אתה צועד אל מקום קמפינג חמקמק, אורז מלא ציוד מספיק בכדי להשאיר את עצמך מרוצה לנסיגה של שלושה ימים הרחק מחיים בעיר הכאוטית. אבל כשאתה מוכן לעזוב, אתה מבין שלא רק שהטלפון הסלולרי שלך מת, אלא שהסוללה שלו בילתה לאחר שחיפשת איתות כל הזמן שחיפשת אותו, אלא שאתה לא ממש יכול לזכור איפה הגעת אליו, פירושו שה- GPS בטלפון הוא קו החיים שלך למציאות. למרבה המזל, בגלל חומר חדש המובנה בסיר הבישול שלכם, כל שעליכם לעשות הוא להפעיל את הסיר, לחמם את המים בתוכו ולחבר את הטלפון שלכם ליציאה המחוברת אליו. תוך מספר שעות בלבד הטלפון שלך יהיה טעון ותוכל להחזיר אותו בבטחה אל המשאית שלך החונה בראש השביל.
חוקרים מאוניברסיטת יוטה גילו לאחרונה כי החומר הלא רעיל המורכב משלושה יסודות כימיים - סידן, קובלט וטרביום - מייצר אנרגיה תרמו-אלקטרטית מחום הפסולת. על ידי כריך Ca3Co4Og בין שכבה חמה, כמו סיר בישול, ושכבה קרה, כמו האוכל או המים שנמצאים בתוך הסיר, המטען מהקצה החם עובר דרך הקצה הקר, ומייצר מתח חשמלי.
האנרגיה מופקת באמצעות תהליך תרמו-אלקטרי באמצעות הפרשי טמפרטורה. במקרה זה, אומר מדעי החומרים וההנדסה שלאחר המסמך, שריקנט סייני, אפילו דרגה אחת של הפרש טמפרטורה מייצרת מתח שניתן לזהות.
"בחומרים תרמו-אלקטרוניים, כאשר קצה אחד של החומר חם והקצה השני קר, נשאי מטען מהקצה החם עוברים דרך החומר לקצה הקר, ויוצרים מתח חשמלי, " אומר סייני, מחבר מוביל בעיתון לאחרונה שפורסם בדוחות מדעיים . "כמה מיליגרם של חומר זה יספקו בערך מיקרו-חשמל של חשמל."
מכיוון שהחומר הוא תגלית חדשה כל כך, אומר סייני שהם נמצאים באמצע ניתוח המדידות של הגרם המדויק לוואט; עם זאת, ההערכה הגסה שלהם מראה כי בכדי להפיק כוח וואט אחד, הם זקוקים לחמישה גרם של החומר.
בגרפיקה זו, החום מהתנור החם, בשילוב עם המים הקרירים יותר או האוכל בסיר בישול, יכול לייצר מספיק חשמל כדי לטעון טלפון סלולרי. (אשוטוש טיווארי) פתגם ישן מזהיר אותנו "לבזבז לא, לא רוצה". אבל בזבוז - בזבוז אנרגיה - קשה לתפוס. בארצות הברית, כמעט מחצית מהאנרגיה שלנו הולכת לאיבוד בגלל חוסר יעילות, ורוב האנרגיה שלנו עדיין מופקת מנפט, גז טבעי ופחם בלתי מתחדשים. על פי טבלת אנרגיה אמריקאית שהורכבה על ידי המעבדה הלאומית לורנס ליברמור, מתוך יחידות התרופות הבריטיות (או רביעיות) הבריטיות של 97.4 אנרגיה גולמית שנוצרה בשנת 2013 ממוצרי שמש, גרעיני, הידרו, רוח, גיאותרמית, גז טבעי, פחם, ביומסה ונפט. רק 38.4 מרובעים השתמשו בפועל. פירוש הדבר שבזבז 59 רביעיות. מציאת דרך לאיסוף אנרגיה מבוזבזת ושימוש בה עשויה לספק משאב בר-קיימא לעתיד.
"חום פסולת הוא אכן מגדל בלתי נשכח, אך עם זאת, מאגר אנרגיה אפשרי", אומר ג'פרי אורבן, מנהל המתקנים האורגניים במפעל המולקולרי במעבדות ברקלי. "אלקטרואלקטריים הם דרך מבטיחה לרתום ולנצל את המשאב הזה - הם ממירים ישירות חום לחשמל ללא חלקים נעים, נוזלי עבודה או מורכבות מכנית אחרת."
אורבן מציין כי יעילות, עלויות חומרים וקלות היישום הם שיקולים הנדסיים חשובים, והוסיפו, "בגלל פיזיקת התעבורה המורכבת, תרמו-אלקטריק נוטים לפעול בצורה אופטימלית בטמפרטורה מסוימת אחת בלבד."
קומפוזיציות חומר תרמו-אלקטריות קודמות היו מורכבות מקדמיום, טאלוריד או כספית - אלמנטים שהיו רעילים לבני אדם ועל פי המחקר של סייני, לא יציבים כמו שילוב Ca3Co4Og. כמו כן, חומרים תרמו-אלקטרוניים קודמים לא היו ניתנים להרחבה מכיוון שהם נגזרו מייצור או מבדי גבישים בודדים, שהם יקרים ומאתגרים כאחד. השילוב הכימי של סייני עשוי לאפשר יישום בקנה מידה גדול של טכנולוגיה תרמו-אלקטרונית זו מכיוון שהכימיקלים זמינים בקלות לערבוב ובישול כדי להפיק את החומר הלא רעיל, מה שמקל על ייצורם באצוות גדולות יותר. זה הופך את הגילוי למחלף משחק אפשרי.
"אנו צופים יישומים רבים של חומר זה, " אומר סייני. אוניברסיטת יוטה הגישה בקשה לפטנט. סייני אינו מסוגל לחשוף כמה פרטים ספציפיים, אך מוסיף כי ניתן להשתמש בחומר החדש המופלא בתכשיטים, סירי בישול ומכוניות - או אפילו ליישומים רפואיים עתידיים.
החשמל התרמי - או חשמל המיוצר בהפרשי טמפרטורה - מקורו בשנת 1821, כאשר תומאס סיבק וז'אן פלטייה גילו את ההמרה של חום לחשמל. שלושה עשורים לאחר מכן בשנת 1851, ויליאם תומסון (הידוע גם בשם לורד קלווין) גילה כי הפעלת זרם חשמלי דרך חומר יכולה לחמם או לקרר אותו, תלוי באופן הפיזור של האלקטרונים. מאז, התחום המשיך להתפתח כאשר מדענים עובדים כדי להביא תרמו-אלקטרונית לטכנולוגיה ניתנת להרחבה.
ג'ושוע זייד, פרופסור חבר למדעי חומרים והנדסה באוניברסיטת דלאוור, חוקר יסודות אדמה נדירים, במיוחד טרביום, המהווה חלק משילוב היסודות הכימיים לגילויו של סייני. לדבריו, טרביום אינו בהכרח שופע כמו שהחוקרים מציעים אם כי הכמות המשמשת בתוך ההרכב הכימי עשויה להפוך כמויות גדולות לנקודת מוצא.
"[טרביום] הוא, למעשה, הרבה יותר נפוץ מטלוריום, שמשמש בדרך כלל בתרמואלקטריים, אך למעשה נדיר במקצת", אומר זייד. "זה הביא לעליות מחירים גדולות בשנים האחרונות, שכן הביקוש זינק הן לתאים סולאריים תרמו-אלקטריים והן ל- CdTe סולאריים [קדמיום טאלוריד פוטו-וולטאי תאים סולאריים - השנייה הנפוצה ביותר בשוק]."
סייני אומר שטכנולוגיה תרמו-אלקטרונית זו ארכה כמעט עשר שנים עד שהגיעה לידי מימוש, כאשר המטרה הראשונית הייתה ליצור חומר יעיל לפני שהצוות הוסיף ידידותית לביולוגיות לדרישותיו הסופיות. לאחר קבלת פטנט על המוצר, הם רוצים להציג אותו באופן מסחרי. "בשלב זה אנו יכולים רק לומר שבמכוניות יש הרבה חום פסולת, שניתן להשתמש בו כדי להמיר לחשמל", אומר סייני.
העתיד של הכוח התרמו מבטיח, במיוחד עם התגלית החדשה הזו. ארט גוסארד, פרופסור אמריטוס לחומרים והנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת קליפורניה-סנטה ברברה, מאמין שלטכנולוגיה החדשה עשויות להיות יישומים עתידיים בקידום צבאי, ובמיוחד הספינה הכל-חשמלית.
"אתה יכול להשתמש בחום שהגיע מהדוודים והכורים שלך כדי לייצר חשמל שאז היה מניע את המנוע החשמלי ודוחף את הספינה החשמלית, " אומר גוסארד. "לאוניה זו יהיה היתרון בכך שהיא לא תשאיר אחריה פלומה של מים חמים, מה שמקל על המעקב. אבל זה ידרוש מגה-וואט כוח, וטרמו-אלקטריק עדיין לא מוגדל עד כדי כך. "
עם החומר הזה, אולי נגיע לשם.
