Con il risparmio energetico che dovrebbe svolgere un ruolo crescente nella gestione della domanda globale, materiali e metodi che fanno un uso migliore delle fonti di energia esistenti sono diventati sempre più importanti.

I ricercatori hanno riferito questa settimana in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze che hanno dimostrato un passo avanti nella conversione del calore di scarto - dalle ciminiere industriali, centrali elettriche o anche tubi di scappamento di automobili - in elettricità.

Il lavoro, utilizzando un composto termoelettrico composto da niobio, titanio, ferro e antimonio, è riuscito ad aumentare notevolmente la densità di potenza del materiale utilizzando una temperatura di pressatura molto calda - fino a 1373 Kelvin, o circa 2, 000 gradi Fahrenheit - per creare il materiale.

"La maggior parte dell'input energetico industriale viene perso come calore di scarto, " hanno scritto i ricercatori. "Convertire parte del calore di scarto in energia elettrica utile porterà alla riduzione del consumo di combustibili fossili e delle emissioni di CO2".

I materiali termoelettrici producono elettricità sfruttando il flusso di corrente termica da una zona più calda ad una zona più fredda, e la loro efficienza è calcolata come la misura di quanto bene il materiale converte il calore - spesso calore di scarto generato da centrali elettriche o altri processi industriali - in energia. Per esempio, un materiale che assorbe 100 watt di calore e produce 10 watt di elettricità ha un tasso di efficienza del 10 percento.

Questo è il modo tradizionale di considerare i materiali termoelettrici, disse Zhifeng Ren, MD Anderson Professore di Fisica presso l'Università di Houston e autore principale dell'articolo. Ma avere un'efficienza di conversione relativamente alta non garantisce un'elevata potenza in uscita, che misura la quantità di energia prodotta dal materiale piuttosto che il tasso di conversione.

Poiché il calore disperso è una fonte di combustibile abbondante e gratuita, il tasso di conversione è meno importante della quantità totale di energia che può essere prodotta, ha detto Ren, che è anche un investigatore principale presso il Texas Center for Superconductivity all'UH. "Nel passato, che non è stato sottolineato".

Oltre a Ren, ricercatori coinvolti nel progetto includono Ran He, giugno Mao, Qing Jie, Jing Shuai, Hee Seok Kim, Yuan Liu e Paul C.W. Chu, tutto UH; Daniel Kraemer, Lingping Zeng e Gang Chen del Massachusetts Institute of Technology; Yucheng Lan della Morgan State University, e Chunhua Li e David Broido del Boston College.

I ricercatori hanno ottimizzato un composto costituito da niobio, ferro e antimonio, sostituendo tra il 4 e il 5 percento del niobio con il titanio. L'elaborazione del nuovo composto a una varietà di temperature elevate ha suggerito che una temperatura molto elevata - 1373 Kelvin - ha prodotto un materiale con un fattore di potenza insolitamente elevato.

"Per la maggior parte dei materiali termoelettrici, un fattore di potenza di 40 è buono, "Re ha detto. "Molti hanno un fattore di potenza di 20 o 30."

Il nuovo materiale ha un fattore di potenza di 106 a temperatura ambiente, e i ricercatori sono stati in grado di dimostrare una densità di potenza di uscita di 22 watt per centimetro quadrato, di gran lunga superiore ai 5-6 watt tipicamente prodotti, Egli ha detto.

"Questo aspetto della termoelettrica va sottolineato, " ha detto. "Non si può solo guardare l'efficienza. Bisogna considerare anche il fattore di potenza e la potenza erogata".