Θερμοηλεκτρικές Εγκαταστάσεις

Μια από τις πιο ανερχόμενες περιοχές απασχόλησης ενός Χημικού Μηχανικού είναι η Ενέργεια. Ο Χημικός Μηχανικός καλείται να πολεμήσει την ενεργειακή κρίση με όπλα τις γνώσεις Θερμοδυναμικής, Θερμοχημείας, Φαινόμενων Μεταφοράς και Μηχανικής Φυσικών Διεργασιών. Μια πρόσφατη ανακάλυψη συνδυάζει όλες τις παραπάνω γνώσεις για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας φθηνότερης και πιο πράσινης από τα φωτοβολταικά: ένας θερμοηλεκτρικός σταθμός παραγωγής ενέργειας.

Η ανακάλυψη αυτή έγινε από τη Liping Liu, επίκουρη καθηγήτρια στο Rutgers University, και δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο New Journal of Physics.

Η θερμοηλεκτρική εγκατάσταση εκμεταλλεύεται τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του νερού της επιφάνειας στον ωκεανό και του νερού σε κάποιο βάθος για την παραγωγή ενέργειας. Στη γλώσσα της Θερμοδυναμικής, ως θερμό δοχείο χρησιμοποιείται το επιφανειακό νερό και ως ψυχρό δοχείο ο βυθός ενώ παράγεται χρήσιμο ηλεκτρικό έργο. Αν και ο συγκεκριμένος τρόπος παραγωγής ενέργειας δεν εμφανίζει μεγάλες αποδόσεις (έως 10% της απόδοσης Carnot), το «καύσιμο» είναι πρακτικά ανεξάντλητο και γι’αυτό εμφανίζει προοπτικές.

 

Thermoelectric Facility
Thermoelectric Facility

Σημειώνεται ότι σε ορισμένες θαλάσσιες περιοχές (συνήθως τροπικές), η βαθμίδα της θερμοκρασίας μπορεί να φτάσει τους 20οC σε διαφορά βάθους μόλις 600m, ενώ η θερμοκρασία των δύο περιοχών παραμένει σταθερή λόγω της θέρμανσης του ήλιου και του τεράστιου όγκου του ωκεανού.

Αλλά ας δούμε πως ακριβώς λειτουργεί ένας θερμοηλεκτρικός σταθμός παραγωγής. Καταρχάς εκμεταλλεύεται τη μηχανική ενέργεια των κυμάτων για να λειτουργήσει μια αντλία η οποία μεταφέρει κρύο νερό από ένα βάθος κοντά στην επιφάνεια. Το κρύο νερό εισέρχεται σε ένα εναλλάκτη θερμότητας. Μέσα στον εναλλάκτη λαμβάνει χώρα μεταφορά θερμότητας από το ζεστό νερό της επιφάνειας στο ψυχρό που αντλήθηκε. Ο εναλλάκτης αποτελείται από θερμοηλεκτρικά υλικά (πχ. Bi2Te3 ˗ βλέπε φαινόμενο Seebeck) τα οποία μετατρέπουν άμεσα τη διαφορά θερμοκρασίας σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί παραγωγής έχουν πολλά πλεονεκτήματα, μεταξύ των οποίων συγκαταλέγονται χαμηλά κόστη συντήρησης, αδιάκοπη λειτουργία και ανύπαρκτες εκπομπές αερίων. Πιθανότατα να αποτελέσουν λύση στην παρούσα ενεργειακή κρίση του πλανήτη αν η πειραματική, ακόμη, λειτουργία τους βελτιστοποιηθεί και γίνει οικονομικά ελκυστική.

Καλές γιορτές!!

Chemecon,

Keep (Re)acting