Przekształcić odpadowe ciepło i wibracje mechaniczne w użyteczną energię

Takim urządzeniem ma być amortyzator regeneracyjny, który może znaleźć zastosowanie m.in. w nowoczesnych samochodach hybrydowych i elektrycznych. Prace prowadzone są w ramach projektu „Electro-Intrusion” (elektro-intruzja) finansowanego przez program Horyzont 2020.

Jak tłumaczył członek międzynarodowego projektu dr hab. profesor Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach Mirosław Chorążewski, społeczeństwo rozprasza znaczną ilość energii w postaci drgań (wibracji). „Większość narzędzi, których używamy na co dzień jest wyposażona w urządzenia do ich pochłaniania, przekształcając związaną z nimi energię mechaniczną w ciepło. Są to np. amortyzatory stanowiące wyposażenie samochodów, a także turbiny i silniki, pralki czy konstrukcje odporne na trzęsienia ziemi” – mówił.

Dodał, że obecne metody odzyskiwania energii mają jednak niską sprawność i inne ograniczenia związane z ich niezawodnością i trwałością. „Dlatego celem naszego projektu jest opracowanie nowoczesnego urządzenia do przekształcania odpadowej energii wibracyjnej w energię elektryczną, przy jednoczesnym pozyskiwaniu energii cieplnej z otoczenia” – powiedział prof. Chorążewski.

To pozyskiwanie energii cieplnej – kontynuował – daje możliwość osiągnięcia sprawności większej niż 100 proc. „To znaczy, że będzie można wyprodukować więcej niż jedną jednostkę energii elektrycznej z jednej jednostki energii wibracyjnej, a to dzięki właśnie temu dodatkowemu wkładowi pochodzącemu z konwersji energii cieplnej pozyskiwanej z otaczającego nas środowiska” – podał.

Komentując dość powszechne wykorzystywanie ciepła do produkcji np. energii elektrycznej wskazał, że te konwencjonalne technologie wymagają zazwyczaj źródła o wysokiej temperaturze. Z kolei cieszące się rosnącą popularnością nowe podejście do wykorzystania energii cieplnej środowiska do ogrzewania domów w oparciu o pompy ciepła, to tylko „przenoszenie” ciepła z rezerwuaru o niskiej temperaturze do rezerwuaru o wyższej temperaturze.

„Nasze rozwiązania wykraczają poza standardowe podejścia do wytwarzania prądu elektrycznego z ciepła, ponieważ pozwalają na wykorzystanie zasobów energii cieplnej o niskiej temperaturze (bliskiej temperaturze otoczenia), a następnie przekształcenie jej w energię elektryczną, która może być wykorzystana do praktycznie dowolnego celu” – podkreślił prof. Chorążewski.

W tym celu naukowcy wykorzystają dwa zjawiska fizyczne. „Pierwsze to intruzja/ekstruzja cieczy, która dla wybranych cieczy i ciał stałych jest endotermiczna (wymaga wkładu/dopływu energii cieplnej celem przeprowadzenia procesu), co pozwala nam pozyskać ciepło z otoczenia, czyli ze źródła w niskiej temperaturze. Drugi to nanotryboelektryzacja, która zachodzi również podczas procesu intruzji/ekstruzji i która pozwala nam przekształcić ciepło w energię elektryczną. Tym sposobem możemy odzyskiwać odpadową energię mechaniczną, która to dzisiaj jest rozpraszana w środowisku podczas wszelkich działań ludzkich, jak i naturalnych zjawisk (np. trzęsienia ziemi)” – mówił.

Efektem badań ma być prototyp samochodowych amortyzatorów regeneracyjnych. „Mówiąc w uproszczeniu, zastąpimy wewnętrzne części normalnego amortyzatora zawiesiną – mieszaniną odpowiedniej cieczy i porowatego materiału ziarnistego. Tak skonstruowane zawieszenie będzie jednocześnie pochłaniało energię mechaniczną drgań samochodu, pobierało energię cieplną z otoczenia i przekształcało wszystkie te energie w prąd elektryczny, który z kolei będzie zasilał akumulator samochodu. W zależności od typu samochodu, w jakim zawieszenie będzie montowane – to w przypadku samochodów elektrycznych nasze rozwiązanie pozwoli zwiększyć jego zasięg, a w przypadku klasycznych pojazdów opartych o silniki spalinowe pozwoli zmniejszyć zużycie paliwa” – powiedział prof. Chorążewski.

Dodał, że w badaniach bierze światowy producent amortyzatorów, który będzie odpowiedzialny za projekt, konstrukcję i testowanie amortyzatorów oraz ich ekonomiczną analizę w porównaniu z klasycznymi dostępnymi na rynku.

„Dane Europejskiej Agencji Środowiska mówią, że spadek całkowitego zużycia energii elektrycznej o 4 proc. do roku 2050 można osiągnąć poprzez zainstalowanie amortyzatorów regeneracyjnych w samochodach miejskich. Wstępnie szacujemy, że nanotryboelektryczne amortyzatory regeneracyjne mogą przynieść spadek zużycia paliwa o około 9 proc.” – podsumował.

Projekt potrwa do 2024 r. Przedsięwzięcie finansowane jest z programu Horyzont 2020 w ramach konkursu FET (Future and Emerging Technologies) Proactive.

Jak podał prof. Chorążewski, międzynarodowe konsorcjum – wraz z Uniwersytetem Śląskim w Katowicach – tworzą: Universita degli Studi di Ferrara (Włochy), University of Birmingham (Wielka Brytania), National Technical University of Ukraine „Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” (Ukraina) oraz firma Tenneco (Belgia). Funkcję lidera pełni Centre of Cooperative Research on Alternative Energie (CIC energiGUNE) z Basque Research and Technology Alliance (Hiszpania).

PAP – Nauka w Polsce, Agnieszka Kliks-Pudlik

akp/ ekr/