«Φρένο» στους Σπάταλους Κινητήρες

Αν και το πιο οφθαλμοφανές μειονέκτημα των αυτοκινήτων είναι τα καυσαέρια που εκπέμπουν, τα κάθε λογής Ι.Χ. και λεωφορεία «χαραμίζουν» επίσης και τεράστια ποσά ενέργειας. Κι αυτό γιατί οι κινητήρες που χρησιμοποιούν είναι εξαιρετικά σπάταλοι: από την ενέργεια που παράγεται με την καύση της βενζίνης ή του ντίζελ, οι κινητήρες αξιοποιούν μόλις το 1/3, με τα υπόλοιπα 2/3 να «χάνονται» υπό τη μορφή θερμότητας που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Ακόμη χειρότερα, ένα μέρος από αυτό το 1/3 στην πραγματικότητα χρησιμοποιείται για να καλύπτει τις ανάγκες του αυτοκινήτου σε ρεύμα, οι οποίες τα τελευταία χρόνια έχουν αυξηθεί – για παράδειγμα, όποιος έχει χρησιμοποιήσει κλιματιστικό στο αυτοκίνητό του, ξέρει από πρώτο χέρι ότι τότε αυξάνεται η κατανάλωση καυσίμου.

Ερευνητές από το Τμήμα Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου, με επικεφαλής τον καθηγητή Κωνσταντίνο Παρασκευόπουλο, εξελίσσουν όμως μαζί με Ευρωπαίους συναδέλφους τους μία τεχνολογία η οποία υπόσχεται πως στο μέλλον θα αξιοποιεί ένα ποσοστό αυτής της άχρηστης θερμότητας. Πιο συγκεκριμένα, η τεχνολογία αυτή θα προέλθει από τη συνεργασία του εργαστηρίου με επτά ακόμη ερευνητικά ιδρύματα που συμμετέχουν στο πρόγραμμα Thermomag, το οποίο ξεκίνησε αυτό τον μήνα και θα διαρκέσει 3,5 χρόνια. Και η βασική προϋπόθεση για να γίνει πραγματικότητα είναι τα βελτιωμένα θερμοηλεκτρικά υλικά που θα αναπτυχθούν στο πλαίσιο του προγράμματος – υλικά δηλαδή που θα έχουν την ιδιότητα να παράγουν ρεύμα σε αξιοποιήσιμες ποσότητες, όταν τα άκρα τους βρίσκονται σε διαφορετική θερμοκρασία.

«Τα υλικά αυτά θα εκμεταλλεύονται τη θερμοκρασιακή διαφορά μεταξύ της εξάτμισης και του περιβάλλοντος, με σκοπό να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και επομένως να ανακτούν ένα μέρος της θερμότητας», εξηγεί ο Ευριπίδης Χατζηκρανιώτης, επίκουρος καθηγητής και μέλος της ομάδας. Ετσι, το παραγόμενο ρεύμα θα μπορεί να τροφοδοτήσει τα ηλεκτρικά κυκλώματα του αυτοκινήτου (π. χ. τον κλιματισμό), ώστε η μηχανή να λειτουργεί αποκλειστικά για την κίνηση του οχήματος. Κάτι που ουσιαστικά σημαίνει ότι η απόδοση του κινητήρα θα αυξηθεί έμμεσα, μειώνοντας την κατανάλωση καυσίμου έως και κατά 16%, όπως υπολογίζουν οι επιστήμονες, με παράλληλη ελάττωση και των καυσαερίων. «Στο πλαίσιο του Thermomag, θα κατασκευάσουμε επίσης όλα τα πρωτότυπα εξαρτήματα που θα πρέπει να εγκατασταθούν στην εξάτμιση ή σε άλλα μέρη του οχήματος», προσθέτει ο επιστήμονας, «ώστε, με το τέλος του προγράμματος, να έχουμε δοκιμάσει την τεχνολογία σε πραγματικά οχήματα».

Μάλιστα, ο σκοπός είναι τα εξαρτήματα αυτά να είναι συμβατά με κάθε τύπο οχήματος που βασίζεται σε κινητήρα εσωτερικής καύσης, για να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιοδήποτε μοντέλο βενζινοκίνητου ή ντιζελοκίνητου Ι. Χ., φορτηγού και λεωφορείου. Χαρακτηριστικό που, αν το συνδυάσει κανείς με το γεγονός ότι η τιμή του «μαύρου χρυσού» καταρρίπτει το ένα ρεκόρ μετά το άλλο, καταλαβαίνει γιατί στο Thermomag συμμετέχουν μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες όπως η Volvo, η Fiat και η Jaguar. Αξιοσημείωτο είναι επίσης ότι το πρόγραμμα αξιολογήθηκε από την Ευρωπαϊκή Ενωση με τη βαθμολογία-ρεκόρ 99 στα 100.

Βέβαια, ανάλογες προσπάθειες έχουν ξεκινήσει ήδη από τη δεκαετία του ’50, καθώς εδώ και αρκετές δεκαετίες είναι γνωστό ότι αρκετά υλικά δημιουργούν ηλεκτρική τάση όταν τα άκρα τους βρίσκονται σε διαφορετική θερμοκρασία. Ωστόσο, μέχρι σήμερα οι εφαρμογές είναι πολύ περιορισμένες, επειδή τα θερμοηλεκτρικά «πρώτης γενιάς» δεν μπορούν να μετατρέψουν μεγάλα ποσοστά θερμότητας σε ρεύμα. «Τις τελευταίες δεκαετίες, η εξέλιξη της νανοτεχνολογίας μας έχει δώσει τη δυνατότητα παρέμβασης στη μικροδομή των υλικών, με συνέπεια αρκετοί ερευνητές σε όλο τον κόσμο να έχουν ήδη αναπτύξει θερμοηλεκτρικά “δεύτερης γενιάς”, εμπλουτισμένα με νανο-ενώσεις που τους προσδίδουν συμπεριφορά πιο κοντά στην επιθυμητή», προσθέτει ο κ. Χατζηκρανιώτης. Ωστόσο, ενώ τα καινούρια υλικά έχουν απόδοση 11-15%, βασίζονται σε ενώσεις μολύβδου, ο οποίος είναι τοξικός. «Στόχος μας στο Thermomag είναι όχι μόνο να πολλαπλασιάσουμε αυτή την απόδοση, αλλά και να χρησιμοποιήσουμε ενώσεις μαγνησίου-πυριτίου, που είναι φιλικότερες στο περιβάλλον».

Η μελέτη των θερμοηλεκτρικών υλικών έχει διεθνώς έντονο ελληνικό χρώμα, αφού πρωτεργάτης παγκοσμίως στην έρευνα στον συγκεκριμένο τομέα θεωρείται ο Μερκούρης Κανατζίδης, καθηγητής στο πανεπιστήμιο Northwestern των ΗΠΑ. Η συνεργασία της ομάδας του ΑΠΘ με τον καθηγητή Κανατζίδη είναι πολυετής και συνεχής.

Στην πραγματικότητα, ο σκοπός του προγράμματος Thermomag, στο οποίο συμμετέχουν οι επιστήμονες από το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο, είναι ακόμη πιο μεγαλεπήβολος, αφού τα θερμοηλεκτρικά υλικά που θα αναπτύξουν θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιοδήποτε όχημα, επίγειο ή εναέριο, εξοπλισμένο με κινητήρα εσωτερικής καύσης. «Τη στιγμή που και στα αεροπλάνα ή στα ελικόπτερα έχουμε πάλι απώλειες ενέργειας υπό τη μορφή θερμότητας, φιλοδοξούμε να καλύψουμε και τέτοιες εφαρμογές», τονίζει ο κ. Χατζηκρανιώτης, «ώστε ένα μέρος της χαμένης θερμότητας να αξιοποιείται πάλι για την παραγωγή ρεύματος, με σκοπό τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και των ρύπων». Οι επιστήμονες θα μελετήσουν τη χρήση της τεχνολογίας ακόμη και σε… διαστημόπλοια, αν και για διαφορετικούς λόγους.

Οι ερευνητές εκτιμούν πως στο άμεσο μέλλον η τεχνολογία των θερμοηλεκτρικών υλικών έχει τη δυνατότητα να βελτιωθεί σε τέτοιο βαθμό, που δεν είναι απίθανο σε 10 χρόνια να εμφανισθούν τα πρώτα μοντέλα αυτοκινήτων τα οποία θα ανακυκλώνουν ένα μέρος της θερμότητας των εξατμίσεών τους. Και η συγκεκριμένη τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε πολλούς ακόμη τομείς πέρα από τις μετακινήσεις. «Αλλα θερμοηλεκτρικά υλικά από αυτά που θα αναπτύξουμε στο Thermomag, τα οποία θα λειτουργούν δηλαδή σε διαφορετικό εύρος θερμοκρασιών, θα μπορούσαν να αξιοποιούν τη θερμική ενέργεια που εκλύουν οι υψικάμινοι», λέει χαρακτηριστικά ο επίκουρος καθηγητής από το ΑΠΘ.

(από την εφημερίδα "ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ", 14/05/2011)