在車輛和建筑物中,直接利用廢熱發電的可行性變得越來越大。
位于德國慕尼黑的寶馬公司是世界知名的汽車制造商,在該公司一個研究小組組長萊納?里克特博士所駕駛的試驗汽車上,排氣管有點與眾不同。這輛車安裝了一個特殊裝置,用于獲取正常情況下通過排氣裝置流失的部分熱量,并將其轉化成電能。
汽車發動機浪費大量的熱能,據估計,汽油中所含的勢能,60%都會由發動機以熱能的形式排放或輻射掉。雖然這其中的一部分可以被吹回汽車里,用于在寒冷的天氣里供駕乘人員取暖,但是大部分熱能都流失了。這也是寶馬公司在試驗汽車的排氣系統上安裝熱電發電機的原因。
發電機利用塞貝克效應將熱能轉化為電能,塞貝克效應是以物理學家托馬斯?約翰?塞貝克的名字命名的,他在1821年發現在兩塊鄰接的金屬上加上溫差時,產生了小的電壓。這導致了熱電偶的產生,熱電偶是現在廣泛用于測量溫差的裝置。但是,這種效應也可以應用于發電機,這種想法可以追溯到20世紀50年代,當時將熱偶發電機放在煤油燈上,用于為遠距離無電地區的無線電裝置供電。最近,從钚放射性衰變獲得熱能的熱偶發電機已經用于太空船上,例如“旅行者”空間探測器。钚動力熱偶發電機也已經用于為偏遠地區的燈塔和無線電導航臺供電。
雖然熱偶發電機的原理相當簡單,并且幾乎不需要維護,但是其生產能力并不是很高。里克特博士說,在汽車發動機溫度下,熱偶發電機只能將6%~8%的熱能轉化為電能,不過他深信新材料將會使熱電發電機的效率大大提高。為了做好準備,他已經開始研發可以內置在排氣裝置內部但是不會影響發動機性能的系統。
在試驗汽車的這個系統中有一個箱子,熱的氣體在箱子里被分割,流過一系列的管子,這一系列管子的內部涂上了一種熱電半導體――碲化鉛。在管子的外面,用一些由發動機促成循環的冷卻劑進行冷卻。里克特博士說,當汽車以大約130公里每小時\\(80英里每小時\\)的速度行駛時,這個系統的工作情況最好。在這一速度下,儀表板上的儀表顯示該發電機產生150瓦的電力,這足以點亮幾個家用燈泡,但是遠低于一輛現代汽車所需要的600~700瓦的電力。
但是,使用能產生更多電能的更好的熱電材料,有可能在某個時間停用汽車的交流發電機\\(這一裝置由發動機驅動,產生電能\\)。里克特博士認為使用這種方法進行熱電發電可以減少大約5%的燃料消耗,他希望在201 3年之前能將此技術應用于生產線的汽車中。
可以實現這項新技術的新材料已經出現在研究工作實驗室中,例如俄亥俄州立大學的約瑟夫?赫里曼斯博士和他的同事最近完成了一項研究,他們通過在碲化鉛中摻入鉈,使碲化鉛的能量轉化翻了一番。這種新材料在典型的汽車發動機溫度范圍內特別有效。
不只是汽車才可以從這項技術中受益,赫里曼斯博士認為,熱電發電機將會應用于任何有熱損失的地方,例如住家、辦公室或者工廠的煙囪中。熱電發電機也可以用于發展中國家,通過爐子或明火發電。