अपशिष्ट ताप से अधिक शक्ति

अपशिष्ट ताप से अधिक शक्ति

समय टिकट: 29 अप्रैल, 2023 4:22 पूर्वाह्न
स्रोत नोड: 2617004
अप्रैल 29, 2023 (नानावरक न्यूज़) जब जीवाश्म ईंधन, लेकिन जैव ईंधन भी जलाए जाते हैं, तो बड़ी मात्रा में ऊर्जा अपशिष्ट गर्मी के रूप में खो जाती है। थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री इस गर्मी को बिजली में परिवर्तित कर सकती है, लेकिन वे अभी तक तकनीकी अनुप्रयोग के लिए पर्याप्त कुशल नहीं हैं। मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फर ईसेनफोर्सचंग की एक टीम ने अब सामग्री पर सूक्ष्म संरचना के प्रभाव को स्पष्ट करके और टाइटेनियम जोड़कर सामग्री के गुणों को अनुकूलित करके थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री की दक्षता में वृद्धि की है। अनाज सीमा चरणों की रसायन शास्त्र और परमाणु व्यवस्था अनाज सीमाओं के माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन को परिभाषित करती है अनाज सीमा चरणों की रसायन शास्त्र और परमाणु व्यवस्था अनाज सीमाओं के माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन को परिभाषित करती है। टाइटेनियम युक्त अनाज सीमा चरण एक प्रवाहकीय पथ (बाएं) प्रदान करता है जबकि लौह युक्त अनाज सीमा चरण इलेक्ट्रॉनों (दाएं) के लिए प्रतिरोधी होता है। (छवि: आर. ब्यूनो विलोरो, मैक्स-प्लैंक-इंस्टीट्यूट फर ईसेनफोर्सचुंग) जलवायु संकट हमें न केवल जीवाश्म ईंधन को चरणबद्ध तरीके से समाप्त करने, बल्कि ऊर्जा बचाने के लिए भी मजबूर कर रहा है। विशेष रूप से जहां जीवाश्म ईंधन को इतनी जल्दी बदला नहीं जा सकता है, उन्हें कम से कम कुशलतापूर्वक उपयोग किया जाना चाहिए - उदाहरण के लिए, ऊर्जा-गहन औद्योगिक संयंत्रों या बिजली स्टेशनों की अपशिष्ट गर्मी से बिजली पैदा करके। वर्तमान में, यूरोपीय उद्योग में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा का लगभग 17 प्रतिशत अपशिष्ट ताप के रूप में नष्ट हो जाता है। थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री की मदद से इसका दोहन किया जा सकता है। ऐसे थर्मोइलेक्ट्रिक्स में, एक तापमान अंतर के संपर्क में आने पर एक विद्युत वोल्टेज उत्पन्न होता है। हालांकि, वर्तमान थर्मोइलेक्ट्रिक्स बड़े औद्योगिक पैमाने पर उपयोग करने के लिए पर्याप्त कुशल नहीं हैं। डसेलडोर्फ स्थित मैक्स प्लैंक इंस्टिट्यूट फर ईसेनफोर्सचंग की अगुआई वाली एक शोध टीम अब थर्मोइलेक्ट्रिक को अनुकूलित करने में सफल रही है, क्योंकि सामग्री तकनीकी शब्दावली में जानी जाती है, और इस प्रकार औद्योगिक उपयोग के करीब आती है। टीम ने जर्नल में अपने निष्कर्ष प्रकाशित किए उन्नत ऊर्जा सामग्री ("NbFeSb अर्ध-हेस्लर मिश्र धातुओं में अनाज सीमा चरण: थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री के परिवहन गुणों को ट्यून करने के लिए एक नया अवसर"). टीम ने नाइओबियम, लोहा और सुरमा के एक मिश्र धातु का अध्ययन किया जो आठ प्रतिशत की दक्षता के साथ लगभग 70 से 700 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर अपशिष्ट गर्मी को बिजली में परिवर्तित करता है - मिश्र धातु को वर्तमान में सबसे कुशल थर्मोइलेक्ट्रिक्स में से एक बनाता है। बिस्मथ और टेल्यूरियम से बनी सामग्री ही समान मूल्यों को प्राप्त करती है। हालांकि, बिस्मथ टेल्यूराइड केवल अपेक्षाकृत कम तापमान पर उपयोग के लिए उपयुक्त है और नाइओबियम, लोहा और सुरमा से बने थर्मोइलेक्ट्रिक की तुलना में यांत्रिक रूप से कम स्थिर है। इसके अलावा, इसके घटक कम आसानी से उपलब्ध हैं।

टाइटेनियम विद्युत चालकता में सुधार करता है

नाइओबियम, लोहा और सुरमा से बने थर्मोइलेक्ट्रिक की दक्षता को और बढ़ाने के लिए, शोधकर्ताओं ने इसकी सूक्ष्म संरचना पर ध्यान केंद्रित किया। अधिकांश धातुओं की तरह, थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री छोटे क्रिस्टल से बनी होती है। अनाज की संरचना और संरचना, साथ ही उनके बीच के रिक्त स्थान के गुण, जिन्हें अनाज की सीमाओं के रूप में जाना जाता है, थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री की तापीय और विद्युत चालकता के लिए महत्वपूर्ण हैं। पिछले शोध से पता चला है कि अनाज की सीमाएं सामग्री की तापीय और विद्युत चालकता दोनों को कम करती हैं। उच्चतम संभावित दक्षता के लिए, तापीय चालकता यथासंभव कम होनी चाहिए ताकि सामग्री में ऊष्मा, यानी ऊर्जा बनी रहे। हालांकि, बिजली में जितना संभव हो उतना गर्मी परिवर्तित करने के लिए विद्युत चालकता उच्च होनी चाहिए। मैक्स प्लैंक इंस्टिट्यूट फर ईसेनफोरशंग, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी (यूएसए) और लीबनिज इंस्टीट्यूट फॉर सॉलिड स्टेट एंड मैटेरियल्स रिसर्च ड्रेसडेन की टीम का लक्ष्य इसलिए अनाज की सीमाओं को इस तरह से अनुकूलित करना था कि केवल तापीय चालकता कम हो, लेकिन विद्युत चालकता नहीं। मैक्स प्लैंक इंस्टिट्यूट फर ईसेनफोर्सचंग के एक डॉक्टरेट छात्र रूबेन ब्यूनो विलोरो कहते हैं, "हमने परमाणु स्तर तक मिश्र धातु के सूक्ष्म संरचना का अध्ययन करने के लिए स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और परमाणु जांच का इस्तेमाल किया।" "हमारे विश्लेषण से पता चला है कि बिजली और थर्मल गुणों में सुधार के लिए अनाज की सीमाओं को अनुकूलित करने की आवश्यकता है।" "सामग्री में अनाज जितना छोटा होता है, अनाज की सीमाओं की संख्या उतनी ही अधिक होती है और विद्युत चालकता उतनी ही खराब होती है," उसी शोध समूह के प्रोजेक्ट लीडर सियुआन झांग बताते हैं। "सामग्री में अनाज के आकार को बढ़ाने का कोई मतलब नहीं है, क्योंकि बड़े अनाज से तापीय चालकता बढ़ेगी और हम गर्मी और इसलिए ऊर्जा खो देंगे। इसलिए, हमें छोटे अनाज के बावजूद विद्युत चालकता बढ़ाने का तरीका खोजना पड़ा।" शोधकर्ताओं ने सामग्री को टाइटेनियम से समृद्ध करके समस्या का समाधान किया, जो अन्य चीजों के साथ अनाज की सीमाओं पर जमा होता है और विद्युत चालकता बढ़ाता है। इस तरह, उन्होंने मिश्र धातु की थर्मोइलेक्ट्रिक दक्षता को 40 प्रतिशत तक बढ़ा दिया। हालांकि, व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए, दक्षता में अभी भी काफी वृद्धि करने की आवश्यकता है।

अगला कदम: अनाज की सीमाओं पर टाइटेनियम का चयनात्मक संवर्धन

अब अनुसंधान दल टाइटेनियम के साथ संपूर्ण सामग्री को समृद्ध किए बिना चुनिंदा रूप से केवल अनाज की सीमाओं में टाइटेनियम जोड़ने के तरीकों का विश्लेषण कर रहा है। यह रणनीति लागत बचाती है और मोटे तौर पर थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री की मूल रासायनिक संरचना को संरक्षित करती है। वर्तमान शोध से पता चलता है कि कुछ गुणों को विशेष रूप से अनुकूलित करने के लिए कार्यात्मक गुणों को सामग्री की परमाणु संरचना से कैसे जोड़ा जा सकता है।

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