Έλληνας δημιούργησε υλικό που σπάει το ρεκορ ενεργειακής αποδοτικότητας

Ερευνητές των πανεπιστημίων Northwestern και Μίσιγκαν των ΗΠΑ, με επικεφαλής τον ‘Ελληνα καθηγητή χημείας Μερκούρη Καναντζίδη, δημιούργησαν ένα νέο θερμοηλεκτρικό υλικό που είναι το καλύτερο στον κόσμο, όσον αφορά την αποδοτικότητά του στο να μετατρέπει τη διαφεύγουσα θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια.

Συγκεκριμένα, το νέο υλικό επιτυγχάνει συντελεστή θερμοηλεκτρικής απόδοσης (ΖΤ) της τάξης του 2,2, κάτι που ποτέ πριν δεν έχει επιτευχθεί και το οποίο ανοίγει το δρόμο για μια νέα γενιά ενεργειακών τεχνολογιών και χρήσιμων πρακτικών εφαρμογών. Έως τώρα οι επιστήμονες είχαν πετύχει συντελεστές απόδοσης της τάξης του 1,6 έως 1,8 και ονειρεύονταν να περάσουν το όριο του 2 – κάτι που πέτυχε ο Καναντζίδης για πρώτη φορά. Η σημασία του επιτεύγματος γίνεται αντιληπτή, αν επισημανθεί ότι περίπου τα δύο τρίτα όλης της ενέργειας που χρησιμοποιούν οι διάφορες συσκευές (υπολογιστές, φώτα, μηχανές κ.λπ.), πάει χαμένη με τη μορφή απωλειών θερμότητας.

Όπως τα φωτοβολταϊκά δημιουργούν ηλεκτρισμό από το φως, τα θερμοηλεκτρικά παράγουν ηλεκτρισμό από τη θερμότητα. Το νέο υλικό, που παρουσιάστηκε στο περιοδικό “Nature”, σύμφωνα με το “Science”, μπορεί να φέρει πραγματική επανάσταση, καθώς η μέχρι τώρα ελλιπής ενεργειακή αποδοτικότητα των θερμοηλεκτρικών υλικών έχει περιορίσει την εμπορική αξιοποίησή τους. Οι υπάρχουσες θερμοηλεκτρικές τεχνολογίες μετατρέπουν σε ηλεκτρισμό μόλις το 5% έως 7% της θερμότητας, όμως το νέο υλικό έχει υπερδιπλάσια αποδοτικότητα, παρόμοια πλέον με αυτήν των βιομηχανικών φωτοβολταϊκών, καθώς μετατρέπει σε ηλεκτρισμό περίπου το 15% έως 20% της θερμότητας που διαφεύγει στο περιβάλλον.

Έτσι, μπορεί μελλοντικά να τύχει ευρείας βιομηχανικής αξιοποίησης. Οι κυριότερες πιθανές πρακτικές εφαρμογές του είναι στους τομείς της αυτοκινητοβιομηχανίας (βελτιώνοντας την ενεργειακή απόδοση της βενζίνης), της βαριάς βιομηχανίας (υαλουργίας, οικοδομικών υλικών, διυλιστήρια, μονάδες ηλεκτροπαραγωγής κ.α.), καθώς και οπουδήποτε αλλού υπάρχει συνεχής λειτουργία μηχανών εσωτερικής καύσης (όπως στα μεγάλα πλοία). Οι διαφεύγουσες θερμοκρασίες σε αυτά τα πεδία κινούνται από 400 έως 600 βαθμούς Κελσίου και θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για θερμοηλεκτρική παραγωγή.

Το νέο υλικό, που καταρρίπτει το παγκόσμιο ρεκόρ του πιο αποδοτικού ενεργειακά θερμοηλεκτρικού υλικού σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, βασίζεται στο τελλουρίδιο του μολύβδου, ένα υλικό που ήδη χρησιμοποιείται σε διάφορους τομείς.

Ενδεικτικά, το όχημα “Curiosity” της NASA, που μόλις άρχισε την εξερεύνηση του Άρη, τροφοδοτείται ενεργειακά με θερμοηλεκτρισμό που βασίζεται στο τελλουρίδιο του μολύβδου (όμως με πολύ μικρότερη ενεργειακή αποδοτικότητα από αυτήν που πέτυχε η ερευνητική ομάδα του Καναντζίδη). Εταιρίες όπως η γερμανική αυτοκινητοβιομηχανία BMW ήδη δοκιμάζουν θερμοηλεκτρικά υλικά στα οχήματά τους, με στόχο να εκμεταλλευτούν την αναξιοποίηση έως τώρα θερμότητα που διαφεύγει από τις εξατμίσεις.

Ο Καναντζίδης μάλιστα δήλωσε αισιόδοξος ότι μελλοντικά θα καταστεί εφικτή η βελτίωση ακόμα περισσότερο της αποδοτικότητας του εν λόγω υλικού, με συντελεστή (ΖΤ) 2,5 έως 3, οπότε η πρακτική αξιοποίησή του θα γίνεται ολοένα πιο ρεαλιστική και οικονομικά αποδοτική. «Συνεχίζουμε να έχουμε νέες ιδέες και εργαζόμαστε ώστε να καταλάβουμε καλύτερα το υλικό που έχουμε», τόνισε και δήλωσε αισιόδοξος ότι σε δύο έως τρία χρόνια θα υπάρξουν οι πρώτες πρακτικές εφαρμογές. Ακόμα, ο έλληνας ερευνητής μελετά εναλλακτικά θερμοηλεκτρικά υλικά, όπως το σεληνίδιο ή το σουλφίδιο του μολύβδου, επειδή το τελλουρίδιο είναι τόσο σπάνιο, όσο το πλουτώνιο.

Η αναβάθμιση των δυνατοτήτων του νέου υλικού βασίζεται κυρίως στην εισαγωγή σε αυτό διαφόρων νανοδομών, όπως νανοκρυστάλλων, που εγκαινίασε πρώτος ο έλληνας χημικός, με αποτέλεσμα το υλικό που παρουσίασε τώρα στο “Nature”, να είναι έως 30% πιο αποδοτικό ενεργειακά σε σχέση με το θεωρούμενο έως τώρα καλύτερο θερμοηλεκτρικό υλικό.

Οι νανοκρύσταλλοι διευκολύνουν την ροή των ηλεκτρονίων, δηλαδή την ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού (τελλουριδίου του μολύβδου), ενώ παράλληλα δυσκολεύουν την μεταφορά θερμότητας μέσω αυτού, με τελικό αποτέλεσμα να αυξάνεται η αποδοτικότητα της ενεργειακής μετατροπής από θερμότητα σε ηλεκτρισμό.

Το who is who του Έλληνα καθηγητή :Ο Μερκούρης Καναντζίδης γεννήθηκε το 1957 και αποφοίτησε το 1979 από το τμήμα Χημείας του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και το 1984 πήρε το διδακτορικό του στην ανόργανη Χημεία από το πανεπιστήμιο της Αϊόβα στις ΗΠΑ.

Διετέλεσε καθηγητής χημείας στο πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και από το 2006 είναι καθηγητής χημείας στο πανεπιστήμιο Northwestern του Ιλινόις και, παράλληλα, ανώτερος ερευνητής στο Τμήμα Επιστήμης Υλικών του Εθνικού Εργαστηρίου Argon των ΗΠΑ. Έχει βραβευτεί κατ’ επανάληψη και είναι μέλος της Αμερικανικής Χημικής Εταιρίας και πολλών άλλων επιστημονικών εταιριών.

More from Χαράλαμπος Δαμαλάς

Επανασχεδιασμός κονσερβοποιημένης συσκευασίας ζαμπόν

Το “Easy Slicer” είναι ένας πολύ έξυπνος επανασχεδιασμός για μια κονσερβοποιημένη συσκευασία...
Read More