Il 90% dell'elettricità sulla Terra proviene dal processo di conversione del calore dalla combustione di combustibili fossili e dalle reazioni nucleari o dall'accumulo di energia solare. Tutti questi processi avvengono utilizzando apparecchiature sofisticate e soggette ad usura. Gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology e del laboratorio NREL hanno proposto una straordinaria alternativa a tutto questo: motori termici a stato solido senza parti mobili con un'efficienza record.
"Uno dei vantaggi dei convertitori di potenza a stato solido è che possono funzionare a temperature più elevate con costi di manutenzione inferiori perché non hanno parti mobili", ha affermato uno degli autori principali dello studio. "Si limitano a stare lì e generano elettricità in modo affidabile".
Gli scienziati hanno utilizzato materiali semiconduttori, da diversi strati dei quali hanno creato una cella termofotovoltaica (termofotovoltaica, TPV) simile alle celle fotovoltaiche di una batteria solare convenzionale. Come in una cella solare, gli strati di una cella termofotovoltaica hanno assorbito fotoni non solo di luce visibile, ma emessi da un materiale di accumulo caldo.
Il primo strato dell'elemento TPV proposto dagli scienziati americani ha assorbito fotoni con l'energia più alta, il secondo con un'energia notevolmente inferiore e il terzo strato - sotto forma di una lamina d'oro - ha riflesso la radiazione termica residua nell'accumulo di calore , impedendo che fuoriesca senza l'uso. Un elemento sperimentale con lati di 1 cm ha mostrato un'efficienza record per i motori termici a stato solido - oltre il 40%, che è superiore alla media dei generatori a turbina a vapore convenzionali (35%).
Il passaggio alle celle termofotovoltaiche operanti nell'intervallo di temperatura da 1900 a 2400 °C ha contribuito a raggiungere un'elevata efficienza. Per gli elementi TPV proposti in precedenza con una temperatura del liquido di raffreddamento inferiore, l'efficienza non era superiore al 20%.
Secondo gli scienziati, una centrale elettrica basata sul principio proposto sarà commercialmente valida con un'area di elementi da 1000 m2. L'accumulatore di calore può essere riscaldato in grafite mediante irraggiamento solare. Di notte e nelle giornate nuvolose, il calore può essere convertito in energia elettrica semplicemente collegando le celle termofotovoltaiche alla rete. Questa tecnologia renderà il mondo senza emissioni nocive nel settore energetico, ne sono certi gli scienziati.
2022-04-14 19:07:51
Autore: Vitalii Babkin