savybių yra didelė, o kita maža.

Norėdami išspręsti šią problemą, komanda sukūrė kruopščiai suderintą medžiagų derinį. Pagrindinė struktūra yra metalo porolonas, pagamintas iš vario arba nikelio, kuris vėliau padengiamas grafeno sluoksniu, kad būtų dar didesnis šilumos laidumas. Tada į metalo poroloną įpurškiamas vaškas, vadinamas „oktadekanu“ – faziškai kintanti medžiaga, kuri keičiasi nuo skystos iki kietos formos, priklausomai nuo temperatūros pokyčių. Viena prietaiso pusė „surenka“ šilumą ir lėtai ją „perneša“ į kitą medžiagos pusę. Ši medžiaga ne tik labai gerai išlaiko šilumą, bet ir efektyviai ją „perneša“, dėl ko palengviną diferencialą, reikalingą elektros energijos gamybai.

Koncepcinis nedidelis medžiagos pavyzdys testo metu generavo, reaguodamas į 10 laipsnių pagal Celsijų temperatūros skirtumą tarp nakties ir dienos, 350 mV įtampą ir 1,3 mW galią – kurios pakanka mažiems aplinkos jutikliams ar ryšių sistemoms.

Tyrėjai atliko pradinius bandymus, taikydami 24 valandų aplinkos oro temperatūros ciklą. Tačiau jie mano, kad šis įrenginys taip pat gali gaminti elektros energiją iš kitų temperatūros pokyčius lemiančių ciklų. Pavyzdžiui, šiluma atsiranda iš visų įrenginių, kurie turi variklius ir įjungimo/išjungimo mygtuką – nuo šaldytuvo virtuvėje iki mašinų pramonės.

Nors ši naujiena yra džiuginanti, tačiau vis dar turi didelių apribojimų. Nedidelis pagaminamos energijos kiekis reiškia, kad su tokiu įrenginiu galima būtų įkrauti tik tuos įrenginius, kuriems reikia nedidelio elektros energijos kiekio, pavyzdžiui nuotolinio valdymo jutikliai. Kol kas yra mažai tikėtina, kad šis įrenginys artimiausiu metu taps įprastu namų prietaisu, kuris galėtų aprūpinti ženkliu elektros energijos kiekiu. Tačiau, pati įdėja yra nuostabi ir pavykus ją taip išvystyti, kad būtų tiek komerciškai, tiek ir techniškai patraukli, tai atvertų neribotas energijos gamybos galimybes.

Šiame video reportaže vaizdžiai ir išsamiai pasakojamas termoelektrinio generatoriaus darbo principas:

.