Разработанный учёными из США генератор превращает выхлопные газы автомобилей в электричество

Двигатели внутреннего сгорания используют лишь около четверти энергии топлива. Остальное теряется в виде тепла через выхлопные газы. Исследователи из Университета штата Пенсильвания в США недавно представили в журнале ACS Applied Materials & Interfaces систему, которая может преобразовывать тепло отработавших газов в электричество.

Команда под руководством инженеров Вэньцзе Ли и Беда Пуделя разработала генератор, способный снизить расход топлива и выбросы CO₂. Технология может сделать двигатели внутреннего сгорания более экологичными. Система особенно удобна при достижении высоких скоростей, например, в автомобилях или вертолетах.

Термоэлектрические системы, такие как представленный генератор, используют разницу температур между выхлопными газами и окружающей средой для выработки энергии. Принцип работы аналогичен принципу работы систем кондиционирования воздуха, за исключением того, что термоэлектрические системы используют более эффективные полупроводники. Полупроводники — это материалы, электропроводность которых находится между проводящими (например, медь) и изолирующими (например, пластик). При определенных условиях они проводят электричество.

Преимущество термоэлектрических систем заключается в том, что они обеспечивают непрерывную подачу энергии. Поэтому батареи не нужны.

Генератор Ли и Пуделя легче и проще существующих термоэлектрических систем и не требует дополнительного водяного охлаждения. В его основе лежит полупроводниковый теллурид висмута.

Он содержит дополнительный радиатор, канавочная форма которого увеличивает разницу температур и, следовательно, электрическую мощность. Прототип может вырабатывать до 40 Вт электроэнергии.

Канавки на внешней стороне прототипа выполняют функцию холодной стороны радиатора. Треугольные компоненты внутри трубки представляют собой ребристые теплообменники. Фото: ACS Applied Materials & Interfaces
В дополнение к прототипу исследовательская группа разработала компьютерную симуляцию. Она показывает, что новый генератор может успешно использоваться на высоких скоростях. Выхлопные газы автомобилей могут генерировать до 56 Вт, а выхлопные газы вертолетов — до 146 Вт.

Полученную энергию можно было бы использовать для зарядки аккумулятора гибридного привода. Также можно будет питать электронику автомобиля или управлять кондиционером. Также возможна подзарядка бортовых систем вертолетов. Это означает, что двигателю внутреннего сгорания приходится вырабатывать меньше электроэнергии, что снижает расход топлива и увеличивает запас хода.