تشكيل مادة جديدة من أجل إعادة تدوير الطاقة الضائعة

استطاع علماء من جامعة هيوستن Houston University، بالاستفادة من الخاصية الكهراحرارية لمادة، من أجل إنتاج الطاقة بشكل نظيف.

عندما تتعرض مادة كهراحرارية Thermoelectric Material للحرارة، سيؤدي ذلك لتنشيط الالكترونات الأضعف ارتباطاً بالنواة في المنطقة الساخنة من المادة، بالتالي ينشأ تيار كهربائي ينطلق من المنطقة الساخنة (ذات الكمون الطاقي العالي) ما بين منطقتين إلى المنطقة الباردة (ذات الكمون الطاقي الأخفض)، أي توليد فرق كمون كهربائي نتيجة التدرج الحراري. في هذه المادة المصنعة يكون التيار محمولاً بالالكترونات.

يعتمد مبدأ هذه الطريقة على الاستفادة من الطاقة الضائعة –على شكل حرارة-الصادرة من عوادم السيارات مثلاً، أو مداخن المعامل وبمردود عالٍ، وارتفاع كبير في إنتاج الطاقة مما يمكن للمواد الحالية أن تقدمه.

[fusion_builder_container hundred_percent=”yes” overflow=”visible”][fusion_builder_row][fusion_builder_column type=”1_1″ background_position=”left top” background_color=”” border_size=”” border_color=”” border_style=”solid” spacing=”yes” background_image=”” background_repeat=”no-repeat” padding=”” margin_top=”0px” margin_bottom=”0px” class=”” id=”” animation_type=”” animation_speed=”0.3″ animation_direction=”left” hide_on_mobile=”no” center_content=”no” min_height=”none”]

المادة هي الجرمانيوم المطعم بقصديريد المغنيزوم، وتملك الصيغة الكيميائية Mg₂Sn_0.75Ge_0.25، يلاحظ من ستكيومترية المواد الداخلة في تركيب هذه المادة أنها ليست كاملة بل كسرية، وهي مادة نصف ناقلة من النمط n المانح للالكترونات، يقول آندرسون M.D. Anderson وهو بروفسور في جامعة هيوستن، أن هذه المادة تملك معامل طاقة Power Factor (نسبة الطاقة الحقيقية المارة، على الطاقة الظاهرية المارة ضمن دارة كهربائية) يساوي 55.

يقاس عادةً فعالية نقل الالكترونات بالرمز ZT، ويركز الباحثون عملهم من أجل الحصول على فعالية نقل الكترونات عالية كما يقول الباحثون، لكن هناك أيضاً إنتاج كثافة عالية من الطاقة الكهربائية وهي مهمة كالفعالية عندما تكون سعة المصدر الحراري كبيراً (مثل التسخين باستخدام الشمس)، أو تكلفة المصدر الحراري ليست كبيرة جداً (مثل الطاقة الضائعة من السيارات، معامل الفولاذ…).

تملك هذه المادة معيار للأداء 1.4، لكن معامل طاقة كبير يبلغ 55، ويكلف كل 1كغ من المادة 190 دولار أمريكي، مما يجعل من هذه المادة ذات قدرة على الدخول في المجال التجاري.

تم تشكيل المادة بطريقة الطحن بالكرات الميكانيكية، والضغط الحراري من أجل تحريض التيار. يمكن استخدامها في تطبيقات الاستفادة من الطاقة الحرارية الضائعة، والتحويل المركز للطاقة الشمسية عند درجة حرارة 300⁰C. يمكن استخدامها في التطبيقات الاعتيادية مثل إدخالها ضمن عوادم السيارات، لتحويل الحرارة لتيار كهربائي من أجل تحريك نظام السيارة الكهربائي، زيادة عدد الكيلومترات، أو استخدامها ضمن معامل الاسمنت عن طريق التقاط الحرارة الضائعة من المداخن من أجل توليد الطاقة الكهربائية ضمن نظام المعمل الكهربائي.

المصدر:

Liu, W., Kim, H. S., Chen, S., & et al. (Dec 22, 2014). n-type thermoelectric material Mg₂Sn_0.75Ge_0.25 for high power generation. PNAS.  doi: 10.1073/pnas.1424388112 

Jeannie Kever. (March 3, 2015). UH Researchers Discover New Material to Produce Clean Energy. University of Houston. Retrieved March 3, 2015, from http://www.uh.edu/news-events/stories/2015/0303RenThermoelectric

[/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]