Vous partez en randonnée vers un lieu de camping insaisissable, avec une quantité suffisante de matériel pour vous contenir pendant une retraite de trois jours loin de la vie chaotique en ville. Mais lorsque vous êtes prêt à partir, vous réalisez que non seulement votre téléphone portable est mort, mais sa batterie est épuisée après avoir recherché un signal tout au long de votre parcours, mais vous ne savez plus très bien où vous avez fait la randonnée. signifie que le GPS sur votre téléphone est votre ligne de vie à la réalité. Heureusement, à cause d'un nouveau matériau intégré dans votre marmite, il vous suffit d'allumer la marmite, de réchauffer l'eau à l'intérieur et de brancher votre téléphone dans le port connecté. En quelques heures à peine, votre téléphone sera chargé et vous pourrez le ramener en toute sécurité à votre camion garé au début du sentier.
Des chercheurs de l'Université de l'Utah ont récemment découvert que le matériau non toxique composé de trois éléments chimiques - le calcium, le cobalt et le terbium - génère de l'énergie thermoélectrique à partir de la chaleur perdue. En intercalant le Ca3Co4Og entre une couche chaude, telle qu'une casserole de cuisson, et une couche froide, comme l'aliment ou l'eau, la charge de l'extrémité chaude se déplace dans l'extrémité froide, produisant une tension électrique.
L'énergie est générée par un processus thermoélectrique utilisant des différences de température. Dans ce cas, Shrikant Saini, chercheur post-doctorant en science des matériaux et en ingénierie, affirme que même un degré de différence de température produit une tension détectable.
«Dans les matériaux thermoélectriques, lorsqu'une extrémité du matériau est chaude et que l'autre est froide, les porteurs de charge de l'extrémité chaude se déplacent à travers le matériau vers l'extrémité froide, générant une tension électrique», déclare Saini, auteur principal du document récemment. publié dans Scientific Reports . "Quelques milligrammes de ce matériau fourniront environ un microwatt d'électricité."
Saini dit que le matériau est en train d’analyser la mesure exacte en grammes en watts; Cependant, leur estimation approximative montre que pour obtenir un watt de puissance, ils ont besoin d'environ cinq grammes de matériau.
Sur ce graphique, la chaleur dégagée par un poêle chaud, associée à l’eau plus froide ou à la nourriture dans une marmite, pourrait générer suffisamment d’électricité pour recharger un téléphone portable. (Ashutosh Tiwari) Un vieux proverbe nous avertit de ne pas “gaspiller, ne pas vouloir”. Mais le gaspillage, le gaspillage d'énergie, est difficile à saisir. Aux États-Unis, près de la moitié de notre énergie est perdue en raison de son inefficacité, et la majeure partie de notre énergie provient toujours de pétrole, de gaz naturel et de charbon non renouvelables. Selon une carte énergétique américaine établie par le laboratoire national Lawrence Livermore, des 97, 4 quadrillions d’énergie thermique brute (ou quads) britanniques générés en 2013 à partir d’énergie solaire, nucléaire, hydroélectrique, éolienne, géothermique, au gaz naturel, au charbon, à la biomasse et au pétrole., seuls 38, 4 quads ont été réellement utilisés. Cela signifie que 59 quads ont été gaspillés. Trouver un moyen de collecter et d'utiliser ce gaspillage d'énergie pourrait constituer une ressource durable pour l'avenir.
«La chaleur perdue est en effet un vaste réservoir d’énergie possible, largement méconnu», déclare Jeffrey Urban, directeur des installations inorganiques à la fonderie moléculaire de Berkeley Labs. «Les thermoélectriques sont une voie prometteuse pour exploiter et tirer parti de cette ressource: ils convertissent directement la chaleur en électricité sans pièces mobiles, fluides en fonctionnement ou autre complexité mécanique."
Urban note que l'efficacité, le coût des matériaux et la facilité de mise en œuvre sont des considérations d'ingénierie importantes, ajoutant: "En raison de la physique complexe des transports, les thermoélectriques ont tendance à fonctionner de manière optimale à une température donnée."
Les compositions de matériaux thermoélectriques précédentes étaient composées de cadmium, de tellurure ou de mercure, des éléments qui étaient tous toxiques pour l'homme et, selon les recherches de Saini, moins stables que la combinaison de Ca3Co4Og. En outre, les matériaux thermoélectriques antérieurs n'étaient pas modulables, car ils provenaient de la fabrication ou de la fabrication de monocristaux, ce qui est à la fois coûteux et difficile. La combinaison chimique de Saini peut permettre une application à grande échelle de cette technologie thermoélectrique, car les produits chimiques sont facilement disponibles pour être mélangés et cuits afin de produire le matériau non toxique, facilitant ainsi la fabrication en lots plus importants. Cela fait de la découverte un changeur de jeu possible.
«Nous prévoyons de nombreuses applications de ce matériau», déclare Saini. L'université de l'Utah a déposé une demande de brevet. Saini n'est pas en mesure de révéler certains détails spécifiques, mais ajoute que le nouveau matériau pourrait être utilisé dans les bijoux, les marmites et les automobiles - ou même avoir de futures applications médicales.
La thermoélectricité (ou l’électricité produite par les différences de température) est née en 1821, lorsque Thomas Seebeck et Jean Peltier ont découvert la conversion de la chaleur en électricité. Trois décennies plus tard, en 1851, William Thomson (également connu sous le nom de Lord Kelvin) découvrit que le fait de faire passer un courant électrique dans un matériau peut le réchauffer ou le refroidir, en fonction de la manière dont les électrons sont diffusés. Depuis lors, le domaine a continué d'évoluer alors que les scientifiques s'emploient à intégrer la technologie thermoélectrique à une technologie évolutive.
Joshua Zide, professeur agrégé en science des matériaux et en génie à l'Université du Delaware, étudie les terres rares, en particulier le terbium, qui fait partie de la combinaison d'éléments chimiques à l'origine de la découverte de Saini. Il dit que le terbium n'est pas nécessairement aussi abondant que le suggèrent les chercheurs, bien que la quantité utilisée dans la composition chimique puisse en faire de grandes quantités.
«[Terbium] est en réalité beaucoup plus répandu que le tellure, qui est couramment utilisé en thermoélectrique mais qui est en fait assez rare», explique Zide. "Cela a entraîné de fortes augmentations de prix ces dernières années, alors que la demande a augmenté pour les capteurs thermoélectriques et solaires au CdTe [les cellules solaires photovoltaïques à tellurure de cadmium, les deuxièmes plus courantes sur le marché]."
Saini a déclaré que cette technologie thermoélectrique avait mis près de dix ans à se concrétiser, son objectif initial étant de créer un matériau efficace avant que l'équipe n'apporte la bio-convivialité à ses exigences finales. Une fois le produit breveté, ils souhaitent le commercialiser. «À ce stade, nous ne pouvons que dire que dans les voitures, il y a beaucoup de chaleur perdue, qui peut être utilisée pour convertir en électricité», déclare Saini.
L'avenir de l'énergie thermoélectrique est prometteur, surtout avec cette nouvelle découverte. Art Gossard, professeur émérite de matériaux, de génie électrique et de génie informatique à l'Université de Californie à Santa Barbara, estime que la nouvelle technologie pourrait avoir de futures applications dans le développement militaire, notamment le navire 100% électrique.
«Vous pourriez utiliser la chaleur provenant de vos chaudières et de vos réacteurs pour générer de l'électricité qui entraînerait ensuite le moteur électrique et pousserait le navire électrique», explique M. Gossard. «Ce navire aurait l’avantage de ne pas laisser de panache d’eau chaude, ce qui faciliterait le suivi. Mais cela nécessiterait des mégawatts d'énergie, et le thermoélectrique n'est pas encore développé à cette échelle. »
Avec ce matériel, nous y arriverons peut-être.
