Ve věku ubývajících tradičních přírodních zdrojů a při raketově rostoucích cenách ropy je úspora energie na pořadu téměř každého dne. I přes spoustu sofistikovaných technických prostředků má mnoho zařízení energetickou účinnost okolo jedné třetiny. To znamená, že pouhá třetina energie se využije k účelu, pro který bylo dané zařízení postaveno, zbytek jsou ztráty.

Typickým, a snad i nejčastějším, případem jsou automobily, které plné dvě třetiny energie paliva vyzařují nevyužité ve formě tepla do prostředí. Přibližně 30 procent tohoto tepla se musí uchladit pomocí chladicí soustavy nebo je vysáláno přímo blokem motoru a dalších 30 až 35 procent tepla s sebou odnáší horké výfukové plyny.

Zvětšit obrázek

Jsou-li spojeny dva vodiče z různých kovů do uzavřeného obvodu a mají-li spoje různou teplotu T1 a T2, protéká obvodem elektrický proud. Takto by se dal jednoduše vysvětlit Seebackův jev pojmenovaný podle německého fyzika T. J. Seebacka (1770-1831), který ho deset let před svou smrtí popsal. Bohužel termoelektrické napětí je pro většinu dvojic kovů nepatrné a účinnost je minimální. Naději na praktické využití teplotního gradientu pro výrobu elektřiny by mohlo mít použití nových materiálů.

Vědci celého světa se snaží pracovat na tom, aby se účinnost spalovacího motoru zvýšila a díky tomu klesla spotřeba paliva. Jednou z cest je využití tepla výfukových plynů, a to nejen automobilů, ale i ostatních strojů a zařízení poháněných spalovacími motory.
Právě tam se objevuje prostor pro termoelektrické generátory, ve zkratce TEG. Tato zařízení dovedou převést teplo na elektrickou energii využitím tepelného gradientu na přechodu mezi žhavým a chladnějším prostředím. Čím větší je teplotní rozdíl, tím více energie se dá vyprodukovat.

 

Harald Böttner: „Termoelektrické generátory by mohly už v první fázi pokrýt potřebu značné části elektrického zařízení automobilu. To by umožnilo snížit spotřebu paliva o pět až sedm procent." Že to nejsou slova někoho, kdo neví, co mluví, je skutečnost, že Dr. Böttner je autorem nebo spoluautorem dvaceti patentů a jednou z vedoucích osobností International Thermoelectric Society.

Na videu z VŠCHT je možno vidět pokus ukazující jak uvedený jev funguje i s malým rozdílem teplot (vpravo je voda s ledem a do levé nádobky je nalita teplá voda.)

Výzkumní pracovníci ve Fraunhofer Institutu pro fyzikální techniky měření IPM vyvíjejí termoelektrické materiály, moduly a systémy pro využití zbytkového tepla výfukových plynů v automobilech.
"Teploty ve výfukovém potrubí běžně dosahují 700 stupňů Celsia a více," říká Dr. Harald Böttner, vedoucí oddělení termoelektrických systémů. "Teplotní rozdíl mezi výfukovým potrubím a potrubím chladicí kapaliny motoru tak může být několik set stupňů Celsia."

Termoelektrické převodníky dovedou využít tohoto obrovského gradientu – tok tepla mezi horkými výfukovými plyny a studenou stranou, představovanou trubkou s obsahem chladícího média, by předával energii pomocí polovodičů ze speciálního materiálu, které budou vytvářet elektrický proud podobně jako baterie. Konečným cílem je, aby se alternátor stal nadbytečným a dodávka energie pro stále rostoucí počet elektrických zařízení, jež přibývají v autě jako houby po dešti, by mohla být saturována pouze pomocí tohoto zařízení. 
 

Na velmi jednoduchém výpočtu bude jasně patrné, jak je důležité zvýšení energetické účinnosti vozidel: Existuje asi 50 milionů licencovaných motorových vozidel v Německu a každé z nich by bylo – pro příklad – na silnici průměrně 200 hodin za rok. Pokud by z jejich odpadního tepla byl, pomocí termoelektrického generátoru, využit v průměru jeden kilowatt energie potřebné k pohonu elektronických zařízení vozidel, znamenalo by to přínos, nebo chcete-li úsporu, 10 TWh energie ročně. A to už je dost zajímavé číslo.

Výzkumní pracovníci jsou zatím ve fázi experimentování, ale velmi brzy se chystají stavět první prototypy.

Pramen: Fraunhofer-Institut für Physikalische Meßtechnik