פתיחת הסודות של חומרים תרמיים לאנרגיה עתידית

חומרים תרמו-אלקטריים, חיוניים להמרת אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית והפחתת פסולת, הרחיבו את השימושיות שלהם מעבר לשחזור חום לקטליזה, המונעת על ידי שיפוע חום טבעי ותעשייתי.

עם ההתפתחות המהירה של החברה האנושית, הדרישה לאנרגיה חוותה צמיחה נפיצה. עם זאת, בשלב הנוכחי, יעילות הניצול של האנרגיה הראשונית היא פחות מ-40%, כאשר השאר אובד בצורה של פסולת חום, מה שמוביל לבזבוז אנרגיה חמור ומחמיר בעיות סביבתיות.

חומרים תרמו-אלקטריים, כחומר אנרגיה חדש המסוגל להמיר ישירות אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית, זכו לתשומת לב גוברת בתחום של שחזור חום פסולת. כאשר קיים הפרש טמפרטורה בשני הקצוות של חומרים תרמו-אלקטריים, נוצר כוח תרמו-אלקטרו-מוטיבי בתוך החומר, ובכך משיג המרה של אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית.

יישומים מתפתחים של חומרים תרמיים

בנוסף לשימוש כגנרטורים חשמליים, חומרים תרמו-אלקטריים פתחו כיוונים חדשים לקטליזה בשנים האחרונות. שיפוע הטמפרטורה הקטן (<100 מעלות צלזיוס) הנגרם על ידי החום הנרחב בטבע ובייצור תעשייתי מספק כוח מניע מספיק לתגובות קטליטיות.

זה מאפשר שימוש חוזר במשאבי חום פסולת בדרגה נמוכה כדי להניע תהליכי קטליזה שונים כגון ייצור מימן, סינתזה אורגנית, טיהור סביבתי ויישומים ביו-רפואיים. הוא מציע פתרון חדש לשיפור יעילות ניצול האנרגיה, חיסכון באנרגיה, הפחתת פליטות וקטליזה ירוקה.

מצבי עבודה של מערכות TECatal: (א) מצב מבנה היברידי, (ב) מצב חד פאזי, (ג) מצב ננו-צומת PN, ו-(ד) מצב תא תרמוגלווני. יישומים פוטנציאליים של חומרי TECatal ב-(e) ייצור H2 והפחתת CO2, (ו) טיפול בגידולים, (ז) טיפול בגז זנב ברכב, ו-(ח) ציפוי זכוכית לחלון לטיהור אוויר פנימי. קרדיט: Science China Press

התקדמות וסיכויים עתידיים בתרמו-אלקטרוקטליזה

בהתבסס על ההתקדמות האחרונה בתחום מתפתח זה, הצוות מהמכון לקוונטים וטכנולוגיה בת קיימא באוניברסיטת ג'יאנגסו, הציע את כיוון היישום הרעיוני של תרמו-אלקטרו-קטליזה (TECatal) וסיכם באופן שיטתי חומרים קטליטיים תרמו-אלקטריים ומצבי עבודה קיימים. הוצעו ארבעה מצבי עבודה עיקריים, כולל מצב מבנה היברידי, מצב חד פאזי, מצב ננו-צומת PN ומצב תא תרמוגלווני.

המחקר בוחן דרכים לשיפור הביצועים של חומרים קטליטיים תרמו-אלקטריים באמצעות אופטימיזציה של תכונות תרמו-אלקטריות, הנדסת פס, מבנים מיקרו ויציבות. יתר על כן, הסיכויים של חומרים קטליטיים תרמו-אלקטריים בתחומים כמו אנרגיה ירוקה, טיפול בגידולים וממשל סביבתי הוצעו ונדונו, תוך מתן אסמכתאות חשובות לפיתוח עתידי של תחום זה.