Я расскажу как получить электричество из тепла и как построить своими руками термоэлектрогенератор средних размеров, который можно использовать в походах и на открытой природе, а также просто так, для зарядки электронных устройств, посредством зарядки перезаряжаемых батарей от любого источника огня. При использовании ракетной печи или походной печки и газа для более быстрого сгорания, сгенерируется больше энергии.
Термоэлектрический генератор идеально подходит для выживания в случае стихийных бедствий, поскольку позволяет производить электроэнергию из легкодоступного источника — огня. Солнечную энергию можно получить только днем, а сбор лунного света неэффективен и требует создания дорогой линзы, энергию ветра возможно получить не в любой день. Огонь — это мощный и опасный источник энергии, поэтому будьте осторожны при использовании устройства и остерегайтесь горячей части радиатора и т.д.
Шаг 1: Необходимые детали
- 1х Элемент Пельтье (термоэлектрический преобразователь)
- Алюминиевый радиатор среднего размера (я достал свой из старого ПК)
- Толстый электрический кабель двух цветов (опционально)
- Входные и выходные разъемы/гнезда, предварительно купленные или изготовленные (для ввода и вывода энергии) (опционально)
- Проектный корпус, частично теплозащищенный, если возможно. Используйте изоляционный материал, металл, фольгу и т.д. (опционально)
- Термопаста (опционально), алюминиевая фольга (желательно)
- Резак для резки тонких металлов
- Ножницы по металлу
- Разные отвертки (для закручивания винтов корпуса и входов/выходов)
- Разные винты и болты (для крепления металлических пластин и радиатора)
- Паяльник и припой (опционально) для надежного крепления
- Аккумуляторная батарея низкой или средней мощности (для подзарядки)
- Термоусадочные трубки для защиты проводов от тепла (необходимо)
- 1х блокирующий диод, чтобы предотвратить обратную зарядку.
- 2 алюминиевые банки (металлическая пластина)
- Толстая медная проволока
- Цифровой мультиметр
Все, что отмечено как опциональное, не обязательно к сборке термогенератора, но будет полезным, например корпус для аккумулятора и блокирующий диод.
Шаг 2: Конструирование
Построить корпус и тепловой генератор электричества довольно просто.
Во-первых, отрежьте от алюминиевых банок дно и крышку и разрежьте получившиеся куски пополам. Сложите 4 куска вместе и, прижав, вырежьте отверстия в углах для гаек. Прижмите листы гайками. Основа для устройства готова.
Если имеется термопаста, намажьте её на радиатор и основу, используя старую кредитку. Вам нужен квадрат размером с элемент Пельтье для выработки электричества. Поместите элемент Пельтье холодной стороной к радиатору, а горячей к алюминию. Проверить стороны можно подключив модуль к двум батареям 1.5v и потрогав каждую из сторон.
Нужно положить модуль между радиатором и алюминиевыми листами и немного вдавить в термопасту. Теперь, используя плоскогубцы, нужно обернуть медную проволоку вокруг выпирающих частей радиатора и под болтами на алюминиевой основе. Это соединит радиатор, основу и элемент Пельтье друг с другом. Основной блок сделан.
Шаг 3: Тестирование теплогенератора
Я использовал для теста термоэлектрического генераторного модуля одну маленькую свечку внутри оловянной банки, покрытой изоляционной лентой и подставку из металлического корпуса компьютерного вентилятора. В зависимости от количества тепла, мощность будет медленно подниматься и продолжать расти до заданного напряжения.
Также на эффективность влияет охлаждение радиатора, в холодный день радиатор будет остывать быстрее. К устройству могут быть подключены топливная или ракетная печь, этим можно заряжать аккумуляторы или электронные устройства.
На самом деле эта вещь не подходит для повседневного использования, поскольку элемент Пельтье рано или поздно сломается и сделает устройство неэффективным. В любом случае, оно может использоваться для получения электроэнергии в походе, при экстренных случаях и т.д.
Смотрите видео для тестов и показаний напряжения и скорости его подъема. Тест дома с питанием от свечки. Второй тест с маленькой печкой, в котором видно, что если непрерывно подавать топливо, то за 3-4 минуты можно зарядить батарею или две.
ФайлыШаг 4: Улучшения
Возможные следующие модернизации устройства:
- Добавьте еще одну ячейку Пельтье чтобы удвоить выход напряжения.
- Подключите Joule Thief или несколько для небольшого увеличения напряжения.
- Используйте более качественные теплопроводные материалы, больший радиатор и более толстую алюминиевую или медную плиту в качестве основы.
- Можно качественнее закрепить ячейку Пельтье при помощи медной проволоки или термопасты, что улучшит перенос тепла.
- Используйте ракетную печь вместо открытых источников огня. Жар ракетных печей локализован, что будет эффективнее заряжать устройства.
- Используйте несколько связанных друг с другом устройств, соединив их последовательно над источником огня, чтобы увеличить выход напряжения.
- Можно улучшить термоизоляцию на проводах, фольге и изоляционной ленте (ракетные печи, как правило, немного плавят провода)
- Сделать запас компонентов и деталей (если что-то сломается или прогорит, всегда можно будет починить устройство)
Термогенератор, получаем электричество из тепла
Для того, чтобы получить электричество непосредственно от газовой горелки или другого источника тепла, применяется термогенератор. Так же, как и у термопары, его принцип действия основан на эффекте Зеебека, открытом в 1821 году. Упомянутый эффект состоит в том, что в замкнутой цепи из двух разнородных проводников появляется ЭДС, если места спаев проводников находятся при разных температурах. Например, один спай находится в сосуде с кипящей водой, а другой в чашке с тающим льдом.
Эффект возникает от того, что энергия свободных электронов зависит от температуры. При этом электроны начинают перемещаться от проводника, где они имеют более высокую энергию в проводник, где энергия зарядов меньше. Если один из спаев нагрет больше другого, то разность энергий зарядов на нем, больше, чем на холодном. Поэтому, если цепь замкнута, в ней возникает ток, именно та самая термоэдс.
Приблизительно величину термоэдс можно определить по простой формуле:
E = α * (T1 – T2). Здесь α — коэффициент термоэдс, который зависит только от металлов, из которых составлена термопара или термоэлемент. Его значение обычно выражается в микровольтах на градус. Разность температур спаев в этой формуле (T1 – T2): T1 – температура горячего спая, а T2, соответственно, холодного.
Приведенную формулу достаточно наглядно иллюстрирует рис. 1.
Рис. 1. Принцип работы термопары
Рисунок этот классический, его можно найти в любом учебнике физики. На рисунке показано кольцо, составленное из двух проводников А и Б. Места соединения проводников называются спаями. Как показано на рисунке, в горячем спае T1 термоэдс имеет направление из металла Б в металл А. А в холодном спае Т2 из металла А в металл Б. Указанное на рисунке направление термоэдс справедливо для случая, когда термоэдс металла А положительна по отношению к металлу Б.
Как определить термоэдс металла
Термоэдс металла определяется по отношению к платине. Для этого термопара, одним из электродов которой является платина (Pt), а другим испытуемый металл, нагревается до 100 градусов Цельсия. Полученное значение в милливольтах для некоторых металлов, показано ниже. Причем следует обратить внимание на то, что изменяется не только величина термоэдс, но и ее знак по отношению к платине.
Платина в этом случае играет такую же роль, как 0 градусов на температурной шкале, а вся шкала величин термоэдс выглядит следующим образом:
- Сурьма +4,7
- Железо +1,6
- Кадмий +0,9
- Цинк +0,75
- Медь +0,74
- Золото +0,73
- Серебро +0,71
- Олово +0,41
- Алюминий +0,38
- Ртуть 0
- Платина 0
После платины идут металлы с отрицательным значением термоэдс:
- Кобальт -1,54
- Никель -1,64
- Константан (сплав меди и никеля) -3,4
- Висмут -6,5
Пользуясь этой шкалой очень просто определить значение термоэдс развиваемое термопарой, составленной из различных металлов. Для этого достаточно подсчитать алгебраическую разность значений металлов, из которых изготовлены термоэлектроды. Например, для пары сурьма – висмут это значение будет +4,7 – ( — 6,5) = 11,2 мВ. Если в качестве электродов использовать пару железо – алюминий, то это значение составит всего +1.6 – (+0,38) = 1,22 мВ, что меньше почти в десять раз, чем у первой пары.
Если холодный спай поддерживать в условиях постоянной температуры, например 0 градусов, то термоэдс горячего спая будет пропорциональна изменению температуры, что и используется в термопарах.
Как создавались термогенераторы
Уже в середине 19 века делались многочисленные попытки для создания термогенераторов – устройств для получения электрической энергии, то есть для питания различных потребителей. В качестве таких источников предполагалось использовать батареи из последовательно соединенных термоэлементов. Конструкция такой батареи показана на рис. 2.
Рис. 2. Термобатарея, схематическое устройство
Первую термоэлектрическую батарею создали в середине 19 века физики Эрстед и Фурье. В качестве термоэлектродов использовались висмут и сурьма, как раз та самая пара из чистых металлов, у которой максимальная термоэдс. Горячие спаи нагревались газовыми горелками, а холодные помещались в сосуд со льдом. В процессе опытов с термоэлектричеством позднее были изобретены термобатареи, пригодные для использования в некоторых технологических процессах и даже для освещения. В качестве примера можно привести батарею Кламона, разработанную в 1874 году, мощности которой вполне хватало для практических целей: например для гальванического золочения, а также применения в типографии и мастерских гелиогравюры. Примерно в то же время исследованием термобатарей занимался и ученый Ноэ, его термобатареи в свое время также были распространены достаточно широко.
Но все эти опыты, хотя и удачные, были обречены на провал, поскольку термобатареи, созданные на основе термоэлементов из чистых металлов, имели весьма низкий КПД, что сдерживало их практическое применение. Чисто металлические пары имеют КПД лишь несколько десятых долей процента. Намного большим КПД обладают полупроводниковые материалы: некоторые окислы, сульфиды и интерметаллические соединения.
Полупроводниковые термоэлементы
Подлинную революцию в создании термоэлементов произвели труды академика А.И. Иоффе. В начале 30 – х годов XX столетия он выдвинул идею, что с помощью полупроводников возможно превращение тепловой энергии, в том числе и солнечной, в электрическую. Благодаря проведенным исследованиям уже в 1940 году был создан полупроводниковый фотоэлемент для преобразования световой солнечной энергии в электрическую. Первым практическим применением полупроводниковых термоэлементов следует считать, по-видимому, «партизанский котелок», позволявший обеспечить питанием некоторые портативные партизанские радиостанции.
Основой термогенератора служили элементы из константана и SbZn. Температура холодных спаев стабилизировалась кипящей водой, в то время как горячие спаи нагревались пламенем костра, при этом обеспечивалась разница температур не менее 250…300 градусов. КПД такого устройства был не более 1,5…2,0 %, но мощности для питания радиостанций вполне хватало. Конечно, в те военные времена конструкция «котелка» была государственным секретом, и даже сейчас на многих форумах в интернете обсуждается его устройство.
Бытовой термогенератор
Уже в послевоенные пятидесятые годы советская промышленность начала выпускать термогенератор ТГК – 3. Основное его назначение состояло в питании батарейных радиоприемников в не электрифицированной сельской местности. Мощность генератора составляла 3 Вт, что позволяло питать батарейные приемники, такие как «Тула», «Искра», «Таллин Б-2», «Родина – 47», «Родина – 52» и некоторые другие.
Внешний вид термогенератора ТГК-3 показан на рис. 3.
Рис. 3. Термогенератор ТГК-3
Конструкция термогенератора
Как уже было сказано, термогенератор предназначался для использования в сельской местности, где для освещения использовались керосиновые лампы «молния». Такая лампа, оснащенная термогенератором, становилась не только источником света, но и электричества. При этом дополнительных затрат топлива не требовалось, ведь в электричество превращалась именно та часть керосина, которая просто улетала в трубу. К тому же, такой генератор был всегда готов к работе, конструкция его была такова, что ломаться в нем просто нечему. Генератор мог просто лежать без дела, работать без нагрузки, не боялся коротких замыканий. Срок службы генератора, по сравнению с гальваническими батареями, казался просто вечным.
Роль вытяжной трубы у керосиновой лампы «молния» играет удлиненная цилиндрическая часть стекла. При использовании лампы совместно с термогенератором стекло делалось укороченным, и в него вставлялся металлический теплопередатчик 1, как показано на рис. 4.
Рис. 4. Керосиновая лампа с термоэлектрическим генератором
Внешняя часть теплопередатчика имеет форму многогранной призмы, на которой установлены термобатареи. Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи теплопередатчик внутри имел несколько продольных каналов. Проходя по этим каналам горячие газы уходили в вытяжную трубу 3, попутно нагревая термобатарею, точнее, ее горячие спаи. Для охлаждения холодных спаев использовался радиатор воздушного охлаждения. Он представляет собой металлические ребра, прикрепленные к внешним поверхностям блоков термобатарей.
Термогенератор – ТГК3 состоял из двух независимых секций. Одна из них вырабатывала напряжение 2В при токе нагрузки до 2А. Эта секция использовалась для получения анодного напряжения ламп с помощью вибропреобразователя. Другая секция при напряжении 1,2В и токе нагрузки 0,5А использовалась для питания нитей накала ламп.
Нетрудно подсчитать, что термогенератор имел мощность не превышающую 5 Ватт, но для приемника ее вполне хватало, что позволяло скрашивать долгие зимние вечера. Сейчас, конечно, это кажется просто смешным, но в те далекие времена такое устройство было, несомненно, чудом техники.
Видео
Смотрите также по теме:
Ветрогенератор. Как выбрать, смонтировать и избежать разочарования?
Безлопастной ветрогенератор. Устройство и принцип работы.
Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!
[wysija_form id=»1″]
То, что тепловую энергию можно преобразовывать в электричество, известно очень давно. Существует и целый спектр портативных устройств, которые совершают подобные преобразования без большого числа промежуточных этапов. Но вскоре может появиться устройство, которое окажется практически идеальным преобразователем тепловой энергии в электрическую для охотников, туристов, путешественников и жителей отдаленных регионов. tPOD1 достаточно эффективен — тепла, выделяемого одной маленькой свечкой (знаете, такие мини-свечки в металлической крышечке, они еще по воде могут плавать) хватит для обеспечения энергией светодиодной лампы (на 25 светодиодов) вплоть до четырех часов.
Этот проект разработан компанией Tellurex, которая в настоящее время собирает средства на реализацию своей идеи в промышленном масштабе на Kickstarter. Всего для начала массового производства tPOD1 нужно 85 тысяч долларов США. 40 тысяч долларов США уже собрано.
Разработчики считают, что их устройство может быть полезным, в первую очередь, для жителей удаленных регионов Африки. Та же мобильная связь добралась и туда, однако иногда жителям приходится проходить несколько километров в день, только для того, чтобы зарядить свой телефон где-нибудь в более цивилизованном районе. А теперь заряжать телефон можно будет буквально «из костра». Вероятно, жители смогут и просто класть tPOD1 куда-нибудь на темный камень, нагревающийся на солнце до 70 градусов (и даже выше).
Правда, стоимость девайса чрезмерно велика для африканца — выложить придется 69-79 долларов США. Так что пока tPOD1, вероятно, станет раскупаться только туристами, рыбаками и прочими категориями граждан, регулярно совершающих путешествия.
На видео, размещенном ниже, показан принцип действия устройства. Там вначале девочка вещает, но с 20-й секунды начинается сама презентация.
Via mashable
принцип работы, применение, как сделать
Согласно мировой статистике, от общего числа выработанной электроэнергии, на ТЭС приходится более 60%. Как известно, для работы тепловых электростанций необходимо органическое топливо, запасы которого не бесконечны. Помимо того, положенный в основу техпроцесс не является экологически чистым. Но низкая стоимость оргтоплива и высокий КПД ТЭС, позволяет получать «дешевое» электричество, что оправдывает применение данной технологии. Выход из сложившейся ситуации – альтернативные источники энергии, к таковым относятся термоэлектрические генераторы (далее ТЭГ), о них и пойдет речь в этой статье.
Что такое термоэлектрический генератор?
Так принято называть устройство, позволяющее преобразовать тепловую энергию в электрическую. Следует уточнить, что термин «Тепловая» не совсем точен, поскольку тепло, это способ передачи, а не отдельный вид энергии. Под данным определением подразумевается общая кинетическая энергия молекул, атомов и других структурных элементов, из которых состоит вещество.
Несмотря на то, что на ТЭС сжигается топливо для получения электричества, ее нельзя отнести к ТЭГ. На таких станциях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую, а она уже в электрическую. То есть, топливо сжигается для получения из воды пара, который вращает турбину электрического генератора.
Исходя из выше изложенного, следует уточнить, что ТЕГ должен генерировать электроэнергию без промежуточных преобразований.
Принцип работы
В основе ТЭГ лежит термоэлектрическое явление, описанное в начале 20-х годов XIX века немецким ученым-физиком Томасом Иоганном Зеебеком. Он обнаружил появление ЭДС в цепи замкнутого типа, состоящей из проводника и сурьмы, при условии создания разности температур в местах, где эти материалы контактируют. Изображение устройства, при помощи которого был зафиксирован данный эффект, представлено ниже.
Термопара из опыта ЗеебекаОбозначения:
- 1 – медный проводник.
- 2 – проводник из сурьмы.
- 3 – стрелка компаса.
- А и В – места контакта двух проводников.
При нагревании одного из контактов стрелка отклонялась, что свидетельствовало о наличии магнитного поля, вызванного ЭДС. При нагреве другого контакта, направление ЭДС менялось на противоположное. Соответственно, при разрыве цепи, можно зафиксировать разность потенциалов на ее концах.
Через 12 лет, после публикации Зеебеком результатов своих опытов, французским физиком Жаном Пельтье был обнаружен обратный эффект. Если через цепь термопары пропускать ток, то в местах контакта этих веществ возникает разность температур. Мы не будем приводить описание опыта Пельтье, а также данные по современным одноименным элементам, эту информацию можно найти на нашем сайте.
По сути, оба эти эффекта обратные стороны одного термоэлектрического явления, позволяющего напрямую получать электричество из тепловой энергии. Но, до открытия полупроводников, термоэлектрический эффект не находил практического применения, ввиду неприемлемо низкого КПД. Поднять его до 5% удалось только в середине пошлого века. К сожалению, даже у современных полупроводниковых элементов, этот показатель остается на уровне 8%-12%, что не позволяет рассматривать генераторы данного типа в качестве серьезных конкурентов ТЭС.
Современный элемент Пельтье с указанием размеровПерспективы
В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД. Проблема заключается в том, что под данные исследования затруднительно подвести теоретическую базу, поэтому приходится полагаться только на результаты экспериментов. Учитывая, что на эффект влияет процентное соотношение и состав сплавов материала для термопар, говорить о ближайших перспективах неблагодарное занятие.
Велика вероятность, что в ближайшее время для повышения добротности термоэлементов, разработчики перейдут на другой уровень изготовления сплава для термопар, с использованием нано-технологий, ям квантования и т.д.
Вполне возможно, что будет разработан совершенно иной принцип с использованием нетрадиционных материалов. В качестве примера можно привести эксперименты, проводимые в Калифорнийском университете, где для замены термопары использовалась искусственная синтезированная молекула, которая соединяла два золотых микро проводника.
Молекула вместо термопарыПервые опыты показали возможность реализации идеи, насколько она перспективна, покажет время.
Сфера применения и виды термоэлектрических генераторов
В виду низкого КПД для ТЭГ остается два варианта применения:
- В местах, где недоступны другие источники электроэнергии.
- В процессах, где имеется избыток тепла.
Приведем несколько примеров таких устройств.
Энергопечи
Данные, устройства, совмещающие в себе следующие функции:
- Варочной поверхности.
- Обогревателя.
- Источника электроэнергии.
Это прекрасный образец, объединяющий все оба варианта применения.
Индигирка – три в одномУ представленной на рисунке энергопечи следующие параметры:
- Вес – чуть больше 50 килограмм (без учета топлива).
- Размеры: 65х43х54 см (с разобранным дымоходом).
- Оптимальная загрузка оргтоплива – 30 литров. Допускается использование лиственной древесины, торфа, бурового (не каменного!) угля.
- Средняя тепловая мощность устройства около 4,5 кВт.
- Мощность электронагрузки от 45-50 Вт.
- Стабилизированное постоянное напряжение на выходе – 12 В.
Как видите, эти параметры вполне приемлемы для условий, где нет электричества, отопления и газа. Что касается небольшой электрической мощности, то ее вполне достаточно для зарядки мобильных устройств или питания других гаджетов, через адаптер от автомобильного прикуривателя.
Радиоизотопные ТЭГ
В качестве источника тепла для ТЭГ может выступать тепловая энергия, выделяющаяся в процессе распада нестабильных элементов. Такие источники называют радиоизотопными. Основное их преимущество заключается в том, что не требуется постоянная загрузка топлива. Недостаток – необходимость установки защиты от ионизирующего излучения, невозможность перезаправки топлива и необходимость утилизации.
Срок эксплуатации таких источников напрямую зависит от периода полураспада вещества, используемого в качестве топлива. К последнему предъявляется следующий ряд требований:
- Высокий коэффициент объемной активности, то есть небольшое количество вещества должно обеспечивать нужный уровень выделения энергии.
- Поддержка необходимого уровня мощности в течение длительного времени. На этот параметр отвечает, как было отмечено выше, влияет период полураспада, например у стронция-90 он 29 лет, следовательно, источник через это время потеряет половину своей мощности.
- Ионизирующее излучение должно быть удобным для утилизации, то есть в нем должны преобладать α-частицы.
- Необходимый уровень безопасности. То есть ионизирующее излучение не должно нанести вред экологии (в случае эксплуатации на земле) и питающемуся от такого источника оборудованию.
Таким критериям отвечают изотопы кюрия-244, плутония-238 и упоминавшийся выше стронций-90.
Сфера применения РИТЕГ
Несмотря на серьезные требования к таким источникам, сфера их применения довольно разнообразна, они используются как в космосе, так и на земле. Ниже на фото, изображен РИТЕГ, работавший на космическом аппарате Кассини. В качестве топлива использовался изотоп плутония-238. Период полураспада этого элемента чуть больше 87 лет. Под конец 20-ти летней мисси источник вырабатывал 650 Вт электроэнергии.
Радиоизотопное «сердце» КассиниКассини была приведена в качестве примера, а на счет массовости можно констатировать, что, практически, все КА для электропитания оборудования используют РИТЕГ. К сожалению, характеристики радиоизотопных источников энергии космических аппаратов, как правило, не публикуются.
На земле ситуация приблизительно такая же. Технология РИТЕГ как бы известна, но ее детали относятся к закрытой информации. Достоверно известно, что такие установки применяются в качестве источника питания навигационного оборудования в местности, где по техническим причинам невозможно получать электроэнергию другим способом. То есть, речь идет о труднодоступных регионах.
К сожалению, такие источники не самая подходящая альтернатива ТЭС с экологической точки зрения.
РИТЕГ поднятый с 14-митровой глубины возле СахалинаКак сделать термоэлектрический генератор своими руками?
В завершении расскажем, как сделать ТЕГ, которым можно пользоваться в турпоходе, на охоте или рыбалке. Естественно, мощность таких устройств будет уступать радиоизотопным генераторам энергии, но ввиду труднодоступности плутония, и его неприятным свойством наносить вред человеческому организму придется довольствоваться малым.
Нам понадобится термоэлектрический элемент, например, ТЕС1 12710. Желательно использовать несколько элементов, подключенных параллельно, для увеличения мощности. К сожалению, тут есть очень серьезный нюанс, потребуется подобрать элементы со сходными параметрами, что у китайской продукции практически не реально, а использовать брендовую дорого, проще купить готовый генератор. Если использовать один модуль Пельте, то его мощности едва хватит для зарядки телефона или другого гаджета. Нам также понадобится металлический корпус, например, отслужившего блока питания ПК и радиатор от процессора.
Основные моменты сборки:
Наносим на корпус термопасту в месте, где будет крепиться термоэлектрический элемент, прислоняем его и фиксируем радиатором. В результате у нас получается конструкция, как на нижнем рисунке.
Туристический ТЭГВ качестве топлива лучше всего использовать «сухой спирт».
Теперь необходимо подключить к нашему источнику стабилизатор напряжения (схему можно найти на нашем сайте или в других тематических источниках).
Конструкция готова, можно приступать к проверке.
Исследователи из Австрии, Японии и Китая представили термоэлектрический преобразователь с эффективностью почти в два раза выше существующих аналогов. Статья исследователей была опубликована в журнале Nature.
Термоэлектрические материалы могут преобразовывать тепло в электрическую энергию . Это связано с так называемым эффектом Зеебека: если существует разница температур между двумя концами такого материала, то он может создавать электрический ток в цепи, в которую включен. Количество электрической энергии, которое может быть произведено при заданной разности температур, измеряется значением добротности ZT: чем выше этот показатель, тем лучше его термоэлектрические свойства.
Лучшие термоэлектрики на сегодняшний день имеют значение ZT от 2,5 до 2,8. Разработанный учеными новый материал в два раза превышает эти показатели: его ZT колеблется от 5 до 6. Этот рекордный композит представляет собой тонкие слои железа, ванадия, вольфрама и алюминия, нанесенные на кристалл кремния.
«Хороший термоэлектрический материал должен демонстрировать сильный эффект Зеебека, и он должен отвечать двум важным требованиям, которые очень трудно совместить, — подчеркивает один из исследователей, профессор Института физики твердого тела Венского технического университета Эрнст Бауэр. — С одной стороны, он должен как можно лучше проводить электричество, а с другой — как можно хуже переносить тепло. Это сложная задача, поскольку электропроводность и теплопроводность обычно тесно связаны».
Атомы в слоях этого материала расположены в регулярной гранецентрированной кубической решетке. Однако при нанесении тонкого слоя на кристалл кремния наблюдается удивительный эффект: их структура радикально меняется. Хотя атомы все еще имеют кубическую решетку, теперь она оказывается объемно-центрированной, и распределение различных типов атомов становится совершенно случайным. Эта смесь регулярности и нерегулярности расположения атомов также изменяет электронную структуру, которая определяет движение электронов в твердом теле.
Электрический заряд движется через материал особыми порциями — фермионами Вейля — безмассовыми частицами, переносящими возмущение кристаллической решетки и электроны. С другой стороны, колебания решетки, которые переносят тепло из мест с высокой температурой в места с низкой температурой, замедляются из-за неравномерностей в кристаллической структуре. Поэтому теплопроводность материала уменьшается.
Новый материал, по словам ученых, настолько эффективен, что его можно было бы использовать для обеспечения энергией датчиков или даже небольших компьютерных процессоров. Вместо того чтобы подключать небольшие устройства к кабелям, они могли бы генерировать свое собственное электричество из перепадов температур.
Квантовое преобразование
- Солнечные батареи (полупроводниковые устройства) преобразуют энергию фотонов в направленное движение электронов, то есть ток.
Химическое преобразование
- Солнечный свет участвует в процессах фотосинтеза растений, в результате которого рождаютсятся высокомолекулярные углеводороды, органические соединения; органические соединения — аккумуляторы энергии в химических связях водрод-углерод-кислород-и-другие; при опадании органических масс / останков растений в осадочные слои водоёмов / литосферы / воздействия живых огранизмов (бактерий и грибов), а также последующем «брожении» под высоким давлением и температурой образуются углеводороды рода торфа, нефти и газов; топливо недр земли при сжигании выделяет накопленную солнечную энергию и приводит например жидкость / пар в движение, дальше генераторы и ток.
Термодинамическое (механическое)
- Солнечная энергия нагревает поверхность земли, та воздух, а также испаряет жидкости с поверхностей водоемов и растений, разница давлений воздуха в различных частях планеты (погода, климат) инициирует потоки масс воздуха – ветер, ветер вращает ветряные генераторы, механическое вращение инициирует индукцию Фарадея, что рождает ток.
- Гидроэлектростанции (ГЭС) работают в основном тоже на основе солнечной энергии — вода испаряется из океанов, ветром перемещается на кониненты в виде дождей и снега выпадает на рельефе, под действием гравитации и таяния на солнце стекается в водоёмы и хранилища, запасенная вода обладает потенциальной энергией и протекая через турбины генераторов вырабатывают ток.
- Солнечный свет собирают системой зеркал в одну точку, где нагревают жидкость до состояния пара, тот под давлением вращает турбины генераторов, дальше Фарадей, ток.
Гравитационное (но это уже больше про Луну, однако без Солнца не было бы воды в жидком состоянии)
- Приливы и отливы инициируются гравитацией Луны, что позволяет накапливать резервуары океанической воды и использовать её потенциальную энергию для вырабатывания электрической энергии.
Простая тепловая электростанция своими руками
Как с помощью свечки зарядить сотовый телефон? Очень просто — для этого можно собрать простейшую тепловую электростанцию всего из нескольких очень доступных элементов.Вещица эта довольно крутая, её можно взять с собой в поход или на рыбалку и в любой ситуации иметь возможность зарядить мобильное устройство, будь-то телефон или планшет.
В отличии от Power Bank этот генератор не имеет ограничения и может работать постоянно. В качестве источника тепла можно использовать не только свечу, но и щепки дров или бумагу.
Детали тепловой электростанции
Изготовление теплогенератора своими руками
Первое что нужно сделать это найти консервную банку. Отрезать у неё дно и по всей боковой поверхности просверлить множественные мелкие отверстия. Большие отверстия делать не стоит, иначе в ветреную погоду огонь будет тухнуть от сильного ветра.
Затем, ножницами по металлу вырезаем окно для свечки внизу банки.
Обязательно после отрезки зачищаем острые края напильником или надфилем.
Вот само сердце теплового генератора — элемент Пельтье. Он будет вырабатывать ток при разности температуры его поверхностей. То есть, одну сторону мы будем нагревать свечкой, а вторую будем охлаждать радиатором от компьютера.
Чтобы обеспечить надежную передачу тепла элементу Пельтье, нанесем на его стороны теплопроводящую мазь.
Мажем тонким слоем одну сторону.
Прикладываем к банке.
Мажем вторую сторону
Чтобы в периоде эксплуатации провода не поплавились о раскаленную банку, необходимо одеть стекловолоконные отрезки трубки — кембрики.
И уже сверху устанавливаем радиатор от процессора компьютера. Кулера с верху не будет, все будет охлаждаться естественно. Тем более на природе небольшой ветерок сделает свое дело.
Элемент Пельтье вырабатывает не большое напряжение, около вольта, но зато сила тока у него имеет достаточное значение для наших целей. Поэтому для того, чтобы обменять значения на нужные нам мы будем использовать повышающий преобразователь, который повысит и стабилизирует выходное напряжение до 5 В.
Припаиваем вывода элемента ко входу преобразователя.
На выходе преобразователя уже стоит USB розетка для подключения, поэтому больше ничего паять не нужно.
Проверка теплового генератора
Зажигаем свечку.
Вставляем в наш реактор)).
Пробуем зарядить мобильный телефон. Через несколько секунд напряжение достигло уровня.
И зарядка телефона началась.
Тепловая электростанция отлично справляется со своим делом — выработка электричества.
При желании можно добавить и вентилятор, подключив его к выходу преобразователя. Пяти вольт хватит, чтобы раскрутить и двенадцати вольтовый кулер.
Для надежности банку с радиатором можно скрепить между собой тонкой проволокой или же тонкими длинными болтами, предварительно просверлив отверстия и там и там.
Заключение
Вот у нас часто отключают свет дома. И когда это происходит, я достаю тепловой генератор. Он дает электричество и свет от свечи, убивая сразу двух зайцев. Ну а если света недостаточно к USB можно подключить и мини LED лампу. Радует ещё то, что данное устройство всегда готово к работе, а по сему, неожиданных неприятностей быть не может.
Смотрите видео
Международная команда ученых выяснила, как собирать тепло и превращать его в электричество.
Открытие, опубликованное на прошлой неделе в журнале Science Advances , может создать более эффективную выработку энергии от тепла в таких вещах, как выхлопные газы автомобилей, межпланетные космические зонды и промышленные процессы.
«Благодаря этому открытию мы сможем производить больше электрической энергии из тепла, чем сегодня», — сказал соавтор исследования Джозеф Хереманс, профессор механического и аэрокосмического машиностроения и выдающийся ученый из штата Огайо по нанотехнологиям в Государственном университете Огайо. ,«Это то, что до сих пор никто не думал, что это возможно».
Открытие основано на крошечных частицах, называемых парамагнонами — кусочками, которые не совсем магниты, но несут некоторый магнитный поток. Это важно, потому что магниты при нагревании теряют свою магнитную силу и становятся так называемыми парамагнитными. Поток магнетизма — то, что ученые называют «спинами» — создает тип энергии, называемый термоэлектричеством магнонного сопротивления, который до этого открытия не мог использоваться для сбора энергии при комнатной температуре.
«Когда-то считалось, что если у вас есть парамагнетик и вы его нагреваете, ничего не происходит», — сказал Хереманс. «И мы обнаружили, что это неправда. То, что мы нашли, — это новый способ проектирования термоэлектрических полупроводников — материалов, которые преобразуют тепло в электричество. Обычные термоэлектрики, которые были у нас за последние 20 лет или около того, слишком неэффективны и дают нам слишком мало энергии, поэтому они не используются широко. Это меняет это понимание «.
Магниты являются важной частью сбора энергии от тепла: когда одна сторона магнита нагревается, другая сторона — холодная сторона — становится более магнитной, вызывая вращение, которое толкает электроны в магните и создает электричество.
Парадокс, однако, заключается в том, что когда магниты нагреваются, они теряют большинство своих магнитных свойств, превращая их в парамагнетики — «почти, но не совсем магниты», как их называет Хереманс. Это означает, что до этого открытия никто не думал об использовании парамагнетиков для сбора тепла, потому что ученые считали, что парамагнетики не способны собирать энергию.
Однако исследовательская группа обнаружила, что парамагноны толкают электроны только на одну миллиардную миллионную долю секунды — достаточно долго, чтобы сделать парамагнеты жизнеспособными сборщиками энергии.
Исследовательская группа — международная группа ученых из штата Огайо, Университета штата Северная Каролина и Китайской академии наук (все являются равными авторами в этой журнальной статье) — начала тестирование парамагнонов, чтобы выяснить, могут ли они при правильных обстоятельствах Произведите необходимое вращение.
То, что они обнаружили, сказал Хеременс, это то, что парамагноны действительно производят вид вращения, который толкает электроны.
И это, по его словам, могло бы позволить собирать энергию.
Аспирант штата Огайо Юаньхуа Чжэн также является автором этой работы. Исследование проводилось в партнерстве с дополнительными исследователями из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики США при поддержке Национального научного фонда, Управления научных исследований ВВС и Министерства энергетики США.
История Источник:
Материалы предоставлены Университет штата Огайо . Оригинал, написанный Лорой Ареншилд. Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.
,По оценкам, две трети энергии, потребляемой в США каждый год, расходуется на тепло. Возьмите, например, автомобильные двигатели, ноутбуки, мобильные телефоны, даже холодильники, которые перегреваются при чрезмерном использовании.
Представьте себе, если бы вы могли улавливать выделяемое ими тепло и превращать его в больше энергии.
Доцент кафедры машиностроения Университета Юты Матье Франсуер открыл способ получения большего количества электричества из тепла, чем считалось возможным, путем создания кремниевого чипа, также известного как «устройство», которое преобразует большее количество теплового излучения в электричество.Его результаты были опубликованы в статье «Устройство радиационного теплообмена ближнего поля» в новейшем выпуске Nature Nanotechnology .
Исследователи ранее определили, что существует теоретический «предел черного тела» для того, сколько энергии может быть произведено от теплового излучения (тепла). Но Francoeur и его команда продемонстрировали, что они могут выйти за пределы черного тела и производить больше энергии, если они создают устройство, которое использует две кремниевые поверхности очень близко друг к другу.Команда создала чип размером 5 на 5 мм (размером с ластик) из двух кремниевых пластин с наноскопическим зазором между ними толщиной всего 100 нанометров, или тысячной толщины человеческого волоса. Пока чип находился в вакууме, они нагревали одну поверхность и охлаждали другую, создавая тепловой поток, который может генерировать электричество. Концепция создания энергии таким способом не уникальна, но Франсуар и его команда обнаружили способ совмещения двух кремниевых поверхностей, равномерно расположенных в микроскопическом масштабе, не касаясь друг друга.Чем ближе они друг к другу, тем больше электричества они могут генерировать.
«Никто не может излучать больше излучения, чем предел черного тела», — сказал он. «Но когда мы перейдем к наноразмерам, ты сможешь».
В будущем Francoeur предполагает, что такую технологию можно будет использовать не только для охлаждения портативных устройств, таких как ноутбуки и смартфоны, но и для направления этого тепла на большее время автономной работы, возможно, на 50% больше. Например, ноутбук с шестичасовой зарядкой может подскочить до девяти часов.
Микросхемы могут быть использованы для повышения эффективности солнечных панелей за счет увеличения количества электричества от солнечного тепла или в автомобилях для отвода тепла от двигателя, чтобы помочь питать электрические системы. Они также могут быть предназначены для установки в имплантируемые медицинские устройства, такие как кардиостимулятор, для которого не требуются сменные батареи.
Другим преимуществом является то, что такая технология может помочь продлить срок службы компьютерных процессоров, сохраняя их холодными и снижая износ, и это сэкономит больше энергии, в противном случае вентиляторы будут использовать для охлаждения процессоров.Это также может помочь улучшить окружающую среду, утверждал Франкор.
«Вы возвращаете тепло в систему в качестве электричества», — сказал он. «Прямо сейчас мы просто сбрасываем его в атмосферу. Например, он нагревает вашу комнату, а затем вы используете свой кондиционер для охлаждения вашей комнаты, что тратит больше энергии».
История Источник:
Материалы предоставлены Университетом Юты . Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.
,Глоссарий
Индекс:
Бункеры
Бункеры включают все облагаемые пошлиной нефтепродукты, загруженные на судно для потребления этим судном. Международные морские бункеры описывают количество мазута, доставленного на суда всех флагов, которые занимаются международной навигацией. Это топливо, используемое для питания этих кораблей. Международное судоходство может осуществляться на море, на внутренних озерах и водных путях, а также в прибрежных водах.Международные морские бункеры не включают потребление мазута: судами, занимающимися внутренним плаванием; занятость судна внутренним или международным плаванием определяется только портом отправления и портом прибытия судна, а не флагом или национальностью судна; рыболовные суда; военные силы.
Комбинированные тепло и мощность
Комбинированное тепло и мощность описывает одновременное производство как полезного тепла (которое может использоваться, например, в промышленных процессах или схемах городского отопления), так и электроэнергии в одном процессе или блоке.
Производное тепло
Полученное тепло используется для обогрева помещений и промышленных процессов и получается путем сжигания горючего топлива, такого как уголь, природный газ, нефть, возобновляемые источники энергии (биотопливо) и отходы, а также путем преобразования электричества в тепло в электрических котлах или тепловых насосах.
Коэффициент энергетической зависимости
Коэффициент энергетической зависимости показывает долю энергии, которую экономика должна импортировать.Он определяется как чистый импорт энергии (импорт минус экспорт), деленный на валовое внутреннее потребление энергии плюс топливо, поставляемое в международные морские бункеры, в процентах. Отрицательный коэффициент зависимости указывает на чистого экспортера энергии, в то время как уровень зависимости, превышающий 100%, указывает на то, что запасы энергетических продуктов были сохранены.
Энергоемкость
Энергоемкость измеряет энергопотребление экономики и ее энергоэффективность.Это соотношение между валовым внутренним потреблением энергии и валовым внутренним продуктом (ВВП). Валовое внутреннее потребление энергии рассчитывается как сумма валового внутреннего потребления пяти видов энергии: уголь, электричество, нефть, природный газ и возобновляемые источники энергии. Показатели ВВП взяты в постоянных ценах, чтобы избежать влияния инфляции. Поскольку валовое внутреннее потребление измеряется в килограммах нефтяного эквивалента, а ВВП — в 1 000 евро, это соотношение измеряется в килограммах на 1 000 евро.
Конечное энергопотребление
Конечное потребление энергии — это общее потребление энергии конечными пользователями, такими как домашние хозяйства, промышленность и сельское хозяйство.Это энергия, которая достигает двери конечного потребителя и исключает ту, которая используется самим энергетическим сектором. Конечное потребление энергии не включает энергию, используемую энергетическим сектором, в том числе для поставок и преобразования. Это также исключает топливо, преобразованное на электростанциях промышленных автопроизводителей, и кокс, превращенный в доменный газ, где это не часть общего промышленного потребления, а сектор переработки. Конечное энергопотребление в «домохозяйствах, службах и т. Д.»»охватывает количества, потребляемые частными домохозяйствами, торговлей, государственным управлением, услугами, сельским хозяйством и рыболовством.
Категории конечных потребителей энергии
Категории конечных потребителей энергии включают частные домохозяйства, сельское хозяйство, промышленность, автомобильный транспорт, воздушный транспорт (авиация), другой транспорт (железнодорожный транспорт, внутреннее судоходство) и услуги.
Электричество
Электричество обозначает совокупность физических явлений, связанных с электрическими зарядами.Это позволяет хранить и передавать энергию или потреблять ее через электрические приборы. Он имеет очень широкий спектр применения практически во всех видах человеческой деятельности, начиная от промышленного производства, домашнего использования, сельского хозяйства или торговли, и обычно используется для работы машин, освещения и отопления.
Ископаемое топливо
Ископаемое топливо — это общий термин для невозобновляемых природных источников энергии, таких как уголь, природный газ и нефть, которые были получены из растений и животных (биомасса), которые существовали в геологическом прошлом (например, сотни миллионов лет назад).Ископаемое топливо основано на углероде и в настоящее время обеспечивает большинство потребностей человека в энергии.
Газ
Газ включает в себя в основном природный газ и производные газы.
Гигаджоуль
Гигаджоуль, сокращенно GJ, является единицей измерения потребления энергии: гигаджоуль равен одной тысяче миллионов джоулей.
Гигаватт-часов
Гигаватт-часов, сокращенно GWh, — это единица энергии, представляющая один миллиард (1 000 000 000) ватт-часов и эквивалентная одному миллиону киловатт-часов.Гигаватт-часы часто используются как показатель мощности крупных электростанций.
Парниковый газ (ПГ)
Парниковые газы представляют собой группу газов, способствующих глобальному потеплению и изменению климата. Киотский протокол, природоохранное соглашение, принятое многими сторонами Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) в 1997 году для сдерживания глобального потепления, охватывает шесть парниковых газов: диоксид углерода (CO 2 ), метан (CH 4 ), закись азота (N 2 O) и так называемые F-газы (гидрофторуглероды и перфторуглероды) и гексафторид серы (SF6).Преобразование их в эквиваленты диоксида углерода (или CO 2 ) позволяет сравнивать их и определять их индивидуальный и общий вклад в глобальное потепление.
Валовое внутреннее потребление энергии
Валовое внутреннее потребление энергии, иногда сокращаемое как валовое внутреннее потребление, представляет собой общее количество энергии, доступной в стране или регионе. Он представляет количество энергии, необходимое для удовлетворения внутреннего потребления рассматриваемой географической единицы.Валовое внутреннее потребление энергии покрывает потребление самим энергетическим сектором; распределительные и трансформационные потери; конечное потребление энергии конечными пользователями; «статистические различия» (еще не отражены в цифрах по потреблению первичной энергии и потреблению конечной энергии). Валовое внутреннее потребление не включает энергию (мазут), предоставляемую международным морским бункерам. Он рассчитывается следующим образом: первичная продукция + восстановленные продукты + чистый импорт + вариации запасов — бункеры.
Валовая выработка электроэнергии
Валовая выработка электроэнергии или валовая выработка электроэнергии относится к процессу производства электрической энергии. Это общее количество электрической энергии, произведенной путем преобразования других видов энергии, например ядерной или ветровой энергии. Обычно выражается в гигаватт-часах (ГВт-ч). Общее валовое производство электроэнергии охватывает валовое производство электроэнергии на всех типах электростанций.Валовая выработка электроэнергии на уровне станции определяется как электроэнергия, измеренная на выходе главных трансформаторов, то есть включая количество электроэнергии, используемой во вспомогательных установках и в трансформаторах.
Центральное отопление
Городское отопление, также известное как централизованное теплоснабжение, — это распределение тепла по сети в одно или несколько зданий с использованием горячей воды или пара, производимого централизованно, часто из когенерационных установок, из отработанного тепла промышленности или от специальных систем отопления.
килограмм нефтяного эквивалента
Килограмм (ы) нефтяного эквивалента, обычно сокращенно kgoe, является нормализованной единицей энергии. По соглашению это эквивалентно приблизительному количеству энергии, которое можно извлечь из одного килограмма сырой нефти. Это стандартизированная единица измерения, для которой установлена чистая теплотворная способность 41 868 килоджоулей / кг, и она может использоваться для сравнения энергии из разных источников.
киловатт-часов
киловатт-часов, сокращенно KWh, — это единица энергии, представляющая тысячу ватт-часов.Киловатт-часы часто используются в качестве меры потребления энергии внутри страны.
Чистая выработка электроэнергии
Чистая выработка электроэнергии или выработка электроэнергии равна валовой выработке электроэнергии за вычетом потребления вспомогательных услуг электростанций.
Атомное тепло
Ядерное тепло — это тепловая энергия, вырабатываемая на атомной электростанции (ядерная энергия).Он получается из ядерного деления атомов, обычно урана и плутония.
Первичное производство энергии
Первичное производство энергии — это любое извлечение энергетических продуктов в полезной форме из природных источников. Это происходит либо при использовании природных источников (например, на угольных шахтах, месторождениях сырой нефти, на гидроэлектростанциях) или при производстве биотоплива. Преобразование энергии из одной формы в другую, такое как производство электроэнергии или тепла на тепловых электростанциях (где сжигаются первичные источники энергии) или производство кокса в коксовых печах, не является первичным производством.
Возобновляемые источники энергии
Возобновляемые источники энергии, также называемые возобновляемыми, являются источниками энергии, которые естественным образом пополняются (или обновляются). Возобновляемые источники энергии включают следующее: Биомасса (твердое биотопливо): органический, неископаемый материал биологического происхождения, который может использоваться для производства тепла или электроэнергии. Включает в себя: древесный уголь; древесина и древесные отходы; черный щелок, багасса, отходы животного происхождения и другие растительные материалы и остатки.
Биогаз: газы, состоящие в основном из метана и диоксида углерода, образующиеся в результате анаэробной ферментации биомассы или термических процессов. Включает в себя: свалочный газ; отстойный газ сточных вод; другие биогазы от анаэробного пищеварения; био газы от тепловых процессов.
Жидкое биотопливо — это жидкое топливо неископаемого биологического происхождения и возобновляемый источник энергии, которое следует отличать от ископаемого топлива. Биотопливо можно разделить на четыре категории: биобензин, биодизель, био-реактивный керосин (авиационное топливо) и другое жидкое биотопливо.
Возобновляемые отходы: часть отходов, производимых домашними хозяйствами, промышленностью, больницами и третичным сектором, которые представляют собой биологический материал, собираемый местными властями и сжигаемый на конкретных объектах.
Гидроэнергетика: — электроэнергия, вырабатываемая из потенциальной и кинетической энергии воды на гидроэлектростанциях (электроэнергия, вырабатываемая в насосных хранилищах, не включена).
Геотермальная энергия: энергия, доступная в виде тепла из земной коры, обычно в форме горячей воды или пара.
Энергия ветра: кинетическая энергия ветра, преобразуемая в электричество в ветряных турбинах.
Солнечная энергия: солнечная радиация используется для солнечного тепла (горячая вода) и производства электроэнергии.
Прилив, волна, океан: механическая энергия, полученная из приливного движения, волнового движения или океанского течения и использованная для производства электроэнергии.
Доля возобновляемых источников энергии в потреблении энергии
Возобновляемые источники энергии включают солнечную тепловую и фотоэлектрическую энергию, гидроэнергию (включая энергию прилива, волн и океана), ветер, геотермальную энергию и все виды биомассы (включая биологические отходы и жидкое биотопливо).Вклад возобновляемой энергии от тепловых насосов также распространяется на государства-члены, для которых эта информация была сообщена. Возобновляемая энергия, поставляемая конечным потребителям (промышленность, транспорт, домашние хозяйства, услуги, включая общественные услуги, сельское, лесное и рыбное хозяйство), является числителем этого показателя. Знаменатель, валовое конечное потребление энергии всех источников энергии, охватывает общую энергию, поставляемую для целей энергетики конечным потребителям, а также потери при передаче и распределении электроэнергии и тепла.Следует отметить, что экспорт / импорт электроэнергии не считается возобновляемой энергией, если не подписано конкретное межправительственное соглашение. Для получения дополнительной информации: Национальные доли энергии из возобновляемых источников в валовом конечном потреблении энергии рассчитываются в соответствии с конкретными положениями расчета Директивы 2009/28 / EC (http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN / TXT / HTML /? Uri = CELEX: 32009L0028 & from = EN).
Твердое топливо
Твердое топливо — это ископаемое топливо, охватывающее различные виды угля и твердые продукты, полученные из угля.Они состоят из карбонизированного растительного вещества и обычно имеют физический вид черной или коричневой породы.
Тонны нефтяного эквивалента
Тонна (-ов) нефтяного эквивалента, сокращенно обозначенная как палец ноги, является нормализованной единицей энергии. По соглашению это эквивалентно приблизительному количеству энергии, которое можно извлечь из одной тонны сырой нефти.
Всего топлива
Общее количество топлива представляет собой сумму всех энергетических продуктов и состоит из следующих семейств топлива: твердое топливо (уголь), общее количество нефтепродуктов (сырая нефть и производные нефтепродукты), газ, ядерное тепло, производное тепло, возобновляемые источники энергии, электричество и отходы (невозобновляемые).
Всего нефтепродуктов
Все нефтепродукты представляют собой ископаемое топливо (обычно в жидком состоянии) и включают сырую нефть и все продукты, полученные из нее (например, при переработке на нефтеперерабатывающих заводах), включая автомобильный бензин, дизельное топливо, мазут и т. Д.
Отходы (невозобновляемые)
Отходы (невозобновляемые) состоят из материалов, образующихся из горючих промышленных, институциональных, больничных и бытовых отходов, таких как резина, пластмассы, отработанные ископаемые масла и другие подобные виды отходов, которые могут быть твердыми или жидкими.
,
Предоставлено: Университет Мэриленда.Исследовательская группа из Университета Мэриленда создала устройство для нагрева-электричества, которое работает на ионах и может когда-нибудь использовать тепло тела для выработки энергии.
Под руководством исследователей UMD Лянбинга Ху, Роберта Брибера и Тиана Ли из отдела материаловедения и Сиддхартха Даса команда преобразовала кусок дерева в гибкую мембрану, которая генерирует энергию из того же типа электрического тока ( ионы), на котором работает человеческое тело.Эта энергия генерируется с использованием заряженных стенок канала и других уникальных свойств природных наноструктур древесины. С помощью этой новой технологии на основе древесины они могут использовать небольшой перепад температур для эффективного генерирования ионного напряжения, как показано в статье, опубликованной 25 марта в журнале Nature Materials .
Если вы когда-либо были на улице во время грозы, вы видели, что генерировать заряд между двумя очень разными температурами легко. Но для небольших перепадов температуры это сложнее.Тем не менее, команда говорит, что они успешно справились с этой задачей. Ху сказал, что теперь они «продемонстрировали свое проверенное на практике устройство для сбора низкосортного тепла с использованием наноионного поведения обработанных древесных наноструктур».
Деревья выращивают каналы, которые перемещают воду между корнями и листьями. Они состоят из фрактально меньших каналов, а на уровне одной ячейки каналы имеют ширину всего в нанометры или меньше. Команда использует эти каналы для регулирования ионов.
Исследователи использовали липу, которая является быстрорастущим деревом с низким воздействием на окружающую среду.Они обработали древесину и удалили два компонента — лигнин, который делает древесину коричневой и придает прочность, и гемицеллюлозу, которая обвивает слои клеток, связывая их вместе. Это дает оставшейся целлюлозе ее гибкость подписи. Этот процесс также преобразует структуру целлюлозы из типа I в тип II, что является ключом к повышению ионной проводимости.
Мембрана, сделанная из тонкого кусочка дерева, была окаймлена платиновыми электродами, а электролит на основе натрия проник в целлюлозу.Регулируйте поток ионов внутри крошечных каналов и генерируйте электрический сигнал. «Стенки заряженных каналов могут создавать электрическое поле, которое появляется на нановолокнах и, таким образом, помогает эффективно регулировать движение ионов в условиях теплового градиента», — сказал Тян Ли, первый автор статьи. ,
Ли, которого в 2018 году назвали одним из Forbes «30 до 30» в области энергетики, сказал, что ионы натрия в электролите вставляются в выровненные каналы, что становится возможным благодаря превращению кристаллической структуры целлюлозы и диссоциации поверхностные функциональные группы.
«Мы первыми показали, что этот тип мембраны с ее экспансивными массивами выровненной целлюлозы может быть использован в качестве высокоэффективной ионоселективной мембраны с помощью нанофлюидики и молекулярного потока и значительно расширяет возможности применения устойчивой целлюлозы в наноионике, «сказал Ли, подводя итоги их бумаги.
Деревянная губка впитывает масло из воды
Дополнительная информация: Тянь Ли и др., Целлюлозные ионные проводники с высоким дифференциальным тепловым напряжением для низкосортного сбора тепла, Nature Materials (2019).DOI: 10.1038 / s41563-019-0315-6 Предоставлено Университет Мэриленда
Цитирование : Древесные технологии создают электричество из тепла (2019, 25 марта) извлечено 5 июля 2020 г. с https: // физ.орг / Новости / 2019-03-древесная-технология electricity.html
Этот документ защищен авторским правом. Кроме честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет Часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержание предоставлено исключительно в информационных целях.
,