Kao zemlja, više od polovice onoga što trošimo na energiju otpada, prema izvješću Nacionalne laboratorije Lawrence Livermore.
Jedan od glavnih krivca je toplina. Tvornice, poput čeličana, daju ogromnu količinu energije u obliku topline - ali ta toplina gotovo uvijek izlazi u atmosferu, gdje ne može učiniti mnogo dobra.
No, tim znanstvenika koji surađuju između Tehnološkog instituta u Massachusettsu i Sveučilišta Stanford razvili su novu vrstu baterija koja može pomoći u iskorištavanju toplinskog ispuha i usmjeriti ga natrag u mrežu koristeći prednost manje poznatog principa koji se naziva termogalvanski učinak.
Do sada se većina istraživanja pretvorbe otpadne topline fokusirala na termoelektričnu snagu. Primjerice, termoelektrični generatori povećavaju svoju popularnost u posljednjih nekoliko godina. Sustavi premještaju elektrone s vruće strane provodnog materijala, kao što je metal, na hladnu stranu; Jednom tamo elektroni se mogu pretvoriti u struju za napajanje uređaja ili napuniti bateriju. Generatori se koriste za napajanje stvarima poput radio i telemetrijskih sustava na plinovodima, kao rezervni izvori napajanja za istraživačka mjesta bez posade, pa čak i kao obnovljivi izvor energije na roveru Mars Curiosity.
Sustav je toliko poznat i dobro istražen da se već koristi u proizvodima koji su okrenuti potrošačima, uključujući i popularni BioLite CampStove.
No, prema Yi Cui, izvanrednom profesoru na Stanfordu koji je pomogao voditi razvoj nove baterije, termoelektrični generatori ne mogu adekvatno prikupiti energiju iz velikih postrojenja i tvornica koje ne zagrijavaju poput recimo logorske vatre.
Otpadna toplina, npr. Od željezare, nije dovoljno vruća (ili se baterija ne može dovoljno ohladiti) da bi termoelektrična reakcija djelovala.
Blisko surađujući s timom na MIT-u pod vodstvom Gang Chena, istraživača s dubokom pozadinom termoelektrike, Cui je umjesto toga razvio bateriju posebno dizajniranu s takozvanom „niskomogrijanom“ toplinom.
Novi koncept usredotočen je na prilično standardnu bateriju na vodenoj bazi s pozitivnom i negativnom elektrodom. Tim je na područje s puno otpadne topline stavio praznu bateriju, a zatim je počeo puniti. Nakon što se baterija potpuno napunila ohladila je na sobnu temperaturu, u tom je trenutku bila prazna - i ohlađena baterija može isprazniti više energije nego što je u nju stavljena.
To je termogalvanski fenomen na djelu.
"Promjena temperature uzrokuje promjenu slobodne energije, a snaga se puno mijenja", kaže Cui. U stvari, baterija preuzima energiju iz otpadne topline - inače trošenu energiju koja se može vratiti u mrežu.
Baterije, za razliku od termoelektričnih sustava, trenutno ne mogu u potpunosti nestati iz mreže jer su za punjenje potrebne istosmjerne struje. Ideja je, međutim, da trebate izvući manje energije iz mreže da biste to učinili.
Tim još uvijek eksperimentira kako brzo mogu zagrijati i ohladiti baterije i koliko puta se stanica može prebaciti prije potrošnje. U laboratoriju treba nekoliko sati da baterija završi jedan ciklus pražnjenja. Tim nije gurnuo nijednu jedinicu u više od 50 ciklusa.
Trenutno nemamo jasan osjećaj koliko snage sustav kao što je Cui može proizvesti. Cui na kraju predviđa krug od nekoliko ćelija koje se mogu instalirati u tvornici. Kako se jedna stanica povećava izlaganjem otpadnoj toplini, druga se kreće u ciklus hlađenja.
"Polovica se puni na visokoj temperaturi, a polovica se pušta u niskoj temperaturi", kaže on.
Trenutno je osnovni cilj tvorničko proizvedena otpadna toplina, ali Cui smatra da bi se sustav mogao primijeniti na drugom mjestu u budućnosti. Tim također može eksperimentirati s drugim baterijskim materijalima koji mogu omogućiti primjenu termogalvanskog učinka na veće razine topline, poput onih koje proizvodi kamin ili pećnica.
U vrijeme kada sustavi za prikupljanje energije već postaju uobičajena u inozemstvu, sustavi poput Cui-a mogli bi se pokazati neprocjenjivim za istraživanje novih područja energije u Sjedinjenim Državama. U narednih nekoliko godina toplina iz londonskog podzemlja koristit će se za zagrijavanje oko 1.400 domova. A velik dio energije Danske dolazi iz otpadne topline.
Sa ovakvim izumima mogli bismo početi sustići.
