Polymerový sendvič může získávat elektřinu z odpadního tepla

V roce 314 před Kristem si řecký filosof Theofrastus všiml něčeho neobvyklého: když zahříval černou krystalickou horninu turmalín, začala náhle přitahovat popel a kousky slámy. To, co pozoroval, známe dnes jako pyroelektřinu, tj. schopnost některých krystalů při zahřívání nebo ochlazování krátce vytvářet elektrické napětí. Nyní se stejný jev začíná využívat k přeměně odpadního tepla na elektrickou energii.

Téměř 55 % veškeré energie vyprodukované v roce 2009 v USA bylo podle výzkumníků z Lawrence Livermore National Laboratory zmařeno ve formě nevyužitého odpadního tepla. K jeho využití pro výrobu elektřiny se uskutečnilo již mnoho pokusů; ty se však dosud setkaly s minimálním úspěchem.

Jak na odpadní teplo

Úspěchu dosáhl Scott Hunter, který se společníky z Oak Ridge National Laboratory v Tennessee vyvinul zařízení na získávání energie. Princip spočívá v tom, že se mezi dvě elektrody z různých kovů vloží vrstva pyroelektrického polymeru. Zařízení dlouhé pouze několik milimetrů se uloží mezi horký a studený povrch, například mezi počítačový čip a větrák uvnitř laptopu. Je ukotveno pouze na horkém povrchu a funguje jako nosník – trám podepřený na jednom konci. Když se zařízení ohřívá, polymer expanduje více než elektroda poblíž chladného povrchu a celé zařízení se ohýbá jako bimetalový pásek v termostatu. Sklání se k chladnému povrchu, kde se ochlazuje, a potom přeskakuje zpět k horkému povrchu a znova se ohřívá. Nosník brzy začíná mezi horkým a chladným povrchem vibrovat jako kladívko v natahovacím budíku. Pokaždé, když je polymer zahřátý, generuje malé množství elektřiny, které se ukládá do kondenzátoru.

Cíl: účinnost 10 až 30 %

V předchozích pokusech s pyroelektrickým materiálem se k získání elektřiny dařilo přeměnit jen 2 % tepla. Hunter věří, že se mu podaří dosáhnout účinnosti mezi 10 až 30 %. Domnívá se rovněž, že zařízení bude moci přeměňovat teplo z výfukových plynů na elektřinu a dokonce akumulovat energii, kterou sluneční články ztrácejí ve formě tepla. Zařízení by mohlo dokonce pohltit tolik tepla, že by mohlo hrát důležitou úlohu při chlazení laptopů a data center.

Laurent Pilon z University of California v Los Angeles, který rovněž studuje získávání energie na bázi pyroelektrického jevu, říká, že se mu líbí kompaktnost zařízení a jeho relativní jednoduchost. Má ale pochybnosti o potenciální účinnosti. Podle něj Hunter spoléhá na zahřívání zařízení, což je pomalý proces. Pilon a jiné skupiny používají k ohřevu a ochlazování pyroelektrického materiálu spíše kapaliny, což je mnohem rychlejší, i když na úkor části vyrobené elektřiny, která se použije na čerpání kapaliny.

(New Scientist, 2011, č. 2821, s. 20)