Ny metallegering henter el ud af bilers udstødning

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.

Dokumentation

Forskningsartiklen i Advanced Energy Materials

Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det kan da kun dreje sig om at få det til at virke, få promille af noget der er næsten uendeligt stort, som varmen/temperaturforskellene i verdenshavene, vil umiddelbart give betydeligt mere power end alverdens A-kraft kul olie og havmølleparker. Eller er der noget jeg fuldstændig overser?

Ja altså forudsat at der ikke sker skader ved at flytte rundt på store energimængder, som måske skulle være brugt til at drive havstrømmene.

  • 0
  • 0

Eller er der noget jeg fuldstændig overser?

Der findes jo andre metoder til at udvinde energi af temperaturforskelle, så denne nye metode er selvfølgelig kun interessant hvis den har bedre virkningsgrad og/eller er billigere end andre metoder.

  • 0
  • 0

Eller er der noget jeg fuldstændig overser?

Jaeh: Hvis man udjævner temperaturforskellene i verdenshavene så stopper man cirkulationen af vandet; det er den slags alle svovlbakterier beder for hver dag så de kan få ro til at blive mange nok, få produceret noget svovlbrinte og få gasset deres historiske fjender: de iltbaserede organismer. :-)

  • 0
  • 0

Eller også skal man "bare" grave eller bore denne dims 1 km ned i jorden.

Måske placere dem i miner. Jeg hørte en gang at de miner som er over 2,5 km dybe, er over 40 grader varme.

  • 0
  • 0

Det er ikke nok at have en høj temperatur, du skal have en temperaturforskel. Det er det Carnots sætning (som der referes til i artiklen) omhandler. En maskine der omdanner varmeenergi til bevægelsesenergi, må nødvendigvis flytte varmeenergi fra et sted til et andet. Så hvis vil udnytte varmeenergi fra et 2,5 km dybt hul bliver du nødt til at transportere varmeenergi til et koldere sted (f.eks. jordoverfladen). Om ideen er sund afhænger bl.a. af hvor hurtigt denne energioverførsel kan ske, virkningsgraden af din maskine, samt anlægs- og driftsomkostningerne.

  • 0
  • 0

Er der ikke noget der mangler her?

Hvis energien udvindes i form af en strømpuls ved faseovergangen, så er det da en slags en-vejs-affære: Een puls, og så skal materialet køles ned og atter varmes op for at få en enkelt puls mere..

Jakob E.

  • 0
  • 0

Er der ikke noget der mangler her?

Hvis energien udvindes i form af en strømpuls ved faseovergangen, så er det da en slags en-vejs-affære: Een puls, og så skal materialet køles ned og atter varmes op for at få en enkelt puls mere..

Jakob E.

Det er her mekanikken kommer ind. Man skal skiftevis lede varmt og koldt vand ind i den. Pulsen kan nok integreres i et kondensatiorbatteri. Men det virker som om der tilbagestår en del produktmodning.

Mvh. Peter

  • 0
  • 0

så er det vel bare at koble dem sammen med en skov af thermosiphoner !?

:-)

  • 0
  • 0

"så vil det være muligt at udnytte de 20 graders temperaturforskel i havets øvre og nedre lag til udvinding af energi."

"skal temperaturen rigelig højt op, til 167 grader celsius, før faseskiftet sker."

Det er godt nok nogle varme verdenshave vi har :)

  • 0
  • 0

"så vil det være muligt at udnytte de 20 graders temperaturforskel i havets øvre og nedre lag til udvinding af energi."

"skal temperaturen rigelig højt op, til 167 grader celsius, før faseskiftet sker."

Det er godt nok nogle varme verdenshave vi har :)

Det problem er forskerne opmærksomme på, og de mener, de kan løse det. Den vigtige i opdagelsen er, at man kan udnytte en lille temperaturforskel - fordi det er et skridt på vejen til at udnytte spildvarme. Og når det lykkes, så... Men selvfølgelig skal det ikke være nemt. Så ville nogen have gjort det for længe siden.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten