Forskere på DTU har udviklet et termoelektrisk modul af keramiske materialer, som kan udnytte spildvarme fra industrien ved at omdanne den til elektricitet. Det kan på sigt forhindre, at bl.a. virksomheder i sværindustrien sender spildvarme ud i den blå luft.
I en tid hvor russiske naturgas-leverancer bruges som politisk våben, og Danmark for første gang siden 1996 ikke længere er selvforsynende med energi, arbejder forskerne stædigt på at finde nye energiløsninger.
"F.eks. udnytter vores biler i dag kun op mod 30 procent af energien i brændstoffet, og det samme billede ses flere steder i industrien."
Professor Nini Pryds, DTU Energikonvertering,
På DTU har forskere udviklet et højeffektivt termoelektrisk modul af keramiske materialer, som tåler høje temperaturer, og som kan konvertere spildvarme fra industrien til elektricitet. Det kan på sigt være med til at suge endnu mere energi ud af de sparsomme ressourcer.
DTU’s forskere arbejder med mange sider af energiudfordringen, bl.a. gennem forskning i brændselsceller, solceller, vindenergi og ikke mindst etableringen af det nye Center for Olie og Gas, der skal sikre, at ressourcerne i overgangen til bæredygtig energi udnyttes på den mest optimale og hensigtsmæssige måde.
Udviklingen af det termoelektriske modul startede i 2010 på DTU Energikonvertering, og det angriber problematikken fra en helt anden vinkel, idet forskerne bruger deres viden om funktionelle keramiske materialer (oxid-materialer):
„Vi vil udnytte den enorme mængde af højtemperatur-spildvarme, som i dag findes mange steder i industrien. F.eks. udnytter vores biler i dag kun op mod 30 procent af energien i brændstoffet, og det samme billede ses flere steder i industrien. Derfor har vi udviklet et termoelektrisk oxid-modul, som kan konvertere varmen til elektricitet. Spildvarme, der ellers i bogstaveligste forstand ville være forsvundet op i den blå luft,“ fortæller professor Nini Pryds, DTU Energikonvertering.
I dag er projektet nået dertil, at forskerne har fremstillet et keramisk modul og vist i laboratoriet, at det er intet mindre end verdens mest effektive af sin slags - selvom der stadig er et stykke vej endnu, før det er klar til markedet.
|
Sådan virker modulet
Termoelektricitet er baseret på Seebeck-effekten: Hvis et materiale, der kan lede strøm, udsættes for en temperaturforskel, opstår der en elektrisk spændingsforskel i materialet. Derved kan man omdanne varme til elektricitet. Effektiviteten afhænger bl.a. af materialernes egenskaber og af temperaturforskellen mellem de to sider af modulet - så det gælder om at få lavet den størst mulige forskel i temperatur.
|
 |
Materialer og design
Der er overordnet to ting, som spiller ind, når effektiviteten af konverteringen i modulet skal op. Det første er materialeegenskaberne og det andet er den temperaturforskel, som man kan opnå fra den ene side af modulet til den anden. Jo mere man kan maksimere på dem begge, jo højere effektivitet kan man opnå.
Derfor har man i projektet, som er støttet af Det Strategiske Forskningsråd, både fokuseret på at finde de rigtige materialer og på designet af selve modulet.
Målet for forskerne har været at opnå en effekttæthed på mere end 4,4 kW/m2,og det er til fulde lykkedes, idet resultatet var en effekttæthed på 6 kW/m2. Effekttæthed er udtryk for, hvor meget el (målt i kilowatt), et modul med et areal på 1 kvm kan producere. Den opnåede værdi gør det realistisk at anvende modulerne til opsamling af spildvarme ved f.eks. cementproduktion.
„Det ser måske simpelt ud på papiret, men der er mange udfordringer. Den største har nok været at udvikle materialerne og konstruere et termoelektrisk element med lav kontaktmodstand mellem de forskellige dele og materialer, som samtidig er robust over for temperaturer på op til 1.000 °C. Det stiller nemlig enorme krav til både materialegenskaberne og selve konstruktionen,“ forklarer Nini Pryds, der bl.a. har udnyttet den viden, man har om materialer fra brændselscelleforskningen på instituttet.