تم إنشاء الكهروحرارية الحرارية الأكثر كفاءة

نجح علماء الكيمياء من جامعة نورث وسترن في تطوير مادة حرارية كهربائية فريدة من نوعها تقوم بتحويل الحرارة إلى كهرباء.

إنها أفضل مادة من نوعها، فكفاءتها أعلى بمرتين من جميع المواد المماثلة المعروفة سابقًا. قد يكون لهذا الاكتشاف أهمية بالغة لتطوير الصناعة العالمية، خاصةً مع الأخذ في الاعتبار أن ثلثي الطاقة المُنتجة لتلبية احتياجات الإنسان تُهدر على شكل حرارة. نُشرت نتائج عمل الباحثين في مجلة "نيتشر".

وفقًا للورقة البحثية، تتكون المادة الجديدة من حبيبات من تيلورايد الرصاص وتيلوريد السترونشيوم، بالإضافة إلى كمية صغيرة من الصوديوم. هذه المادة المستقرة بيئيًا قادرة على تحويل 15 إلى 20% من الحرارة المتولدة أثناء إنتاج الطاقة إلى كهرباء مفيدة.

يمكن استخدام المادة الجديدة في صناعة السيارات والصناعات الثقيلة (على سبيل المثال، في إنتاج الزجاج والطوب ومصافي النفط ومحطات الطاقة العاملة بالفحم والغاز). بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الطاقة الحرارية الكهربائية عالية الكفاءة في السفن الكبيرة وناقلات النفط، حيث تعمل محركات الاحتراق الداخلي الكبيرة باستمرار.

يقول ميركوري كاناتزيديس، قائد المشروع والمؤلف الرئيسي لورقة نيتشر البحثية: "نظامنا الكهروحراري هو الأكثر كفاءة في العالم عند أي درجة حرارة. تستطيع هذه المادة تحويل الحرارة إلى كهرباء بكفاءة أعلى من أي مادة أخرى". ويضيف فيناياك درافيد، زميل كاناتزيديس: "كثيرًا ما يُسألنا عن كيفية حل مشكلة الحفاظ على الطاقة. ولكن لا يوجد حل شامل؛ يجب أن يكون الحل شاملًا. لا تستطيع المواد الكهروحرارية حل جميع مشاكل الطاقة، لكنها جزء مهم من نهج شامل".

المواد الكهروحرارية هي مواد قادرة على توليد الكهرباء عند درجات حرارة مختلفة في مناطق مختلفة من المادة. وتُحدد كفاءة هذا التحويل بمتطلبين متعارضين إلى حد كبير. يجب أن تكون المادة الكهروحرارية الكفؤة موصلة للكهرباء بأفضل ما يمكن، وأن تكون موصلة للحرارة بأقل قدر ممكن.

المادة ذات المقاومة المنخفضة جدًا لن تكون مادةً كهروحرارية فعّالة إذا كانت موصلة للحرارة جيدًا. وللوصول إلى موصلية حرارية منخفضة مع موصلية كهربائية عالية، عدّل العلماء بنية المادة.

اعتمد المتخصصون على مادة تيلورايد الرصاص (PbTe) الحرارية الكهربائية الكلاسيكية كأساس، وأضافوا إليها شوائب من بلورات تيلورايد السترونشيوم النانوية. وقد أحدثت هذه الشوائب خللا في البنية المنظمة للمادة، لكنها لم تؤثر على موصليتها الكهربائية، وبالتالي على موصليتها الحرارية.

وقد أسعدت النتيجة العلماء، وقد تسعد قريبًا شركات تصنيع السيارات ومصافي النفط وغيرها من المنشآت الصناعية، حيث يمكن للمادة الجديدة أن تساعد في خفض تكاليف الطاقة.