L'UJI lidera un projecte europeu que busca convertir la calor residual en electricitat

Un equip de treball del Grup d’Investigacio de Polímers i Materials Avançats (PIMA) de la Universitat Jaume I de Castelló inicia a principis d’any el projecte europeu del programa H2020 «Solid-liquid thermoelectric systems with uncorrelated properties» (Un correlaTEd) que té com a principal propòsit aconseguir materials termoelèctrics que augmenten notablement l’aprofitament del calor residual de vehicles, entorns industrials i, inclòs, el cos humà, com a electricitat.

Més del 60% de l’energia global es perd com a calor residual (un motor de combustió, per exemple, només aprofita el 25-30%). Els materials termoelèctrics (TEs) poden convertir grans quantitats d’aquest calor residual en electricitat i contribuir significativament al desafiament energètic actual. A pesar dels esforços per millorar aquests tipus de materials, la tecnologia està limitada per la seua baixa eficiència (difícilment usable a gran escala amb una eficàcia entre el 6-8%).

L’eficiència dels materials termoelèctrics està basada en tres paràmetres: coeficient Seebeck (indica la quantitat de voltatge que pot generar per cada grau de diferència de temperatura entre els extrems del material); conductivitat elèctrica (capacitat de conducció de l’electricitat); i conductivitat tèrmica (capacitat de conducció del calor). Perquè un material siga eficient terme elèctricament cal que mostre un alt coeficient Seebeck i una gran conductivitat elèctrica, però una baixa conductivitat tèrmica.

La correlació entre aquestes tres propietats estableix la capacitat termoelèctrica dels materials en estat sòlid, però trencar-la és complicat perquè quan s’augmenta el parametre Seebeck disminueix la conductivitat elèctrica i quan augmenta aquesta també ho fa la conductivitat tèrmica. El projecte UncorrelaTEd proposa una nova estratègia per trencar la correlació que existeix entre el coeficient Seebeck i la conductivitat elèctrica, mitjançant la utilització d’un material porós, nanoestructurat, en combinació amb un electròlit (una sal dissolta en un dissolvent), un nou paradigma que connecta la termoelectricitat i l’electroquímica.

La idea plantejada per l’equip d’investigació és treballar amb una estructura amb certa porositat, que inicialment és beneficiosa perquè disminueix la conductivitat tèrmica, i omplir els buits amb un electròlit. S’experimentarà amb diferents electròlits que milloren les dues propietats en discòrdia (coeficient Seebeck i conductivitat elèctrica) amb un líquid que envolta el material i interacciona amb ell. Els assajos preliminars duts a terme pel grup han millorat en 35 vegades l’eficàcia del material.

S’estudiaran tres grups de materials diferents: lliga tel·lurur de bismut (que és el que millor funciona en condicions de temperatura ambient); òxids (més econòmics, menys tòxics i més estables químicament); i els polímers (fàcilment processables a baixa temperatura i també mes econòmics).

El projecte UncorrelaTEd serà desenvolupat per un consorci, liderat per l’UJI sota la coordinació de Jorge García Cañadas, i el seu equip (Lourdes Màrquez Garcia, Adrián Mota Babiloni y Braulio Beltrán Pitarch) del Departament d’Enginyeria de Sistemes Industrials i Disseny; la Fundació Institut de Recerca de l’Energia de Catalunya; el grup de materials de la universitat sueca Kungliga Tekniska Hoergskolan (KTH); la University of Warwick de Regne Unit que col·laborarà en les simulacions; i dues empreses: Intenanomat, del Parc Tecnològic de la Universitat de València que ajudarà en la part relacionada amb els polímers; i la francesa Solvionic que treballa amb líquids iònics, uns electròlits especials.

Actualment, les possibles aplicacions abasten camps com els vehicles (aprofitant els gasos de la combustió), la Internet de les Coses, fàbriques i indústries com la de l’acer (on es podria reduir la pèrdua energètica entre un 10-20%), en els llars, o aprofitant el calor del mateix cos humà per a obtindre sensors autoalimentats.