ابداع روش جدید برای استخراج انرژی از گرمای تلف شده

یک تیم تحقیقاتی چینی مفهوم جدیدی را برای استخراج انرژی حرارتی از منابع گرمای تلف شده در دمای پایین و استفاده مجدد از آن ایجاد کرده است.

به گزارش تکناک، تولید گرما بیش از 50 درصد از مصرف انرژی نهایی جهان را تشکیل می دهد و تجزیه و تحلیل پتانسیل گرمای اتلاف شده نشان می دهد که 72 درصد از انرژی مصرفی اولیه جهان پس از تبدیل، عمدتاً به صورت گرما از بین می رود.

این فرایند همچنین مسئول بیش از 30 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای در جهان است.

در مقابل این پیشینه، محققان به رهبری پروفسور لی بینگ از موسسه تحقیقات فلزات آکادمی علوم چین مفهوم جدیدی به نام باتری های حرارتی باروکالریک (barocaloric) بر اساس اثر منحصر به فرد باروکالریک معکوس را ارائه کرده و به آن پی برده‌اند.

یک اثر باروکالریک معکوس با یک پاسخ ناشی از فشار گرماگیر مشخص می شود، که در تضاد شدید با یک اثر باروکالریک معمولی است که در آن فشار منجر به پاسخ گرمازا می شود. پروفسور LI، نویسنده مسئول این مطالعه، گفت: چرخه باتری حرارتی باروکالریک شامل سه مرحله است، شارژ حرارتی در اثر تحت فشار قرار دادن، ذخیره سازی با فشار، و تخلیه حرارتی پس از کاهش فشار.

باتری حرارتی باروکالریک در تیوسیانات آمونیوم (NH4SCN) ساخته شد. تخلیه به صورت گرما با افزایش دما در حدود 15 کلوین ظاهر شد و گرمای آزاد شده 11 برابر بیشتر از انرژی مکانیکی ورودی بود.

برای درک منشأ فیزیکی اثر معکوس باروکالریک منحصر به فرد، ماده مورد استفاده NH4SCN به خوبی با استفاده از پرتو ایکس سینکروترون و تکنیک های پراکندگی نوترون مورد بررسی قرار گرفت. این یک انتقال فاز ساختاری کریستالی از یک فاز مونوکلینیک به فاز اورترومبیک در 363 K است که با یک انبساط حرارتی منفی حجمی ~ 5٪ و تغییرات آنتروپی در حدود 128 J kg-1   K-1 همراه می شود.

این انتقال به راحتی با فشار کم در حدود 40 مگاپاسکال هدایت می شود و اولین سیستم باروکالریک معکوس با تغییرات آنتروپی بیشتر از 100 J kg-1K-1 است. شبیه‌سازی‌های پراکندگی نوترون وابسته به فشار و دینامیک مولکولی نشان داد که ارتعاشات عرضی آنیون‌های SCN¯ با فشار افزایش می‌یابد و پیوندهای هیدروژنی که نظم و ترتیب دوربرد را تشکیل می‌دهند ضعیف می‌شوند.

در نتیجه، سیستم در پاسخ به فشار خارجی بی نظم می شود و در نتیجه ماده گرما را از محیط جذب می کند.

به عنوان یک راه حل نوظهور برای دستکاری گرما، انتظار می رود باتری های حرارتی باروکالوریک نقش فعالی در کاربردهای مختلفی مانند برداشت و استفاده مجدد از اتلاف های حرارتی صنعتی در دمای پایین، سیستم های انتقال حرارت تبرید حالت جامد، شبکه های هوشمند و مدیریت گرمای منازل ایفا کنند.