Anda mendaki ke tempat berkemah yang sulit dipahami, paket diisi dengan peralatan yang cukup untuk membuat Anda puas selama tiga hari menjauh dari kehidupan kota yang kacau. Tetapi ketika Anda siap untuk pergi, Anda menyadari bahwa tidak hanya ponsel Anda mati, baterainya habis setelah mencari sinyal sepanjang waktu Anda telah hidup seadanya, tetapi Anda tidak dapat mengingat di mana Anda mendaki, yang berarti GPS di ponsel Anda adalah garis hidup Anda kembali ke kenyataan. Untungnya, karena bahan baru yang dimasukkan ke dalam panci memasak Anda, yang perlu Anda lakukan hanyalah menyalakan panci, memanaskan air di dalamnya dan memasukkan telepon Anda ke port yang terhubung dengannya. Hanya dalam beberapa jam, ponsel Anda akan dikenai biaya dan Anda dapat dengan aman kembali ke truk Anda yang diparkir di trailhead.
Para peneliti di Universitas Utah baru-baru ini menemukan bahwa bahan tidak beracun yang terdiri dari tiga unsur kimia — kalsium, kobalt, dan terbium — menghasilkan energi termoelektrik dari limbah panas. Dengan mengapit Ca3Co4Og di antara lapisan yang panas, seperti panci masak, dan lapisan yang dingin, seperti makanan atau air di dalam panci, muatan dari ujung panas bergerak melalui ujung dingin, menghasilkan tegangan listrik.
Energi dihasilkan melalui proses termoelektrik menggunakan perbedaan suhu. Dalam hal ini, peneliti post-doc ilmu dan teknik bahan Shrikant Saini mengatakan, bahkan satu derajat perbedaan suhu menghasilkan tegangan yang dapat dideteksi.
"Dalam bahan termoelektrik, ketika salah satu ujungnya panas dan ujung yang lain dingin, muatan pembawa dari ujung panas bergerak melalui material ke ujung yang dingin, menghasilkan tegangan listrik, " kata Saini, penulis utama di kertas baru-baru ini. diterbitkan dalam Laporan Ilmiah . "Beberapa miligram bahan ini akan menyediakan kira-kira satu mikrowatt listrik."
Karena bahan tersebut adalah penemuan baru, Saini mengatakan bahwa mereka sedang menganalisis gram tepat untuk pengukuran watt; Namun, perkiraan kasar mereka menunjukkan bahwa untuk satu watt daya yang dihasilkan, mereka membutuhkan sekitar lima gram bahan.
Dalam grafik ini, panas dari kompor panas, ditambah dengan air pendingin atau makanan di panci masak, dapat menghasilkan listrik yang cukup untuk mengisi daya ponsel. (Ashutosh Tiwari) Sebuah pepatah kuno memperingatkan kita untuk “tidak membuang, tidak mau.” Tetapi limbah — pemborosan energi — sulit ditangkap. Di AS, hampir setengah dari energi kita hilang karena ketidakefisienan, dan sebagian besar energi kita masih dihasilkan dari minyak bumi, gas alam, dan batubara yang tidak terbarukan. Menurut bagan energi AS yang dikumpulkan oleh Lawrence Livermore National Laboratory, dari 97, 4 kuadriliun British thermal unit (atau paha depan) energi mentah yang dihasilkan pada 2013 dari tenaga surya, nuklir, hidro, angin, panas bumi, gas alam, batubara, biomassa dan minyak bumi, hanya 38, 4 paha depan yang benar-benar digunakan. Itu berarti 59 paha depan terbuang sia-sia. Menemukan cara untuk mengumpulkan dan menggunakan energi yang terbuang ini dapat menyediakan sumber daya yang berkelanjutan untuk masa depan.
"Limbah panas memang sebagian besar diabaikan, namun cadangan energi yang sangat besar, " kata Jeffrey Urban, direktur fasilitas anorganik di Molecular Foundry di Berkeley Labs. “Termoelektrik adalah rute yang menjanjikan untuk memanfaatkan dan memanfaatkan sumber daya ini — mereka secara langsung mengubah panas menjadi listrik tanpa bagian yang bergerak, fluida kerja atau kompleksitas mekanis lainnya.”
Perkotaan mencatat bahwa efisiensi, biaya bahan dan kemudahan implementasi adalah semua pertimbangan teknik penting, menambahkan, "Karena fisika transportasi yang kompleks, termoelektrik cenderung beroperasi secara optimal hanya pada satu suhu tertentu."
Komposisi bahan termoelektrik sebelumnya terbuat dari kadmium, telurium atau merkuri - unsur-unsur yang semuanya beracun bagi manusia dan, menurut penelitian Saini, tidak stabil seperti kombinasi Ca3Co4Og. Juga, bahan termoelektrik sebelumnya tidak dapat diukur karena mereka berasal dari pembuatan atau pembuatan kristal tunggal, yang mahal dan menantang. Kombinasi bahan kimia Saini memungkinkan aplikasi skala besar dari teknologi termoelektrik ini karena bahan kimia sudah tersedia untuk bercampur dan memasak untuk mendapatkan bahan yang tidak beracun, membuatnya lebih mudah untuk diproduksi dalam kelompok yang lebih besar. Hal ini menjadikan penemuan sebagai pengubah game yang memungkinkan.
"Kami mengantisipasi banyak aplikasi dari bahan ini, " kata Saini. Universitas Utah telah mengajukan permohonan paten. Saini tidak dapat mengungkapkan beberapa detail spesifik, tetapi menambahkan bahwa bahan yang baru ditemukan itu dapat digunakan dalam perhiasan, panci masak, dan mobil — atau bahkan memiliki aplikasi medis di masa depan.
Termoelektrik — atau listrik yang dihasilkan melalui perbedaan suhu — berasal dari tahun 1821 ketika Thomas Seebeck dan Jean Peltier menemukan konversi panas menjadi listrik. Tiga dekade kemudian pada tahun 1851, William Thomson (juga dikenal sebagai Lord Kelvin) menemukan bahwa menjalankan arus listrik melalui suatu bahan dapat memanaskan atau mendinginkannya, tergantung pada bagaimana elektron-elektron tersebut terdifusi. Sejak itu, bidang ini terus berevolusi ketika para ilmuwan bekerja untuk membawa termoelektrik ke teknologi yang dapat diukur.
Joshua Zide, seorang profesor ilmu dan teknik material di University of Delaware, mempelajari unsur-unsur tanah jarang, khususnya terbium, yang merupakan bagian dari kombinasi unsur kimia untuk penemuan Saini. Dia mengatakan bahwa terbium tidak harus sebanyak yang disarankan para peneliti meskipun jumlah yang digunakan dalam komposisi kimia dapat membuat jumlah besar menjadi titik diperdebatkan.
"[Terbium], pada kenyataannya, jauh lebih umum daripada telurium, yang biasa digunakan dalam termoelektrik tetapi sebenarnya agak jarang, " kata Zide. "Ini telah menghasilkan kenaikan harga yang besar dalam beberapa tahun terakhir karena permintaan telah melonjak baik untuk termoelektrik dan CdTe solar [cadmium telluride photovoltaic solar cells — sel surya yang paling umum kedua di pasar]."
Saini mengatakan bahwa teknologi termoelektrik ini membutuhkan waktu hampir sepuluh tahun untuk membuahkan hasil, dengan tujuan awalnya adalah untuk menciptakan bahan yang efisien sebelum tim menambahkan bio-friendly pada persyaratan akhir. Setelah produk dipatenkan, mereka ingin memperkenalkannya secara komersial. "Pada titik ini, kita hanya bisa mengatakan bahwa di mobil ada banyak limbah panas, yang dapat digunakan untuk mengubahnya menjadi listrik, " kata Saini.
Masa depan kekuatan termoelektrik menjanjikan, terutama dengan penemuan baru ini. Art Gossard, profesor emeritus bahan dan teknik listrik dan komputer di University of California-Santa Barbara, percaya teknologi baru ini dapat memiliki aplikasi masa depan dalam kemajuan militer, terutama kapal yang semuanya menggunakan listrik.
"Anda dapat menggunakan panas yang berasal dari boiler dan reaktor Anda untuk menghasilkan listrik yang kemudian akan menggerakkan motor listrik dan mendorong kapal listrik, " kata Gossard. “Kapal ini akan memiliki keuntungan tidak meninggalkan bulu-bulu air panas di belakang, yang membuatnya lebih mudah dilacak. Tapi itu akan membutuhkan daya megawatt, dan termoelektrik belum ditingkatkan sampai sejauh itu. "
Dengan materi ini, mungkin kita akan sampai di sana.
