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Alimentar su automóvil con calor residual
Al menos dos tercios de la energía de la gasolina utilizada en automóviles y camiones se desperdicia en forma de calor. Los termoeléctricos, materiales semiconductores que convierten el calor en electricidad, podrían capturar este calor residual, reduciendo las necesidades de combustible del vehículo y mejorando la economía de combustible en al menos un 5 por ciento. Pero la baja eficiencia y el alto costo de los materiales termoeléctricos existentes han impedido que estos dispositivos se vuelvan prácticos en los vehículos.
Energía del calor: Un generador termoeléctrico que convierte el calor residual del sistema de escape de un automóvil en electricidad podría mejorar la economía de combustible.
Ahora los investigadores están ensamblando los primeros generadores termoeléctricos prototipo para pruebas en autos comerciales y SUV. Los dispositivos son la culminación de varios avances realizados de forma independiente en el fabricante de dispositivos termoeléctricos BSST en Irwindale, California, y en I + D global de General Motors en Warren, Michigan. Ambas compañías planean instalar y probar sus prototipos para fines del verano: BSST en automóviles BMW y Ford, y GM en un SUV Chevrolet.
BSST está utilizando nuevos materiales. El telururo de bismuto, un termoeléctrico común, contiene telurio caro y funciona a temperaturas de solo 250 ° C, mientras que los generadores termoeléctricos pueden alcanzar los 500 ° C. Por tanto, BSST está utilizando otra familia de termoeléctricos, mezclas de hafnio y circonio, que funcionan bien a altas temperaturas. Esto ha aumentado la eficiencia del generador en aproximadamente un 40 por ciento.
En GM, los investigadores están ensamblando un prototipo final basado en una nueva y prometedora clase de termoeléctricos llamados skutterudites, que son más baratos que los telururos y funcionan mejor a altas temperaturas. Los modelos de computadora de la compañía muestran que en su vehículo de prueba Chevrolet Suburban, este dispositivo podría generar 350 vatios, mejorando la economía de combustible en un 3 por ciento.
Fabricar skutteruditas, que son compuestos de arseniuro de cobalto que están dopados con elementos de tierras raras como el iterbio, es un proceso complicado y que requiere mucho tiempo, e incorporarlos a los dispositivos es difícil, dice el científico de GM Gregory Meisner. El desafío crucial es establecer buenos contactos eléctricos y térmicos. El gran gradiente de temperatura a través del dispositivo ejerce una tensión mecánica en la interfaz termoeléctrica de contacto. Además, la unión de los diferentes materiales introduce una resistencia que calienta el contacto degradando el dispositivo. Mediante una elección adecuada de materiales, puede afectar la resistencia, dice. El desafío consiste en llegar a la fórmula correcta para los materiales, tanto el semiconductor termoeléctrico como el de contacto.
Un vistazo al interior: La interpretación de un artista de un Chevrolet Suburban muestra el generador termoeléctrico similar a un silenciador insertado en el sistema de escape.
Otro desafío clave será la integración del dispositivo en los vehículos. Los investigadores ya han probado un generador de telururo de bismuto en un SUV. En este momento, el dispositivo se acaba de insertar en el sistema de escape, dice Meisner. Se corta una sección de tubería y se inserta el dispositivo, que parece un silenciador. Necesitamos diseñar algo que esté más integrado en el sistema del vehículo en lugar de un dispositivo adicional.
Tanto los investigadores de BSST como los de GM también necesitan encontrar formas de producir grandes volúmenes de los nuevos materiales a bajo costo. Meisner advierte que podrían pasar al menos otros cuatro años antes de que los generadores termoeléctricos se conviertan en vehículos de producción.