Chuyển nhiệt thải thành điện: Tương lai của hiệu quả nhiên liệu
Máy phát nhiệt điện mới chuyển đổi nhiệt thải của xe thành điện, tăng hiệu quả nhiên liệu
Do Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ cung cấp
Hình ảnh chỉ mang tính minh họa.
Bạn đã bao giờ tự hỏi có bao nhiêu năng lượng tiềm năng từ nhiên liệu bị mất trong các phương tiện chạy bằng xăng không? Thật ngạc nhiên, động cơ đốt trong truyền thống chỉ sử dụng khoảng 25% năng lượng tiềm năng của nhiên liệu, phần còn lại thoát ra dưới dạng nhiệt qua ống xả.
Nhưng vẫn có một tia hy vọng: một nghiên cứu gần đây được công bố trên ACS Applied Materials & Interfaces đã tiết lộ một giải pháp đột phá để chuyển đổi nhiệt thải này thành điện. Phương pháp tiếp cận sáng tạo này giúp cắt giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và giảm lượng khí thải carbon dioxide, mở đường cho các sáng kiến năng lượng bền vững hơn.
Hiệu quả nhiên liệu kém là một tác nhân đáng kể gây ra khí thải nhà kính. Khi bạn lái xe, một phần lớn năng lượng của nhiên liệu bị mất dưới dạng nhiệt, khiến nó trở thành mục tiêu chính để thu hồi năng lượng. Một phương pháp đầy hứa hẹn để khai thác lượng nhiệt thải này là thông qua các hệ thống nhiệt điện. Các hệ thống này sử dụng vật liệu bán dẫn để chuyển đổi nhiệt thành điện dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ.
Các nhà nghiên cứu, do Wenjie Li và Bed Poudel dẫn đầu, đã phát triển một hệ thống máy phát nhiệt điện nhỏ gọn được thiết kế để chuyển đổi nhiệt thải từ các phương tiện tốc độ cao như ô tô, trực thăng và máy bay không người lái thành năng lượng.
Các nhà nghiên cứu thiết kế và thử nghiệm một hệ thống thu hồi nhiệt thải, được minh họa ở đây, được gắn vào ống xả ô tô và chuyển đổi nhiệt từ khí thải thành năng lượng. Các rãnh quạt ở bên ngoài ống là mặt lạnh của bộ tản nhiệt của thiết bị và các thành phần hình tam giác bên trong ống là bộ trao đổi nhiệt dạng tấm.
Thiết bị này được gắn vào ống xả ô tô, thu nhiệt và chuyển đổi thành điện năng có thể sử dụng được. Hệ thống cải tiến của các nhà nghiên cứu bao gồm một chất bán dẫn làm từ bismuth-telluride và sử dụng bộ trao đổi nhiệt—tương tự như bộ trao đổi nhiệt được tìm thấy trong máy điều hòa không khí—để thu nhiệt từ đường ống xả của xe một cách hiệu quả.
Trọng tâm của hệ thống này là bộ tản nhiệt—một phần cứng làm tăng đáng kể chênh lệch nhiệt độ, ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng điện của hệ thống.
Nguyên mẫu đạt được công suất đầu ra ấn tượng là 40 Watt, đủ để cung cấp năng lượng cho một bóng đèn. Thậm chí còn thú vị hơn, kết quả cho thấy điều kiện luồng khí cao, như trong ống xả, giúp tăng hiệu quả của hệ thống, dẫn đến sản lượng điện thậm chí còn cao hơn.
Tương lai tươi sáng cho năng lượng sạch
Trong các mô phỏng mô phỏng môi trường tốc độ cao, hệ thống nhiệt thải đã chứng minh được tính linh hoạt đáng chú ý. Nó tạo ra tới 56 W cho tốc độ xả giống như ô tô và 146 W cho tốc độ xả giống như trực thăng—tương đương với công suất của năm đến mười hai pin lithium-ion 18650.
Các nhà nghiên cứu tin rằng hệ thống thực tế của họ có thể được tích hợp trực tiếp vào các cửa xả hiện có mà không cần hệ thống làm mát bổ sung. Khi nhu cầu về các giải pháp năng lượng sạch tăng lên, công trình này có thể là bước ngoặt, cho phép tích hợp thực tế các thiết bị nhiệt điện vào các phương tiện tốc độ cao.
Các tác giả ghi nhận nguồn tài trợ từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm Chương trình Quỹ đổi mới nhanh của Quân đội, Chương trình Trung tâm nghiên cứu hợp tác giữa các trường đại học và công nghiệp của Quỹ khoa học quốc gia và Văn phòng nghiên cứu hải quân.
Nghiên cứu tiên tiến này đại diện cho một bước tiến đáng kể trong công nghệ thu hồi nhiệt thải, đưa ra giải pháp đầy hứa hẹn để cải thiện hiệu quả nhiên liệu và giảm tác động đến môi trường. Khi chúng ta hướng tới tương lai của năng lượng bền vững, những sáng kiến như thế này sẽ đưa chúng ta đến gần hơn với một thế giới sạch hơn và hiệu quả hơn.
Tài liệu tham khảo tạp chí
Rabeya Bosry Smriti, Wenjie Li, Amin Nozariasbmarz, Subrata Ghosh, Na Liu, Christopher D. Rahn, Mohan Sanghadasa, Shashank Priya, Bed Poudel. Thu hoạch năng lượng nhiệt điện để thu hồi nhiệt thải: Thiết kế hệ thống. ACS Applied Materials & Interfaces, 2025; 17 (3): 4904 DOI: 10.1021/acsami.4c18023
