Onderzoekers hebben een doorbraak bereikt in de omzetting van hitte in elektriciteit. Hun ‘solid-state’ thermofotovoltaïsche cel bereikte een efficiëntie van 40 procent, waarmee die methode voor het eerst in de geschiedenis effectiever is dan de traditionele stoomturbine.

Wetenschappers van het Massachussetts Institute of Technology (MIT) en het National Renewable Energy Laboratory zijn er voor het eerst in geslaagd om een hittemotor zonder bewegende delen te produceren. Uit hun studies blijkt dat deze solid-state toepassing hitte in elektriciteit kan omzetten met een tot nu toe ongekende efficiëntie van meer dan 40 procent. Deze conversie is beter dan wat kan worden bereikt met de conventionele stoomturbine, die nu wordt toegepast in bijvoorbeeld kern- en kolencentrales. Volgens MIT-ingenieur Asegun Henry en zijn collega’s is hun vinding een belangrijke stap op weg naar een fossielvrije energievoorziening.

MIT Thermal Batteries 01 press lr

Solid-state
De thermophotovoltaic (TPV) cel die de onderzoekers hebben ontwikkeld, is qua werking vergelijkbaar met de halfgeleidende fotovoltaïsche cellen zoals die gebruikt worden bij zonnepanelen. Alleen wordt bij de TPV geen zonlicht maar zonnehitte omgezet in elektriciteit. De hittemotor kan om elektriciteit op te wekken temperaturen van tussen de 1900 en 2400 graden Celsius aan. Die hoge temperaturen zijn mogelijk omdat hij geen bewegende delen heeft zoals een turbine. Om die reden komt de nu gebruikte stoomturbine niet verder dan 35 procent efficiëntie.
Een natuurkundige uitleg van de werking van de TPV-cel voert te ver voor dit bericht (en voor het begrip van de schrijver), maar het wetenschappelijk artikel van de onderzoekers is hier te vinden en een Wiki-uitleg hier.

Opschalen
De TPV-cel die de wetenschappers hebben gebruikt, meet nu nog maar 1 bij 1 centimeter. De volgende stap is dat die cellen worden opgeschaald en met meerdere tegelijk in een zogenoemde ‘thermische batterij’ worden geplaatst. Deze neemt duurzame energie in de vorm van zonnewarmte en slaat die op in zwaar geïsoleerde power banks. Op bewolkte dagen, wanneer zonlicht weinig oplevert, zouden die batterijen hun energie moeten gaan leveren aan het stroomnetwerk.

“De ontwikkeling van een thermofotovoltaïsche cel was de laatste belangrijke stap om aan te tonen dat thermische batterijen kunnen werken”, zegt professor Asegun Henry van het MIT. “Deze vinding gaat een cruciale bijdrage leveren aan de grootschalige inzet van duurzame energie en het volledig fossielvrij maken van onze stroomvoorziening.”

 

Bijschrift: De thermofotovoltaïsche (TPV) cel (1 cm x 1 cm) gemonteerd op een koellichaam ontworpen om de efficiëntie van de cel te meten. Hiertoe wordt de cel blootgesteld aan een emitter en worden door het apparaat gelijktijdige metingen van elektrisch vermogen en warmtestroom uitgevoerd. (Foto: Felice Frankel/MIT)