Известно, что большая часть электроэнергии — порядка 90 % — «добывается» человечеством с помощью тепловых и атомных электростанций, преобразующих тепло от используемого топлива в электричество. Для того чтобы процесс получался стабильным, беспрерывным и эффективным используют высокотехнологичное и сложное оборудование — турбины. Именно они превращают один вид энергии в другой. Их принцип работы основан на вращении и требует, по сути, идеальных условий, в противном случае все движущиеся механизмы в турбогенераторе быстро выйдут из строя. Отсюда сложность в их изготовлении и дороговизна в приобретении.
Однако учёные из Массачусетского технологического института совместно с сотрудниками лаборатории National renewable energy laboratory (NREL или Национальная лаборатория возобновляемой энергетики) предложили альтернативу — тепловые установки-преобразователи. Эти твердотельные конструкции не имеют движущихся частей, но, по заявлениям производителей, показывают в тестовых испытаниях рекордно высокий коэффициент полезного действия.
Как говорит один из соавторов американского исследования, твердотельный преобразователь энергии обладает рядом преимуществ по сравнению с роторными технологиями — он может функционировать при более высоких температурах и почти не требует затрат на обслуживание, так как не имеет движущихся или трущихся частей и механизмов. Преобразователь просто находится в высокотемпературной среде и генерирует энергию.
Для теплогенератора учёные института и исследовательской лаборатории создали многослойный термофотоэлектрический элемент на основе полупроводниковых технологий, чем-то похожий на обычные солнечные фотопанели. Но, в отличие от солнечных элементов, новый преобразователь энергии использует для генерации фотоны не видимого света, а раскалённого материала-накопителя.
Эффективность генератора объясняется следующим: его первый слой поглощает фотоны с высокой энергией, второй — с немного меньшим её количеством, а третий, в виде пластины из золота, отражает остаточное тепло обратно к источнику, предотвращая его бесполезное «испарение». Во время тестов преобразователь со сторонами 1 см продемонстрировал отличную эффективность — его КПД превысил 40 %, — и оказался лучше, чем на традиционных парогенераторах. В среднем, паровые и газовые турбины имеют КПД в 35 %. Такая энергоэффективность возможна благодаря крайне высокому диапазону температур, в котором может функционировать новое устройство — термофотоэлектрические элементы преобразователя спокойно работают в средах с температурой от 1900 до 2400 °С.
Как заявляют создатели, заметная коммерческая эффективность нового теплогенератора появляется на площади в 1000 м2, что гораздо меньше, чем солнечная электростанция или ветропарк. В качестве источника теплового излучения можно использовать графит, раскалять который до нужных температур предлагается солнечным светом. Представленная технология, возможно, ускорит энергопереход и значительно сократит вредные выбросы углеводородов в атмосферу, считают создатели.
