Как превращать отработанное тепло в электричество
Еще около десяти лет назад Чень с коллегами, создав компанию GMZ Energy, начали работу над небольшим генератором. «Все признают большой потенциал использования побочного тепла, но это всегда было слишком сложной задачей, чтобы думать об этом всерьез», — говорит Чень. Термоэлектрический генератор создает электроэнергию, когда тепло поступает в верхнюю часть модуля, а затем проходит через полупроводниковый материал к более холодной стороне. В результате движение электронов в полупроводнике под этой разностью температур создает напряжение.
Новейший генератор может выдерживать нагрев до температуры примерно 600 °C на его горячей стороне (верхняя поверхность) при поддержании температуры от 100 °C на его холодной стороне (нижняя поверхность). С этим градиентом в 500 °C модуль размером в 4 квадратных сантиметра может производить 7,2 Вт энергии. Установленный, например, рядом с выхлопной трубой, устройство может существенно снизить нагрузку на генератор автомобиля, уменьшить затраты на топливо и понизить количество выбросов.
Чень нашел инвесторов, которые вложили 7 млн долларов?? в первом раунде финансирования и 18 млн долларов через несколько месяцев. Ученые прошли через годы проб и ошибок, особенно это касалось принятия решений по выбору материалов. «Эффективность материала зависит от температуры, — объясняет Чень. Таким образом, вы должны учитывать температуру источника тепла и подбирать материал, соответствующий этому температурному диапазону».
В качестве постоянного материала для коммерческого производства термоэлектрических генераторов компания остановилась на так называемых «полугейслерах» — сплавах с сильной кристаллической структурой, которая обеспечивает большую стабильность при высоких температурах. Но у GMZ Energy есть планы на будущее и для других материалов: теллурида висмута, теллурида свинца, кремния германия и других. «Наша миссия — создавать успешные продукты для стимулирования инноваций, а главное, что мы переносим передовые научные идеи в реальный мир», — гордится Чень.