Nguyên mẫu biến khí thải từ ô tô và trực thăng thành năng lượng nhiệt điện
của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ
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. Tín dụng: ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.4c18023
Động cơ đốt trong, động cơ trong ô tô chạy bằng xăng, chỉ sử dụng một phần tư năng lượng tiềm tàng của nhiên liệu trong khi phần còn lại bị mất dưới dạng nhiệt qua khí thải.
Hiện nay, một nghiên cứu được công bố trên ACS Applied Materials & Interfaces đã chứng minh cách chuyển đổi nhiệt khí thải thành điện. Các nhà nghiên cứu trình bày một hệ thống máy phát nhiệt điện nguyên mẫu có thể giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải carbon dioxide—một cơ hội để cải thiện các sáng kiến năng lượng bền vững trong một thế giới đang thay đổi nhanh chóng.
Hiệu quả sử dụng nhiên liệu kém góp phần vào lượng khí thải nhà kính và nhấn mạnh nhu cầu về các hệ thống thu hồi nhiệt thải sáng tạo. Các hệ thống thu hồi nhiệt, được gọi là hệ thống nhiệt điện, sử dụng vật liệu bán dẫn để chuyển đổi nhiệt thành điện dựa trên chênh lệch nhiệt độ.
Tuy nhiên, nhiều thiết kế thiết bị nhiệt điện hiện có rất nặng và phức tạp, đòi hỏi phải sử dụng thêm nước làm mát để duy trì chênh lệch nhiệt độ cần thiết. Hiện nay, một nhóm các nhà nghiên cứu do Wenjie Li và Bed Poudel đứng đầu đã phát triển một hệ thống máy phát nhiệt điện nhỏ gọn để chuyển đổi hiệu quả nhiệt thải từ các phương tiện tốc độ cao như ô tô, trực thăng và máy bay không người lái thành năng lượng.
Máy phát nhiệt điện mới của các nhà nghiên cứu chứa chất bán dẫn làm từ bismuth-telluride và sử dụng bộ trao đổi nhiệt (tương tự như bộ trao đổi nhiệt được sử dụng trong máy điều hòa không khí) để thu nhiệt từ đường ống xả của xe. Nhóm nghiên cứu cũng kết hợp một phần cứng điều chỉnh nhiệt độ, được gọi là bộ tản nhiệt.
Bộ tản nhiệt làm tăng đáng kể chênh lệch nhiệt độ, ảnh hưởng trực tiếp đến công suất điện đầu ra của hệ thống. Nguyên mẫu đạt công suất đầu ra là 40 watt, đủ để cung cấp năng lượng cho một bóng đèn. Điều quan trọng là kết quả cho thấy điều kiện luồng khí cao, như trong ống xả, làm tăng hiệu quả, do đó làm tăng công suất điện đầu ra của hệ thống.
Trong các mô phỏng mô phỏng môi trường tốc độ cao, hệ thống nhiệt thải đã chứng minh được tính linh hoạt tuyệt vời; hệ thống của họ tạo ra tới 56 W cho tốc độ xả giống ô tô và 146 W cho tốc độ xả giống trực thăng, hoặc tương đương với năm và 12 pin lithium-ion 18650. Các nhà nghiên cứu cho biết hệ thống thực tế của họ có thể được tích hợp trực tiếp vào các cửa xả hiện có mà không cần thêm hệ thống làm mát.
Khi nhu cầu về các giải pháp năng lượng sạch tăng cao, họ nói thêm rằng công trình này có thể mở đường cho việc tích hợp thực tế các thiết bị nhiệt điện vào các phương tiện tốc độ cao.
