211service.com
Uw auto van stroom voorzien met afvalwarmte
Ten minste tweederde van de energie in benzine die in auto's en vrachtwagens wordt gebruikt, gaat verloren als warmte. Thermo-elektrische materialen, halfgeleidermaterialen die warmte omzetten in elektriciteit, kunnen deze afvalwarmte opvangen, waardoor de brandstofbehoefte van het voertuig wordt verminderd en het brandstofverbruik met ten minste 5 procent wordt verbeterd. Maar het lage rendement en de hoge kosten van bestaande thermo-elektrische materialen hebben ervoor gezorgd dat dergelijke apparaten niet praktisch werden in voertuigen.
Stroom uit warmte: Een thermo-elektrische generator die restwarmte van het uitlaatsysteem van een auto omzet in elektriciteit, kan het brandstofverbruik verbeteren.
Nu assembleren onderzoekers de eerste prototype thermo-elektrische generatoren voor tests in commerciële auto's en SUV's. De apparaten zijn het resultaat van verschillende vorderingen die onafhankelijk zijn gemaakt bij de fabrikant van thermo-elektrische apparaten BSST in Irwindale, Californië, en bij General Motors Global R&D in Warren, Michigan. Beide bedrijven zijn van plan hun prototypes tegen het einde van de zomer te installeren en te testen: BSST in BMW- en Ford-auto's en GM in een Chevrolet SUV.
BSST maakt gebruik van nieuwe materialen. Bismuttelluride, een algemeen thermo-elektrisch product, bevat duur tellurium en werkt bij temperaturen tot 250 °C, terwijl thermo-elektrische generatoren 500 °C kunnen bereiken. Dus BSST gebruikt een andere familie van thermo-elektrische materialen - mengsels van hafnium en zirkonium - die goed werken bij hoge temperaturen. Dit heeft het rendement van de generator met ongeveer 40 procent verhoogd.
Bij GM assembleren onderzoekers een definitief prototype op basis van een veelbelovende nieuwe klasse thermo-elektriciteit, skutterudites genaamd, die goedkoper zijn dan telluriden en beter presteren bij hoge temperaturen. De computermodellen van het bedrijf laten zien dat dit apparaat in zijn Chevrolet Suburban-testvoertuig 350 watt kon genereren, wat het brandstofverbruik met 3 procent zou verminderen.
Het fabriceren van skutterudites, die kobaltarsenideverbindingen zijn die zijn gedoteerd met zeldzame aardelementen zoals ytterbium, is een tijdrovend, gecompliceerd proces, en het opnemen ervan in apparaten is moeilijk, zegt GM-wetenschapper Gregory Meisner. De cruciale uitdaging is het maken van goede elektrische en thermische contacten. De grote temperatuurgradiënt over het apparaat legt mechanische druk op de contact-thermo-elektrische interface. Bovendien introduceert het samenvoegen van de verschillende materialen weerstand die het contact verwarmt, waardoor het apparaat slechter wordt. Door een geschikte materiaalkeuze kun je de weerstand beïnvloeden, zegt hij. De uitdaging is om tot de juiste formule voor materialen te komen - zowel de halfgeleider thermo-elektrisch als het contact.
Een kijkje binnen: Een artistieke weergave van een Chevrolet Suburban toont de geluiddemperachtige thermo-elektrische generator die in het uitlaatsysteem is geplaatst.
Een andere belangrijke uitdaging is de integratie van het apparaat in voertuigen. De onderzoekers hebben al een bismuttelluridegenerator getest in een SUV. Op dit moment wordt het apparaat gewoon in het uitlaatsysteem gestoken, zegt Meisner. Een stuk pijp wordt uitgesneden en het apparaat, dat eruitziet als een geluiddemper, wordt ingebracht. We moeten iets ontwerpen dat meer in het voertuigsysteem is geïntegreerd dan als een extra apparaat.
Zowel BSST- als GM-onderzoekers moeten ook manieren vinden om grotere volumes van de nieuwe materialen goedkoop te maken. Meisner waarschuwt dat het nog minstens vier jaar kan duren voordat thermo-elektrische generatoren in productievoertuigen terechtkomen.