211service.com
Forsyn din bil med spildvarme
Mindst to tredjedele af energien i benzin, der bruges i biler og lastbiler, går til spilde som varme. Termoelektrik, halvledermaterialer, der omdanner varme til elektricitet, kunne opfange denne spildvarme, hvilket reducerer køretøjets brændstofbehov og forbedrer brændstoføkonomien med mindst 5 procent. Men den lave effektivitet og høje omkostninger ved eksisterende termoelektriske materialer har forhindret sådanne enheder i at blive praktiske i køretøjer.
Strøm fra varme: En termoelektrisk generator, der omdanner spildvarme fra en bils udstødningssystem til elektricitet, kan forbedre brændstoføkonomien.
Nu er forskere ved at samle den første prototype af termoelektriske generatorer til test i erhvervsbiler og SUV'er. Enhederne er en kulmination af adskillige fremskridt, der er gjort uafhængigt af termoelektrisk enhedsproducent BSST i Irwindale, Californien, og hos General Motors Global R&D i Warren, Michigan. Begge virksomheder planlægger at installere og teste deres prototyper inden udgangen af sommeren - BSST i BMW og Ford biler og GM i en Chevrolet SUV.
BSST bruger nye materialer. Bismuthtellurid, en almindelig termoelektrisk, indeholder dyrt tellur og virker ved temperaturer på kun op til 250 °C, hvorimod termoelektriske generatorer kan nå 500 °C. Så BSST bruger en anden familie af termoelektriske stoffer - blandinger af hafnium og zirconium - der fungerer godt ved høje temperaturer. Dette har øget generatorens effektivitet med omkring 40 procent.
Hos GM er forskere ved at samle en endelig prototype baseret på en lovende ny klasse af termoelektrik kaldet skutterudites, som er billigere end tellurider og klarer sig bedre ved høje temperaturer. Virksomhedens computermodeller viser, at denne enhed i deres Chevrolet Suburban-testkøretøj kunne generere 350 watt, hvilket forbedrer brændstoføkonomien med 3 procent.
Fremstilling af skutteruditer, som er koboltarsenidforbindelser, der er dopet med sjældne jordarters grundstoffer såsom ytterbium, er en tidskrævende, kompliceret proces, og det er svært at inkorporere dem i enheder, siger GM-forsker Gregory Meisner. Den afgørende udfordring er at skabe gode elektriske og termiske kontakter. Den store temperaturgradient på tværs af enheden lægger mekanisk belastning på den kontakt-termoelektriske grænseflade. Plus, at sammenføje de forskellige materialer introducerer modstand, der varmer kontakten op, hvilket forringer enheden. Ved et passende materialevalg kan man påvirke modstanden, siger han. Udfordringen er at nå frem til den rigtige formel for materialer - både halvleder termoelektriske og kontakt.
Et kig indenfor: En kunstners gengivelse af en Chevrolet Suburban viser den lyddæmperlignende termoelektriske generator indsat i udstødningssystemet.
En anden vigtig udfordring vil være at integrere enheden i køretøjer. Forskerne har allerede testet en vismuttelluridgenerator i en SUV. Lige nu er enheden bare sat ind i udstødningssystemet, siger Meisner. En sektion af røret skæres ud, og enheden, der ligner en lyddæmper, indsættes. Vi skal designe noget, der er mere integreret i køretøjssystemet i stedet for en tilføjelsesenhed.
Både BSST- og GM-forskere skal også finde måder at lave større mængder af de nye materialer billigt på. Meisner advarer om, at der kan gå mindst fire år endnu, før termoelektriske generatorer bliver til produktionskøretøjer.