Odborníci z prestižní MIT (Massachusetts Institute of Technology) nedávno představili systém, který může změnit či doplnit technologii výroby elektřiny. Jedná se o zařízení, které si umí brát energii z teplotních výkyvů a použít ji k napájení dálkových čidel nebo komunikačních systémů.
K prokázání principu nové koncepce získávání energie využil výzkumný tým testovací zařízení, které umístil přímo na střechu budovy univerzity. Nenápadně vyhlížející černá skříňka tak měla ověřit revoluční metodu, jež by dokázala vyrobit elektřinu z teplotních výkyvů. V ní se nacházel systém monitorování počasí a sada dalších testovacích zařízení, která zase monitorovala výkon samotného zařízení. Výsledek potvrdil domněnky odborníků a umožnil jim představit světu své imaginární energické dítě.
Teplotní výkyvy jako zdroj energie
Nový systém se nazývá tepelný rezonátor a měl by umožnit nepřetržitou, dlouhodobou činnost systémů dálkového snímání, a to bez nutnosti dalších zdrojů energie nebo baterií. Alespoň taková je vize jeho tvůrců. Jejich závěry byly zveřejněny v časopise Nature Communications.
„Postavili jsme první tepelný rezonátor. Jde o věc, kterou můžete postavit na stůl, a ona začne vyvíjet energii z toho, co my ani nezaznamenáme. Jsme totiž obklopeni teplotními výkyvy různých frekvencí. A všechny jsou nevyužitým zdrojem energie,“ říká profesor chemického inženýrství MIT Michael Strano, který se na výzkumu spolu s dalšími šesti vědci podílel.
Vyrobí elektřinu kdekoliv a kdykoliv
Výhodou tepelného rezonátoru je, že nepotřebuje přímé sluneční světlo. Energii totiž generuje z okolních teplotních změn i ve stínu. To znamená, že jeho provoz není ovlivněn krátkodobými změnami v oblačnosti ani povětrnostními podmínkami. Díky tomu může být umístěn opravdu kdekoliv, třeba pod solárním panelem, v neustálém stínu, kde může naopak solárnímu panelu pomoci s efektivnějším odběrem odpadního tepla.
K výrobě energie z teplotních cyklů bylo ale zapotřebí speciálního materiálu. I s tím si vědci poradili. Využili vlastnosti zvané tepelná efuzivita, která popisuje, jak snadno materiál může vytáhnout teplo z okolí, nebo jej naopak uvolnit. Ta kombinuje vlastnosti tepelného vedení (jak rychle se teplo může v materiálu množit) a tepelnou kapacitu (kolik tepla může být v daném objemu materiálu uloženo). Ve většině materiálů převládá buď jedna vlastnost, nebo ta druhá. Keramika má například vysokou tepelnou kapacitu, ale nízkou vodivost.
Proto výzkumníci použili speciálně přizpůsobenou kombinaci materiálů. Její základní strukturu tvoří kovová pěna vyrobená z mědi nebo niklu, která je potažena vrstvou grafenu, jenž poskytuje vyšší tepelnou vodivost. Pěna je posléze ošetřena voskem zvaným oktadekan, který mění strukturu z tuhé na kapalnou v rámci určitého rozsahu teplot zvolených pro danou aplikaci. „Materiál fázové změny (oktadekan) uchovává teplo a grafen poskytuje velmi rychlé vedení ve chvíli, kdy se toto teplo mění v elektrický proud,“ vysvětluje hlavní autor studie, absolvent MIT Anton Cottrill.
„V podstatě jde o to, že jedna strana zařízení teplo zachycuje a druhá je pak pomalu vyzařuje na druhou stranu,“ rozvádí Strano. Protože se ale systém snaží dosáhnout rovnováhy, jedna strana vždy za tou druhou zaostává. Tento trvalý rozdíl mezi oběma stranami pak může vytvářet spotřební termoelektřinu. „Kombinace těchto tří materiálů – kovová pěna, grafen a oktadekan – vytváří nejvyšší dosud zaznamenanou tepelnou efuzivitu,“ říká Strano.
Napájení vzdálených lokalit
Výzkum byl částečně financován grantem, který pochází z King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) v Saudské Arábii. Tamní energetičtí odborníci totiž doufají, že by systém mohli využít jako způsob napájení sítí senzorů, které monitorují podmínky například na ropných či plynových vrtech.
Autoři studie jdou však v představách využití svého objevu ještě dál. „Do budoucna by tento nový vynález mohl poskytnout zdroj dlouhotrvající energie (i když s nízkým výkonem) zařízením, jež prozkoumávají vzdálené lokality, jako jsou třeba i jiné měsíce nebo planety,“ uvádí Volodymyr Koman, doktorand MIT a další spoluautor studie.
foto: NewAtlas, Profimedia, zdroj: ScienceDaily
