Onderzoekers hebben een schaalbare en milieuvriendelijke methode ontwikkeld waarmee restwarmte vrijwel direct kan worden omgezet in elektriciteit, zonder complexe productieprocessen. De doorbraak kan toepassingen mogelijk maken in datacenters, industrie en zelfs draagbare elektronica.
Elke dag gaat er wereldwijd enorme hoeveelheden energie verloren als warmte. Denk aan industriële installaties, datacenters en energiecentrales die continu warmte produceren die nauwelijks wordt benut. Juist daar ligt al jaren een grote uitdaging: hoe maak je van die ‘afvalwarmte’ opnieuw bruikbare energie?
Onderzoekers van het Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) hebben nu een veelbelovende stap gezet richting het benutten van die verloren energie. Hun bevindingen tonen aan dat warmte via een nieuw materiaal vrijwel direct kan worden omgezet in elektriciteit, met een opvallend eenvoudig productieproces.
Volgens de studie, gepubliceerd in Advanced Composites and Hybrid Materials, gaat het om een thermoelectrisch materiaal dat zowel warmte kan omzetten in stroom als omgekeerd elektriciteit kan gebruiken om warmte te verplaatsen.
Thermo-elektrische technologie als stille energieomzetter
De kern van de technologie ligt in thermo-elektrische materialen. Deze materialen werken op basis van twee fysische principes:
- het Seebeck-effect, waarbij een temperatuurverschil elektrische spanning opwekt
- het Peltier-effect, waarbij elektrische stroom een temperatuurverschil veroorzaakt
Omdat deze systemen zonder bewegende delen werken, zijn ze stil, onderhoudsarm en potentieel zeer betrouwbaar. Tot nu toe werd brede toepassing vooral beperkt door lage efficiëntie en complexe productie.
Goedkoper en duurzamer
De onderzoekers kozen voor zilverseleenide (Ag₂Se), een materiaal dat bestaat uit relatief beschikbare elementen. Dat maakt het interessanter vanuit kosten- en duurzaamheidsperspectief dan veel alternatieve thermo-elektrische materialen.
Het proces verloopt in twee stappen: eerst worden Ag₂Se-nanodeeltjes gemaakt via een oplossing-gebaseerde methode. Daarna wordt extra seleen toegevoegd, waardoor een Se-rijke samenstelling ontstaat (Ag₂Se₁.₂). Vervolgens zorgt een eenvoudige warmtebehandeling voor de vorming van een dicht en stevig bulkmateriaal.
Slim gebruik van seleen maakt het verschil
Het opvallende aan deze methode is het gedrag van seleen. Door de lage smelttemperatuur wordt seleen tijdens verhitting gedeeltelijk vloeibaar.
Die vloeibare fase verspreidt zich tussen de Ag₂Se-korrels en vult microscopische open ruimtes op. Dit leidt tot: betere verbinding tussen de korrels, hogere elektrische geleidbaarheid, en tegelijk lagere warmtegeleiding door het materiaal.
Deze combinatie is essentieel: een goed thermo-elektrisch materiaal moet stroom goed geleiden, maar warmte juist zo slecht mogelijk.
Meer prestaties zonder complexe fabricage
Volgens de onderzoekers is dit een belangrijke stap vooruit, omdat vergelijkbare verbeteringen normaal gesproken alleen mogelijk zijn via ingewikkelde dopingtechnieken of extreme productieomstandigheden.
“Het belangrijkste resultaat is het realiseren van high-performance thermoelectrische materialen zonder complexe doping of hoge temperatuur- en drukprocessen,” stellen de onderzoekers.
Van restwarmte naar bruikbare energie
De mogelijke toepassingen zijn breed, vooral op plekken waar continu warmte beschikbaar is. Denk bijvoorbeeld aan datacenters, industriële installaties en zonne-thermische energiecentrales.
Daarnaast wordt er ook gekeken naar kleinere toepassingen zoals IoT-sensoren, medische apparaten en wearables die hun energie deels uit omgevingstemperatuur kunnen halen.
Sterk en flexibel genoeg voor echte toepassingen
Naast de elektrische prestaties valt ook de mechanische robuustheid op. Het materiaal blijkt meer dan twee keer zo sterk in compressie en heeft een hogere Young’s modulus.
Dat maakt het geschikt voor toepassingen in complexe vormen, zoals gebogen of cilindrische energieopwekkers. Onderzoekers demonstreerden al thermogeneratoren die stabiele spanning leveren bij verschillende temperatuurverschillen.
Efficiëntie gaat al richting praktische inzetbaarheid
In tests behaalde het materiaal een maximale figure of merit van 0,927 bij 393 Kelvin, een belangrijke maatstaf voor de efficiëntie van thermo-elektrische materialen.
Hoewel dit nog geen vervanging is voor grootschalige energiecentrales, is het wel een duidelijke stap richting praktische toepassingen op kleinere schaal.
Waarom dit relevant is
De echte kracht van deze doorbraak zit niet alleen in de prestaties, maar vooral in de eenvoud van productie en schaalbaarheid. Door gebruik te maken van relatief eenvoudige chemische processen en veelvoorkomende elementen, wordt massaproductie realistischer dan bij veel bestaande alternatieven.
In een wereld waarin energie-efficiëntie steeds belangrijker wordt, kan technologie zoals deze een rol spelen in het slimmer benutten van energie die nu nog verloren gaat.
