Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Phương pháp mới khai thác nhiệt thải (30/05/2014)

Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đã mất hàng thập kỷ để tìm cách khai thác phần nào năng lượng nhiệt thải từ các qui trình công nghiệp và các nhà máy điện. Hầu hết nỗ lực này tập trung vào các thiết bị nhiệt điện, vật liệu rắn để sản xuất điện từ gradient nhiệt độ, nhưng hiệu suất của các thiết bị này còn hạn chế. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Viện công nghệ Masachusetts và Đại học Stanford, Hoa Kỳ đã phát hiện ra một phương pháp mới để chuyển đổi nhiệt thải ở nhiệt độ thấp thành điện, trong trường hợp này sự chênh lệch nhiệt độ chưa đến 100oC.

Phương pháp mới dựa vào hiện tượng hiệu ứng nhiệt điện, đã được mô tả trong báo cáo đăng tải trên Tạp chí Nature Communications.

Vì điện áp pin sạc phụ thuộc vào nhiệt độ, hệ thống mới kết hợp các chu kỳ sạc-xả sạc của các pin này với đốt nóng và làm mát, do đó, điện áp xả sạc cao hơn điện áp sạc. Hệ thống này có thể khai thác sự chênh lệch nhiệt độ thậm chí tương đối nhỏ như mức 50⁰C một cách có hiệu quả.

Để bắt đầu, pin không tích điện được đốt nóng bằng nhiệt thải. Sau đó, ở nhiệt độ cao, pin sẽ được sạc; khi pin đầy, nó được làm mát. Vì điện áp sạc ở nhiệt độ cao, thấp hơn so với ở nhiệt độ thấp, do đó, một khi pin nguội, nó có thể cung cấp nhiều điện hơn mức điện năng dùng để sạc pin. Đương nhiên, năng lượng dư thừa không phải tự nhiên xuất hiện, mà bắt nguồn từ nhiệt được bổ sung vào hệ thống này.

Hệ thống mới nhằm khai thác nhiệt dưới 100^oC, chiếm tỷ lệ lớn nhiệt thải có tiềm năng được khai thác. Trong thí nghiệm với nhiệt thải 60^oC, hệ thống mới đạt hiệu suất ước tính 5,7%.

GS.Gang Chen, một trong các tác giả nghiên cứu cho rằng: khái niệm cơ bản cho phương pháp này được đề xuất lần đầu tiên vào thập niên 50, nhưng bước tiến quan trọng của nghiên cứu này là sử dụng vật liệu không có ở xung quanh vào thời điểm đó cho các điện cực pin, cũng như những tiến bộ trong thiết kế hệ thống này.

Nghiên cứu trước đây dựa vào nhiệt độ 500^oC hoặc hơn thế; hầu hết các hệ thống thu hồi nhiệt hiện nay hoạt động hiệu quả nhất nhờ những chênh lệch nhiệt độ ở mức cao.

Mặc dù hệ thống mới mang lại lợi ích về hiệu suất chuyển đổi năng lượng, nhưng đến nay, nó có mật độ năng lượng thấp hơn nhiều các hệ thống nhiệt điện. Hệ thống cũng cần được nghiên cứu sâu hơn để đảm bảo độ tin cậy trong thời gian sử dụng dài và cải thiện tốc độ sạc và xả sạc.

Các nhà nghiên cứu cho rằng hiện không có công nghệ sử dụng hiệu quả những chênh lệch nhiệt độ tương đối thấp, nhưng hệ thống mới có thể làm được điều này.

Hầu hết các nhà máy điện và qui trình chế tạo như sản xuất thép và lọc dầu sản sinh khối lượng lớn nhiệt thải có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh. Công nghệ pin mới được thiết kế để tận dụng gradient nhiệt độ này ở qui mô công nghiệp. Lợi thế nữa của công nghệ này là sử dụng vật liệu giá rẻ, dồi dào và các qui trình sản xuất đã được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp pin.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Escience)