Lawrence Livermoren kansallisen laboratorion raportin mukaan maana yli puolet siitä, mitä kulutamme energiaan, menee hukkaan.
Yksi ensisijaisista syyllisistä on lämpö. Tehtaat, kuten terästehtaat, lähettävät valtavan määrän energiaa lämmön muodossa - mutta lämpö pääsee melkein aina ilmakehään, missä se ei voi tehdä paljon hyvää.
Mutta tutkijaryhmä, joka työskentelee yhteistyössä Massachusetts Institute of Technologyn ja Stanfordin yliopiston välillä, on kehittänyt uuden tyyppisen akun, joka voi auttaa valjastamaan lämmönpoistoa ja suppiloimaan sen takaisin verkkoon hyödyntäen vähemmän tunnettua periaatetta, nimeltään lämpömogaaninen vaikutus.
Tähän asti suurin osa jätelämmön muuntamista koskevasta tutkimuksesta on keskittynyt termoelektriseen energiaan. Esimerkiksi termoelektroniikan generaattorit ovat kasvattaneet suosiotaan viime vuosina. Järjestelmät siirtävät elektroneja johtavan materiaalin, kuten metallin, kuumalta puolelta viileälle puolelle; kerran elektronit voidaan muuntaa virtaksi teholaitteiksi tai ladata akku. Generaattoreita käytetään muun muassa kaasuputkien radio- ja telemetriajärjestelmien virrankuluttamiseen, miehittämättömien tutkimuspaikkojen varavirtalähteinä ja jopa Mars Curiosity -reitin uusiutuvana energialähteenä.
Järjestelmä on niin tunnettu ja hyvin tutkittu, että sitä käytetään jo kuluttajalähtöisissä tuotteissa, mukaan lukien suosittu BioLite CampStove.
Mutta Stanfordin apulaisprofessorin Yi Cuin mukaan, joka auttoi kehittämään uutta akkua, termosähkögeneraattorit eivät pysty riittävästi keräämään energiaa suurista kasveista ja tehtaista, jotka eivät käy niin kuumana kuin esimerkiksi nuotio.
Esimerkiksi terästehtaalta lähtevä hukkalämpö ei ole tarpeeksi kuuma (tai akkua ei voida jäähdyttää tarpeeksi) termoelektrisen reaktion toimimiseksi.
Cui työskenteli tiiviissä yhteistyössä MIT: n ryhmän kanssa, jota johtaa syvällä lämpöerästä vastaavan tutkijan Gang Chenin johtama tutkija, Cui kehitti sen sijaan pariston, joka on suunniteltu erityisesti niin sanotun ”heikkolaatuisen” lämmön mielessä.
Uusi konsepti on keskittynyt melko vakiona olevaan vesipohjaiseen akkuun, jossa on positiivinen ja negatiivinen elektrodi. Joukkue sijoitti tyhjän akun alueelle, jolla oli paljon hukkalämpöä, ja alkoi sitten ladata sitä. Kun akku oli latautunut täyteen, he jäähtyivät sen huoneenlämpötilaan, jolloin se tyhjeni - ja jäähdytetty akku voi purkaa enemmän energiaa kuin siihen laitettiin.
Se on termogalvaaninen ilmiö työssä.
"Lämpötilan muutos aiheuttaa muutoksen vapaassa energiassa, ja teho muuttuu paljon", Cui sanoo. Itse asiassa akku kuluttaa energiaa jätelämmöstä - muuten hukkaan menevää energiaa, joka voitaisiin syöttää takaisin verkkoon.
Paristot, toisin kuin termosähköiset järjestelmät, eivät voi tällä hetkellä mennä kokonaan sähköverkkoon, koska niiden lataus vaatii tasavirran. Ajatuksena on kuitenkin, että tarvitset vähemmän energiaa verkosta tehdäksesi sen.
Tiimi kokeilee edelleen, kuinka nopeasti se voi lämmittää ja jäähdyttää akkuja ja kuinka monta kertaa solua voidaan pyörittää ennen sen käyttämistä. Laboratoriossa akun kuluu muutama tunti yhden lataus- ja purkausjakson suorittamiseen. Joukkue ei ole ajautunut yhtään solua yli 50 syklin läpi.
Tällä hetkellä meillä ei ole selvää käsitystä siitä, kuinka paljon voimaa Cuin kaltainen järjestelmä voi tuottaa. Cui lopulta suunnittelee useiden solujen piirin, joka voidaan asentaa tehtaalle. Kun yhden kennon lämpötila nousee altistumiselta hukkalämmölle, toinen siirtyy jäähdytysjaksoon.
"Puolet heistä latautuu korkeassa lämpötilassa ja puolet purkautuu matalassa lämpötilassa", hän sanoo.
Tällä hetkellä päätavoite on tehtaalla tuotettu jätelämpö, mutta Cui katsoo, että järjestelmää voitaisiin soveltaa tulevaisuudessa muualle. Ryhmä voi myös kokeilla muita akkumateriaaleja, jotka saattavat mahdollistaa lämpömogaanisen vaikutuksen saavuttamisen korkeammissa lämpötasoissa, kuten esimerkiksi takan tai uunin tuottamat.
Aikana, jolloin energiankeräysjärjestelmistä on jo tullut yleisiä ulkomailla, Cuin kaltaiset järjestelmät voivat osoittautua korvaamattomiksi tutkiessaan uusia energiamahdollisuuksia Yhdysvalloissa. Muutaman seuraavan vuoden aikana Lontoon metroasteen lämpöä käytetään lämmittämään noin 1 400 taloa. Ja suuri osa Tanskan energiasta tulee hukkalämmöstä.
Tämänkaltaisilla keksinnöillä voimme alkaa kuroa kiinni.
