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Alimentare la tua auto con il calore disperso
Almeno due terzi dell'energia contenuta nella benzina utilizzata in auto e camion viene sprecata sotto forma di calore. I materiali termoelettrici, materiali semiconduttori che convertono il calore in elettricità, potrebbero catturare questo calore disperso, riducendo il fabbisogno di carburante del veicolo e migliorando il risparmio di carburante di almeno il 5%. Ma la bassa efficienza e l'alto costo dei materiali termoelettrici esistenti hanno impedito a tali dispositivi di diventare pratici nei veicoli.
Potenza dal calore: Un generatore termoelettrico che converte il calore di scarto dal sistema di scarico di un'auto in elettricità potrebbe migliorare il risparmio di carburante.
Ora i ricercatori stanno assemblando il primo prototipo di generatori termoelettrici per i test su auto commerciali e SUV. I dispositivi sono il culmine di numerosi progressi realizzati in modo indipendente presso il produttore di dispositivi termoelettrici BSST a Irwindale, California, e alla General Motors Global R&D a Warren, Michigan. Entrambe le società prevedono di installare e testare i loro prototipi entro la fine dell'estate: BSST su auto BMW e Ford e GM su un SUV Chevrolet.
BSST sta utilizzando nuovi materiali. Il tellururo di bismuto, un comune termoelettrico, contiene il costoso tellurio e funziona solo a temperature fino a 250 °C, mentre i generatori termoelettrici possono raggiungere i 500 °C. Quindi BSST utilizza un'altra famiglia di termoelettrici, miscele di afnio e zirconio, che funzionano bene ad alte temperature. Ciò ha aumentato l'efficienza del generatore di circa il 40%.
Alla GM, i ricercatori stanno assemblando un prototipo finale basato su una promettente nuova classe di termoelettrici chiamati skutterudites, che sono più economici dei tellururi e funzionano meglio alle alte temperature. I modelli informatici dell'azienda mostrano che nel suo veicolo di prova Chevrolet Suburban, questo dispositivo potrebbe generare 350 watt, migliorando il risparmio di carburante del 3%.
La fabbricazione di skutterudites, che sono composti di arseniuro di cobalto drogati con elementi di terre rare come l'itterbio, è un processo complicato e che richiede tempo e incorporarli nei dispositivi è difficile, afferma lo scienziato GM Gregory Meisner. La sfida cruciale è realizzare buoni contatti elettrici e termici. L'ampio gradiente di temperatura attraverso il dispositivo sottopone a stress meccanico l'interfaccia contatto-termoelettrico. Inoltre, l'unione dei diversi materiali introduce una resistenza che riscalda il contatto, degradando il dispositivo. Con una scelta adeguata dei materiali, puoi influenzare la resistenza, dice. La sfida consiste nell'arrivare alla formula giusta per i materiali, sia il semiconduttore termoelettrico che il contatto.
Uno sguardo all'interno: Il rendering di un artista di una Chevrolet Suburban mostra il generatore termoelettrico simile a una marmitta inserito nel sistema di scarico.
Un'altra sfida chiave sarà l'integrazione del dispositivo nei veicoli. I ricercatori hanno già testato un generatore di tellururo di bismuto in un SUV. In questo momento, il dispositivo è appena inserito nel sistema di scarico, dice Meisner. Viene ritagliato un tratto di tubo e viene inserito il dispositivo, che ha l'aspetto di una marmitta. Dobbiamo progettare qualcosa che sia più integrato nel sistema del veicolo piuttosto che un dispositivo aggiuntivo.
Sia i ricercatori BSST che quelli GM devono anche trovare modi per produrre volumi maggiori di nuovi materiali a basso costo. Meisner avverte che potrebbero passare almeno altri quattro anni prima che i generatori termoelettrici entrino nei veicoli di produzione.