محطات توليد الطاقة والمصانع ومحركات السيارات كل ما يستهلك الطاقة ينتج حرارة، وكثير منها يهدر.
وقد تتمكن الأجهزة الكهروحرارية من التقاط هذه الحرارة المهدرة وتحويلها إلى كهرباء، ولكن إنتاجها كان مكلفاً للغاية ومعقداً.
قام يانليانج تشانج، أستاذ هندسة الطيران والميكانيكا في جامعة نوتردام للمواد المتقدمة والتصنيع، وزملاؤه من فريق متعدد المؤسسات بتصميم طريقة تصنيع تعتمد على الحبر تجعل من الممكن تصنيع أجهزة حرارية كهربائية عالية الكفاءة على نطاق واسع وبتكلفة فعالة.
وقد نُشرت نتائجهم مؤخرًا في مجلة Energy & Environmental Science ، “باستخدام وصفة الحبر الجديدة وتقنية المعالجة الخاصة بنا، تمكنا من إنتاج مادة أكثر كفاءة في تحويل الحرارة المهدرة إلى طاقة من أي جهاز سابق تم إنتاجه بالحبر”، كما قال تشانج، “باستخدام هذه الطريقة، يمكننا تصنيع أجهزة في مجموعة واسعة من الأحجام – فيلم بسمك بضعة ميكرونات أو جهاز كبير بما يكفي لجمع الحرارة المهدرة من محطة الطاقة.”
لتحويل الحرارة إلى طاقة كهربائية، تتطلب الأجهزة الكهروحرارية جانبًا ساخنًا وجانبًا باردًا.
يجب أن يتدفق التيار الكهربائي بسهولة عبر المادة، ولكن لا ينبغي للحرارة أن تتدفق، لأن ذلك من شأنه أن يلغي التدرج في درجات الحرارة اللازم لعمل الجهاز بكفاءة.
وقال تشانج إن المواد التي تتمتع بهذه الخصائص الفريدة تم إنتاجها في السابق من خلال عمليات كثيفة العمالة والطاقة والتي تفتقر إلى التوحيد وقابلية التوسع.
وتمزج “وصفة” الحبر التي ابتكرها الفريق بين جزيئات حرارية كهربائية ومذيب بالإضافة إلى التيلوريوم، وهو مادة مضافة تعمل على تقليل العيوب في المادة وتساعد على ضغط وتصلب المادة المركبة الناتجة.
كما أعطت تقنية الإنتاج القائمة على الحبر التي ابتكرها الفريق مزيدًا من التحكم في البنية الدقيقة للمادة والهندسة ثلاثية الأبعاد النهائية مقارنة بالطرق السابقة.
يمكن أيضًا استخدام الأجهزة الحرارية الكهربائية للتبريد الخالي من الانبعاثات والمبردات، إذا تم توفير الطاقة الكهربائية.
وقال تشانج “نعتقد أن النتائج التي توصلنا إليها تحمل وعدًا كبيرًا فيما يتعلق باستعادة الحرارة المهدرة ، وتحسين كفاءة الطاقة، وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، والتبريد الصلب الصديق للبيئة”.
