211service.com
Een alternatief voor uw dynamo
Onderzoekers van MIT ontwikkelen nieuwe technologie voor het omzetten van warmte in licht en vervolgens in elektriciteit, die uiteindelijk brandstof in voertuigen zou kunnen besparen door minder efficiënte alternatoren te vervangen en elektrische systemen te laten werken zonder dat de motor stationair draait.
Een thermofotovoltaïsche (TPV) generator verbrandt brandstof om een materiaal te verwarmen dat licht uitstraalt (gelabelde radiator). Het licht wordt vervolgens gefilterd en omgezet in elektriciteit in fotovoltaïsche (PV) cellen. (Afbeelding met dank aan John Kassakian, MIT.)
De technologie, thermofotovoltaïsche technologie genaamd, gebruikt benzine om een lichtgevend materiaal, in dit geval wolfraam, te verwarmen. Een fotovoltaïsche cel zet het licht vervolgens om in elektriciteit. Het idee bestaat al sinds de jaren zestig, zegt John Kassakian, hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen aan het MIT. Maar tot nu toe produceerden de lichtstralers voor de fotovoltaïsche energie inefficiënte en zeer kostbare systemen. Verbeteringen in de materialen die in deze nieuwste apparaten worden gebruikt - mogelijk deels omdat onderzoekers de materiaalstructuur op nanoschaal kunnen wijzigen - maken nu veel efficiëntere systemen, zegt Kassakian.
Volgens Kassakian zou het systeem mogelijk een efficiëntere manier kunnen zijn om elektrische systemen in een voertuig van stroom te voorzien dan de huidige op een dynamo gebaseerde, die energie in twee fasen verspilt: de interne verbrandingsmotor zet slechts ongeveer 30 procent van de energie in brandstof om in beweging, en dan is de dynamo slechts 50 procent efficiënt in het omzetten van de mechanische energie in elektriciteit. Hij zegt dat een klein prototype thermofotovoltaïsch apparaat dat de verbeterde efficiëntie van het systeem zou kunnen bevestigen, over een jaar klaar zou kunnen zijn.
De onderzoekers wijzigden de oppervlaktestructuur van de lichtzender en etsten er kuilen van nanogrootte in om de golflengten van het uitgestraalde licht precies af te stemmen op die welke een fotovoltaïsche cel het meest efficiënt in elektriciteit kan omzetten. Ze verfijnden het apparaat verder met het gebruik van filters die de gewenste golflengten van licht doorlaten naar de fotovoltaïsche cellen, maar andere golflengten terugkaatsen naar de lichtzender. Het gereflecteerde licht draagt energie die helpt de zender warm te houden, waardoor er minder brandstof nodig is.
Naast het vervangen van de dynamo door een thermofotovoltaïsche module, zegt Kassakian, kan de technologie deel uitmaken van een airconditioningsysteem voor voertuigen waarvoor geen compressor nodig is. Omdat dit de belasting van een motor aanzienlijk zou verminderen, zou het mogelijk kunnen worden om de motor af te zetten wanneer het voertuig stilstaat in het verkeer en het gemakkelijk opnieuw te starten. De hybrides van tegenwoordig gebruiken deze techniek om gas te besparen, maar hebben grote batterijen nodig om de radio en de lichten van stroom te voorzien, en om de motor opnieuw te starten, en ze moeten de motor weer aanzetten als de batterij leeg raakt. In het nieuwe MIT-systeem zouden deze batterijen niet nodig zijn.
Als de nieuwe materialen inderdaad efficiëntere thermofotovoltaïsche energie opleveren, zal er geen tekort zijn aan potentiële toepassingen. Kassakian zegt dat een bijzonder goede toepassing, in combinatie met het nieuwe airconditioningsysteem, zou kunnen zijn voor gebruik in vrachtwagens met slaapcabines om de cabines te koelen en elektriciteit te leveren voor televisies en andere apparatuur. En, zegt Donald Chubb, een onderzoeker bij het NASA Glenn Research Center, het leger heeft er veel belangstelling voor gehad voor draagbare stroomvoorzieningen in het veld. Omdat er geen bewegende delen zijn, zou er geen geluid zijn, dus je zou het niet kunnen detecteren.
Het zal echter nog enkele jaren duren voordat de technologie in voertuigen kan worden gebruikt. Uitdagingen zijn onder meer het opschalen van het fabricageproces, het ontwikkelen van effectieve isolatie- en koelsystemen om de gegenereerde warmte te beheren en ervoor te zorgen dat het systeem op grotere schaal efficiënt blijft. Het MIT-onderzoek wordt gedeeltelijk gefinancierd door Toyota, maar de automaker heeft zich niet verplicht tot implementatie van de technologie.