En ny legering af fire metaller vil gøre det muligt at høste energi fra vidt udbredte energikilder, som i øjeblikket er helt uden for rækkevidde. Endda uden at skulle spilde yderligere CO2 i atmosfæren, fordi der er tale om spildvarme, som ellers bare slippes ud i luften. Tænk på bilers udstødning eller på kraftværkers kølevand.

Foreløbig er den nye legering kun afprøvet i laboratoriet ved University of Minnesota i USA, og energieffektiviteten har ikke været imponerende høj i de første forsøgsresultater – takket være de natur-begrænsninger, der ligger i Carnots termodynamiske teorem.

Men hvis man regner på resultaterne, så er forsøget yderst positivt – i betragtning af, at der endnu kun er gjort forsøg med en lille, tilfældigt formet pille af stoffet, skriver forskerne.

Kan udnytte havets temperaturforskelle
Først når en bedre legering er fundet, og når ingeniører får lov til at forme metallet i en facon, der egner sig til formålet, vil det være muligt at opnå en høj energieffektivitet.

Foreløbig har forskerne vist, at der kan høstes elektricitet ved en temperaturforskel på blot ti grader celsius. Og det er en bedrift i sig selv, der er svær at eftergøre med nutidens termoelektriske elementer, som udnytter Seebeck-effekten (termoelektrisk effekt).

Forskerne er endda inde på, at når så lille en temperaturforskel som ti grader kan nyttiggøres, så vil det være muligt at udnytte de 20 graders temperaturforskel i havets øvre og nedre lag til udvinding af energi.

Seebeck-effekten går ud på, at to metaller, som er presset sammen flade mod flade, afgiver en elektrisk strøm, hvis man opvarmer elementets ene side, mens den anden holdes kølig. Hvis det ene metal er kobber, og det andet er konstantan, vil der opstå en spænding på 0,041 volt for hver grads forskel.

Det modsatte af Seebeck-effekten er Peltier-effekten, som kendes fra billige øl-kølere til strand-brug, der kan købes i detailhandelen.

Induktionsstrøm via faseskift
Men den nye legering, som består af Ni45Co5Mn40Sn10, (det vil sige atomer af nikkel, kobolt, mangan og tin), høster energi på en helt anden måde. Den har nemlig en skarp faseovergang inden for et snævert temperatur-interval. Faseovergangen ændrer legeringen fra at være ikke-magnetisk til at være kraftigt ferro-magnetisk. Det vil sige, at når den bliver ferro-magnetisk, så kan magnetiske kraftlinjer passere igennnem den.

Forskerne skal altså finde en måde at magnetisere stoffet på, når det er i den ferro-magnetiske fase, og det gør de ved at holde en kraftig permanent-magnet fast på legeringens ene side. Samtidig omslutter de legeringen med en viklet spole.

Så længe temperaturen er under faseskiftet, vil de magnetiske kraftlinjer ikke gå igennem legeringen. Men i det øjeblik, faseskiftet sker, hopper kraftlinjerne pludselig ind i legeringen og dermed ind i spolen. Og vupti – så opstår der en induktionsstrøm i spolen, som kan udnyttes med nutidens teknik.

Ti gange større energipotentiale
Der er dog et energitab i legeringen på grund af en hysterese-proces, som opstår under faseskiftet, og som afkøler legeringen. Men denne proces kan muligvis minimeres med et passende design af legeringens facon. Og legeringens atomare sammensætning er ikke nødvendigvis optimal endnu. For eksempel skal temperaturen rigelig højt op, til 167 grader celsius, før faseskiftet sker.

Forskerne mener dog, at faseskift-temperaturen sagtens kan ændre sig mærkbart nedad blot ved at pille lidt ved legeringens sammensætning.

Beregninger viser, at med et optimeret forsøg vil den nye legering være i stand til at afgive cirka ti gange så meget energi som et Seebeck-element ved samme temperaturforskel.

Imidlertid bliver der brug for ingeniører til at designe et apparat, hvor spildvarme overføres effektivt til legeringen og hurtigt gør den klar til en ny opvarmnings-cyklus.

Forskningsartiklen er nu offentliggjort i tidsskriftet Advanced Energy Materials. Og der er et link til selve artiklen her på siden.