Вчені знайшли спосіб отримувати енергію з людського тепла

Якщо ви коли-небудь бачили себе через тепловізійну камеру, ви знаєте, що ваше тіло виділяє багато тепла. Насправді це відходи нашого метаболізму. Кожен квадратний фут людського тіла виділяє тепло, еквівалентне приблизно 19 сірникам на годину.

На жаль, значна частина цього тепла просто виходить в атмосферу. Хіба не було б чудово, якби ми могли використовувати його для виробництва енергії? Мої дослідження показали, що це справді можливо. Ми з колегами шукаємо способи вловлювати та зберігати тепло тіла для виробництва енергії, використовуючи екологічно чисті матеріали.

Мета полягає в тому, щоб створити пристрій, який може як генерувати, так і накопичувати енергію, діючи як вбудований блок живлення для носимих пристроїв. Це може дозволити таким пристроям, як розумні годинники, фітнес-трекери або GPS-трекери, працювати набагато довше або навіть нескінченно, використовуючи тепло нашого тіла.

Не тільки наші тіла виробляють відпрацьоване тепло. У нашому технологічно розвиненому світі щодня утворюється значна кількість відпрацьованого тепла від двигунів наших транспортних засобів до машин, які виробляють товари.

Як правило, це тепло також виділяється в атмосферу, що представляє значну втрачену можливість для відновлення енергії. Нова концепція «утилізації відпрацьованого тепла» спрямована на вирішення цієї неефективності. Використовуючи цю енергію, яка інакше витрачається, промисловість може підвищити свою ефективність роботи та зробити внесок у більш стійке навколишнє середовище.

Термоелектричний ефект — це явище, яке може допомогти перетворити тепло в електрику. Це працює так, що різниця температур створює електричний потенціал, коли електрони течуть від гарячої сторони до холодної, генеруючи корисну електричну енергію.

Звичайні термоелектричні матеріали, однак, часто виготовляються з кадмію, свинцю або ртуті. Вони пов’язані з ризиком для навколишнього середовища та здоров’я, що обмежує їх практичне застосування.

Сила дерева

Але ми виявили, що ви також можете створювати термоелектричні матеріали з деревини, пропонуючи безпечнішу та довговічнішу альтернативу.

Деревина була невід’ємною частиною людських цивілізацій протягом століть, слугуючи джерелом будівельних матеріалів і палива. Ми розкриваємо потенціал деревних матеріалів для перетворення відпрацьованого тепла, яке часто втрачається в промислових процесах, на цінну електроенергію. Такий підхід не тільки підвищує енергоефективність, але й переосмислює те, як ми розглядаємо повсякденні матеріали як важливі компоненти стійких енергетичних рішень.

Наша команда з Університету Лімерика у співпраці з Університетом Валенсії розробила екологічно чистий метод перетворення відпрацьованого тепла в електрику за допомогою ірландських виробів з деревини, зокрема лігніну, який є побічним продуктом паперової промисловості.

Наше дослідження показує, що мембрани на основі лігніну, занурені в сольовий розчин, можуть ефективно перетворювати низькотемпературне відпрацьоване тепло (нижче 200 °C) в електрику. Різниця температур на лігніновій мембрані змушує іони (заряджені атоми) у розчині солі рухатися.

Позитивні іони рухаються до більш холодної сторони, тоді як негативні іони рухаються до теплішої сторони. Такий поділ зарядів створює різницю електричних потенціалів на мембрані, яку можна використовувати як електричну енергію.

Оскільки приблизно 66 відсотків відпрацьованого промислового тепла потрапляє в цей температурний діапазон, ця інновація відкриває значні можливості для екологічно чистих енергетичних рішень. Ця нова технологія може значно змінити ситуацію в багатьох сферах. Такі галузі, як виробництво, які виробляють велику кількість залишкового тепла, можуть отримати значні переваги, перетворивши це відпрацьоване тепло на електроенергію. Це допоможе їм заощадити енергію та зменшить вплив на навколишнє середовище.

Ця технологія може знайти застосування в різних ситуаціях, від забезпечення живлення у віддалених районах до живлення датчиків і пристроїв у повсякденних програмах. Його екологічність також робить його перспективним рішенням для сталого виробництва енергії в будівлях та інфраструктурі.

Проблема зі зберіганням

Вилучення енергії з відпрацьованого тепла – лише перший крок; не менш важливим є його ефективне зберігання. Суперконденсатори — це накопичувачі енергії, які швидко заряджають і розряджають електроенергію. Це робить їх необхідними для додатків, які вимагають швидкого живлення.

Однак їхня залежність від вуглецевих матеріалів, отриманих з викопного палива, викликає занепокоєння щодо стійкості, підкреслюючи потребу у відновлюваних альтернативах у їх виробництві. Наша дослідницька група виявила, що пористий вуглець на основі лігніну може служити електродом у суперконденсаторах для накопичення енергії, отриманої від збору відпрацьованого тепла за допомогою мембрани з лігніну.

Цей процес дозволяє мембрані з лігніну вловлювати та перетворювати відпрацьоване тепло в електричну енергію, тоді як пориста структура вуглецю сприяє швидкому переміщенню та накопиченню іонів. Забезпечуючи екологічну альтернативу, яка уникає шкідливих хімікатів і використання викопного палива, цей підхід пропонує стале рішення для зберігання енергії з відпрацьованого тепла.

Ця інновація в технології накопичення енергії може живити все: від споживчої електроніки, переносних пристроїв до електромобілів.