Quais são os diferentes tipos de materiais termoelétricos?
O processo termoelétrico é a conversão direta de calor em eletricidade e vice-versa no aquecimento ou resfriamento de um objeto. Os materiais termoelétricos podem ser usados para medir mudanças de temperatura, alterar a temperatura real de um objeto e gerar uma carga elétrica, que pode ser usada para gerar energia. Em 2011, os materiais termoelétricos são ineficientes demais para serem úteis, mas os engenheiros automotivos estão tentando usá-los para captar a energia térmica desperdiçada de um veículo e transformá-la em eletricidade utilizável. Os pesquisadores estão tentando aumentar a eficiência dos materiais termoelétricos para torná-los mais econômicos, para que possam ser usados para criar refrigeradores, condicionadores de ar e outros dispositivos de baixo custo e mais eficientes, que requerem refrigeração.
Os processos termoelétricos ocorrem devido ao efeito Peltier, que é o resfriamento e o aquecimento de junções opostas em circuitos elétricos contendo semicondutores diferentes. Os materiais termoelétricos podem ser usados para criar dispositivos de refrigeração ou fornecer refrigeração. Um dos materiais termoelétricos mais usados atualmente é o telureto de bismuto, um composto caro que pode custar até US $ 1.000 em dólares (USD) / lb (US $ 2.000 / kg). Quando preparado adequadamente, esse material termoelétrico produz mudanças de temperatura confiáveis em qualquer lugar entre 14 a 266 graus F (-10 a 130 graus C). Os sistemas termoelétricos funcionam de maneira confiável e precisa sem o ruído dos sistemas convencionais de aquecimento, refrigeração e refrigeração e sem clorofluorcarbonetos (CFCs) prejudiciais ao meio ambiente.
Por vários anos, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) aproveitou o poder dos materiais termoelétricos para alimentar sondas espaciais nas áreas mais profundas do espaço, tão longe do sol que os painéis solares são inúteis. O processo envolve a incorporação de material nuclear em um gerador térmico de radioisótopos, no qual o decaimento radiológico produz energia térmica que é então convertida em eletricidade para alimentar a sonda. Esse é o mesmo processo que os engenheiros automotivos estão tentando aproveitar do calor de exaustão dos motores dos carros - calor que pode ser convertido em eletricidade para alimentar o carro.
A pesquisa e o desenvolvimento de materiais termoelétricos estão sendo conduzidos pelo Centro de Pesquisa da Energy Frontier no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Lá, pesquisadores e cientistas fizeram algumas descobertas bastante significativas, como o acoplamento de desordem térmica e estruturas eletrônicas a uma temperatura finita. Os desafios atuais nesse campo são identificar ou sintetizar novos materiais, ainda não descobertos, com capacidades termoelétricas mais eficientes. Os avanços nesse campo podem permitir o desenvolvimento de materiais que geram eletricidade a partir do calor residual, fornecendo uma solução global de energia sustentável.