Động cơ đốt trong (tức là động cơ sử dụng xăng để điều khiển ô tô) chỉ sử dụng một phần tư năng lượng tiềm năng của nhiên liệu, phần còn lại sẽ thoát ra dưới dạng nhiệt qua khí thải. Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí “Vật liệu và Giao diện Ứng dụng ACS” đã chỉ ra cách chuyển đổi nhiệt khí thải thành năng lượng điện. Theo các phương tiện truyền thông quốc tế, các nhà nghiên cứu từ Đại học Bang Pennsylvania, University Park và các tổ chức khác đã giới thiệu một nguyên mẫu hệ thống phát điện nhiệt điện có khả năng giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải carbon dioxide, hứa hẹn đóng góp cho sự phát triển của năng lượng bền vững.
(Nguồn ảnh: pubs.acs.org)
Hiệu suất nhiên liệu kém có thể dẫn đến khí nhà kính thải ra, vì vậy cần có các hệ thống thu hồi nhiệt thải sáng tạo. Hệ thống thu hồi nhiệt (được gọi là hệ thống nhiệt điện) sử dụng vật liệu bán dẫn để chuyển đổi nhiệt thành năng lượng điện dựa trên chênh lệch nhiệt độ. Tuy nhiên, nhiều thiết bị nhiệt điện hiện có thiết kế cồng kềnh và phức tạp, cần thêm nước làm mát để duy trì chênh lệch nhiệt độ cần thiết. Hiện nay, nhóm nghiên cứu do Wenjie Li và Bed Poudel lãnh đạo đã phát triển một hệ thống phát điện nhiệt điện dạng gọn nhẹ, có thể hiệu quả chuyển đổi nhiệt dư từ khí thải của các phương tiện vận chuyển tốc độ cao như ô tô, trực thăng và drone thành năng lượng.
Máy phát điện nhiệt mới này bao gồm các vật liệu bán dẫn làm từ telluride bismuth và sử dụng bộ trao đổi nhiệt (tương tự như bộ trao đổi nhiệt sử dụng trong điều hòa không khí) để thu thập nhiệt trong ống xả của ô tô. Nhóm cũng đã tích hợp phần cứng có thể điều chỉnh nhiệt độ, được gọi là “bộ tản nhiệt”. Bộ tản nhiệt này có khả năng làm tăng chênh lệch nhiệt độ một cách đáng kể, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến đầu ra điện của hệ thống. Nguyên mẫu này có thể đạt công suất đầu ra 40 watt, đủ để cung cấp điện cho một bóng đèn. Quan trọng là, kết quả cho thấy điều kiện dòng khí cao (chẳng hạn như trong ống xả) có thể nâng cao hiệu suất, từ đó gia tăng đầu ra điện của hệ thống.
Trong quá trình mô phỏng môi trường tốc độ cao, hệ thống thu hồi nhiệt này thể hiện tính linh hoạt mạnh mẽ, có thể tạo ra 56 watt công suất dưới tốc độ khí xả tương tự ô tô và 146 watt dưới tốc độ khí xả tương tự trực thăng, tương đương với năng lượng của 5 và 12 pin lithium-ion 18650.
Các nhà nghiên cứu cho biết, hệ thống thực tiễn này có thể được tích hợp trực tiếp vào ống xả hiện tại mà không cần hệ thống làm mát bổ sung. Khi nhu cầu về các giải pháp năng lượng sạch ngày càng tăng, công trình này có thể giúp tích hợp thực tế các thiết bị nhiệt điện vào các phương tiện tốc độ cao.