Met restwarmte elektriciteit opwekken? Het lijkt mogelijk met een nieuwe techniek die warmte in een magnetisch materiaal omzet in een elektrische spanning.
De temperatuur van een auto-uitlaat kan oplopen tot 900ºC. Het is zonde om die warmte gewoon te laten verdwijnen in de omringende lucht. Ook bij industriële processen in fabrieken komt vaak veel restwarmte vrij. Dat gaat nu veelal verloren. Een groep Chinese en Amerikaanse onderzoekers hebben een manier gevonden om al die warmte efficiënt om te zetten in elektriciteit. Zij gebruiken daarvoor het magnetische materiaal mangaan-telluride (MnTe).
De geschiedenis van de wiskunde is diverser dan je denkt
Wiskunde is niet alleen afkomstig van de oude Grieken. Veel van onze kennis komt van elders, waaronder het oude China, India en het Arabisch Schiereil ...
Magneten
Er zijn verschillende soorten magneten. Allemaal bestaan ze uit allemaal magneetjes ter grootte van een atoom met elk een noord en een zuidpool. Als die magneetjes een geordende structuur vormen, is het materiaal een permanente magneet, zoals koelkastmagneten.
Magneten die niet permanent magnetisch zijn, heten paramagneten. Bij een paramagneet wijzen de kleine magneetjes allemaal willekeurige kanten op, waardoor het geheel geen magnetisatie heeft. Deze magneten worden pas magnetisch als er een extern magnetisch veld wordt aangelegd dat de kleine magneetjes dwingt om allemaal in dezelfde richting te draaien.
Magneetclustertjes
In een magneet met een temperatuurverschil kunnen clustertjes van magnetisatie ontstaan, die bewegen van de warme naar de koude kant van de magneet. Die beweging van een magnetisch groepje sleept elektronen in het materiaal met zich mee, ‘als een modderstroom waarbij het stromende water zand en aarde meesleept’, zegt Joseph Heremans, hoogleraar aan de staatsuniversiteit van Ohio. Zo ontstaat er een ophoping van negatieve lading aan een kant van het materiaal. Dat veroorzaakt een elektrische spanning, waardoor er een stroom kan gaan lopen.
Fysici dachten dat dit alleen mogelijk was in permanente magneten. Dat type magneet heeft echter een groot nadeel. ‘Als je ze tot een hoge temperatuur verhit, verdwijnt de magnetisatie en wordt het een paramagneet’, zegt Heremans. Terwijl je deze techniek juist bij hogere temperaturen wilt gebruiken.
Paramagneten
‘Wij hebben aangetoond dat deze thermo-elektrische techniek ook mogelijk is in paramagneten’, aldus Heremans. Uit metingen van de onderzoekers blijkt dat de richting van de magneetjes in een paramagneet niet totaal willekeurig is. Soms vormen ze heel even, een honderdste van een biljoenste van een seconde, een geordend groepje van twee tot vier atomen groot. Die doen hetzelfde als de magnetisatie-clustertjes in de permanente magneten: ze veroorzaken een elektrische spanning.
Hoewel zulke groepjes maar een fractie van een seconde bestaan, blijkt dat genoeg om bruikbare elektriciteit op te wekken. Tijdens het experiment bleek dat het materiaal bij ruim 250ºC nog steeds elektrisch vermogen levert. Het lijkt zelfs mogelijk om hiermee drie tot tien keer meer vermogen te leveren dan met de huidige thermo-elektrische materialen.
Deze ontdekking opent een deur naar nieuwe toepassingen, zegt Heremans. Misschien kun je straks je mobiele telefoon opladen met de restwarmte van je oven, kookplaat of waterkoker.