Moduły termoelektryczne – Polacy rozwijają przełomową technologię

Zespół naukowców z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie stworzył ogniwa termoelektryczne. Według zespołu z krakowskiej uczelni ich wydajność jest ponad 10-krotnie większa niż ogniw fotowoltaicznych o zbliżonych kosztach produkcji. Jak twierdzi AGH, termoelektryki to innowacja, w której liderami są polscy naukowcy.

Jak podkreślają badacze z Akademii Górniczo-Hutniczej (AGH) w Krakowie, tradycyjna energetyka wykorzystuje tylko około 40 proc. energii pochodzącej z węgla i innych paliw kopalnych,  a reszta – 60 proc. – rozprasza się w postaci ciepła odpadowego. Właśnie to ciepło odpadowe może stanowić darmowe źródło energii, podobnie jak wiatr czy słońce. Wykorzystanie energii wygenerowanej przy okazji innego procesu – a do tego energii stanowiącej odpad – może poprawić wydajność przemysłu i obniżyć ceny energii dla konsumentów.

Według naukowców ciepło odpadowe może zastąpić znaczną ilość paliw kopalnych i przyczynić się do zielonej transformacji systemów energetycznych. Jak wyliczają, wykorzystanie potencjału tylko trzech największych źródeł ciepła odpadowego z Warszawy (m.in. z zakładu oczyszczania ścieków Czajka), czyli 3,3 TWh, pozwoliłoby na zapewnienie ciepła sieciowego dla około 380 tys. gospodarstw domowych.

REKLAMA

Jedną z technologii, która pozwala przekształcać odpadową energię cieplną w energię elektryczną, są moduły termoelektryczne.

Termoelektryki z krakowskiego laboratorium

Inżynierowie z polskich ośrodków naukowych i firm opracowali niewielką wersję modułów termoelektrycznych, pozbawioną ruchomych elementów mechanicznych. Badania nad termoelektrykami od lat prowadzi zespół pod przewodnictwem prof. dr. hab. Krzysztofa Wojciechowskiego, kierownika Laboratorium Badań Termoelektrycznych na AGH w Krakowie. Naukowcy informują, że stworzyli przełomowe moduły termoelektryczne ponad 10-krotnie wydajniejsze niż ogniwa fotowoltaiczne – przy zbliżonych kosztach produkcji.

Według badaczy proces technologiczny wytwarzania termoelektryków, jak też koszt materiałowy nowego rozwiązania nie odbiegają od procesu i kosztów tworzenia elementu fotowoltaicznego o tożsamych rozmiarach. – Zważywszy na znacznie większą gęstość mocy konwerterów termoelektrycznych, cena za 1 W mocy elektrycznej powinna być znacznie korzystniejsza niż w przypadku paneli fotowoltaicznych – twierdzi prof. Krzysztof Wojciechowski.

Koszt produkcji modułów termoelektrycznych został obniżony – do porównywalnego do kosztu produkcji dzisiejszych paneli PV – dzięki zastąpieniu ceramicznych okładzin mniej kosztownymi i znacznie lepiej przewodzącymi ciepło stopami aluminium. Cena oraz wysoka wydajność według twórców powodują, że termoelektryczność jest jednym z ważniejszych polskich projektów ekologicznych.

Materiały termoelektryczne od warszawskiej firmy

Jak informuje zespół rozwijający technologię termoelektryków, liderem w dziedzinie materiałów termoelektrycznych jest warszawska firma GeniCore. Opracowała ona maszynę zajmującą zaledwie 3 m2, która może zrewolucjonizować ten obszar działalności.

REKLAMA

Ziarna materiałów wytwarzanych w urządzeniu GeniCore mają rozmiary kilkudziesięciu nanometrów – kilkaset razy mniej niż grubość ludzkiego włosa. Do tak precyzyjnej produkcji firma wykorzystuje maszyny działające pod naciskiem 35 ton i natężeniem prądu rzędu kilku tysięcy amperów. GeniCore specjalizuje się w maszynach Spark Plasma Sintering, czyli w technologii spiekania, która ma umożliwiać szybkie i ekonomiczne wytwarzanie materiałów termoelektrycznych.

Nasze urządzenia wytwarzają materiały termoelektryczne, które pomogą uzyskiwać energię elektryczną bez użycia paliw kopalnych. Pozwolą korzystać z naturalnego ciepła, które już istnieje w naszym otoczeniu, na przykład ze słońca czy z różnych procesów przemysłowych, i zamieniać je na elektryczność. To nie tylko oszczędza energię, ale także dba o naszą planetę i dostarczy przyszłym pokoleniom więcej czystej energii – mówi dr inż. Marcin Rosiński z GeniCore.

Współpraca z agencjami kosmicznymi

Materiały GeniCore znajdują zastosowanie w wielu obszarach, np. produkcji zielonej energii elektrycznej z ciepła odpadowego, urządzeń zabezpieczających w przemyśle, zasilaczy dla sieci ciepłowniczej oraz czujników wycieku gazu w odległych miejscach. Technologia termoelektryczna daje m.in. takie korzyści jak możliwość pracy poza siecią, generowanie energii odnawialnej w trudno dostępnych miejscach, poprawa efektywności energetycznej i odzysk ciepła odpadowego.

Profesor Wojciechowski realizował dotąd projekty m.in. z firmami: Honda, Sasol Technology, EDF Polska, Synthos, Collins Aerospace Polska, General Electric, Aviation Polska. Z kolei GeniCore ma na swoim koncie współpracę z NASA  i innymi agencjami kosmicznymi. Obecnie oferuje maszyny U-FAST Glovebox, które umożliwiają przygotowanie spiekanych proszków bez ekspozycji na atmosferę. Zamówienie na taką maszynę złożył już CNRS – ośrodek badawczy z Francji.

Firma współpracuje z 12 europejskimi partnerami. Obecnie realizuje badania w ramach projektu technologii termoelektrycznej START, którego łączny budżet to 9,2 mln euro. Koncentruje się on m.in. na redukcji zanieczyszczeń poprzez wykorzystanie odpadów górniczych.