新發(fā)現(xiàn)為從體熱中產(chǎn)生能量鋪平了道路

如果您曾經(jīng)通過(guò)紅外熱像儀看到自己，您就會(huì)知道您的身體會(huì)產(chǎn)生大量熱量。這實(shí)際上是我們新陳代謝的廢物。人體的每一平方英尺放熱相當(dāng)于每小時(shí)大約 19 個(gè)匹配項(xiàng)。

不幸的是，大部分熱量只是逸出到大氣中。如果我們能利用它來(lái)產(chǎn)生能量，那不是很好嗎？我的研究表明，這確實(shí)是可能的。我和我的同事們發(fā)現(xiàn)方法使用環(huán)保材料捕獲和儲(chǔ)存身體熱量以產(chǎn)生能量。

目標(biāo)是創(chuàng)造一種既可以產(chǎn)生又可以儲(chǔ)存能量的設(shè)備，就像可穿戴技術(shù)的內(nèi)置移動(dòng)電源一樣。這可以讓智能手表、健身追蹤器或 GPS 追蹤器等設(shè)備通過(guò)利用我們的體溫運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間，甚至無(wú)限期地運(yùn)行。

產(chǎn)生廢熱的不僅僅是我們的身體。在我們這個(gè)技術(shù)先進(jìn)的世界里，從我們車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)到制造商品的機(jī)器，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的廢熱。

通常，這些熱量也會(huì)釋放到大氣中，這意味著錯(cuò)過(guò)了能源回收的重大機(jī)會(huì)。新興的”余熱回收“試圖解決這種低效率問(wèn)題。通過(guò)利用這些原本浪費(fèi)的能源，各行各業(yè)可以提高運(yùn)營(yíng)效率，并為更可持續(xù)的環(huán)境做出貢獻(xiàn)。

這熱電效應(yīng)是一種可以幫助將熱能轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象。其工作原理是讓溫差產(chǎn)生電勢(shì)，因?yàn)殡娮訌臒醾?cè)流向冷側(cè)，產(chǎn)生可用的電能。

協(xié)定的熱電材料然而，它們通常由鎘、鉛或汞.這些技術(shù)會(huì)帶來(lái)環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)，限制其實(shí)際應(yīng)用。

木材的力量

但我們發(fā)現(xiàn)，您也可以用木材制造熱電材料，這是一種更安全、更可持續(xù)的替代方案。

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，木材一直是人類文明不可或缺的一部分，是建筑材料和燃料的來(lái)源。我們正在發(fā)掘木材衍生材料的潛力，將工業(yè)過(guò)程中經(jīng)常損失的廢熱轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的電力。

這種方法不僅提高了能源效率，還重新定義了我們?nèi)绾螌⑷粘２牧弦暈榭沙掷m(xù)能源解決方案的重要組成部分。

我們?cè)诶锟舜髮W(xué)的團(tuán)隊(duì)與瓦倫西亞大學(xué)合作，已發(fā)展一種使用愛(ài)爾蘭木制品將廢熱轉(zhuǎn)化為電能的可持續(xù)方法，特別是木質(zhì)素，這是造紙工業(yè)的副產(chǎn)品。

我們的研究表明，木質(zhì)素基膜浸泡在鹽溶液中時(shí)，可以有效地將低溫余熱（低于 200°C）轉(zhuǎn)化為電能。木質(zhì)素膜上的溫差導(dǎo)致鹽溶液中的離子（帶電原子）移動(dòng)。

正離子向較冷的一側(cè)漂移，而負(fù)離子向較熱的一側(cè)移動(dòng)。這種電荷分離會(huì)在膜上產(chǎn)生電勢(shì)差，該電勢(shì)差可以作為電能加以利用。

自從66% 的工業(yè)余熱落在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，這項(xiàng)創(chuàng)新為環(huán)保能源解決方案提供了重要機(jī)會(huì)。

這項(xiàng)新技術(shù)有可能在許多領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。制造業(yè)等產(chǎn)生大量余熱的行業(yè)可以通過(guò)將這些廢熱轉(zhuǎn)化為電能來(lái)獲得重大好處。這將幫助他們節(jié)省能源并減少對(duì)環(huán)境的影響。

這項(xiàng)技術(shù)可以在各種環(huán)境中使用，從在偏遠(yuǎn)地區(qū)供電到為日常應(yīng)用中的傳感器和設(shè)備供電。其環(huán)保特性也使其成為建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)能源生產(chǎn)的有前途的解決方案。

存儲(chǔ)問(wèn)題

從廢熱中捕獲能量只是第一步;有效存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同樣重要。超級(jí)電容器是快速充電和放電的儲(chǔ)能設(shè)備。這使得它們對(duì)于需要快速供電的應(yīng)用至關(guān)重要。

然而，他們對(duì)化石燃料衍生碳材料的依賴引發(fā)了對(duì)可持續(xù)性的擔(dān)憂，凸顯了在其生產(chǎn)中需要可再生替代品的需求。

我們的研究小組發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素基多孔碳可以用作超級(jí)電容器中的電極，用于使用木質(zhì)素膜收集余熱產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)。

這個(gè)過(guò)程允許木質(zhì)素膜捕獲廢熱并將其轉(zhuǎn)化為電能，而多孔碳結(jié)構(gòu)有助于離子的快速移動(dòng)和儲(chǔ)存。通過(guò)提供避免有害化學(xué)物質(zhì)和對(duì)化石燃料依賴的綠色替代品，這種方法為利用廢熱進(jìn)行能源儲(chǔ)存提供了一種可持續(xù)的解決方案。

儲(chǔ)能技術(shù)的這項(xiàng)創(chuàng)新可以為從消費(fèi)電子產(chǎn)品、可穿戴技術(shù)到電動(dòng)汽車的一切提供動(dòng)力。

穆罕默德·穆達(dá)薩，工程學(xué)院博士生利默里克大學(xué)

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