Könnten Formgedächtnislegierungen die Wärmeenergie von Autos nutzen?

  • Peter Tucker
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Haben Sie jemals von Formgedächtnislegierungen gehört? DCI

In Zeiten knapper werdender Kraftstoffressourcen und steigender Benzinkosten tun die Autohersteller alles, um Autos energieeffizienter zu machen. Aber es gibt einen offensichtlichen Ort, an dem Energie einfach weggeworfen wird, während ein Auto fährt: in der Hitze, die aus dem Auspuff kommt.

Das erste Gesetz der Thermodynamik besagt, dass Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann, aber das bedeutet nicht, dass eine bestimmte Menge davon nicht einfach nutzlos werden kann. Im Allgemeinen verlässt nutzlose Energie ein System in Form von Wärme, und in einem Auto befindet sich ein Großteil dieser verschwendeten Wärmeenergie im Abgas. Aber was wäre, wenn wir einen Teil dieser Wärmeenergie wieder in eine nützliche Form umwandeln könnten - wie zum Beispiel Elektrizität? General Motors hat einen Prototyp entwickelt, der genau dies unter Verwendung von Formgedächtnislegierungen (SMAs) tut. Eine SMA ist eine Legierung, die je nach Temperatur zwei verschiedene Formen haben kann, eine sogenannte Ausgangsform, wenn sie heiß ist, und eine zweite Form, wenn sie kalt ist. Bewegen Sie ein Stück Formgedächtnislegierung zwischen heißen und kalten Umgebungen hin und her, und es wechselt zwischen diesen beiden Formen hin und her. Wissenschaftler haben seit einigen Jahren erkannt, dass in Drähte extrudierte SMAs eine Möglichkeit sein könnten, nutzbare Energie aus Wärme zu erzeugen, aber das System von GM ist das erste, das echte Möglichkeiten zur Stromerzeugung in einem Auto verspricht.

Um zu verstehen, wie das Gerät von GM funktioniert, stellen Sie sich ein System mit drei rotierenden Riemenscheiben vor, die an den Ecken eines Dreiecks angeordnet sind. Das Verbinden der Riemenscheiben ist ein durchgehendes Band aus Drähten aus Formgedächtnislegierungen. Wenn eine Ecke dieser Riemenscheibenanordnung in der Nähe des heißen Auspuffrohrs eines Autos und die anderen beiden Ecken in einem kühleren, besser belüfteten Bereich platziert werden, zieht sich das Band in seinen kürzeren Ausgangszustand zusammen, wenn es sich der Riemenscheibe in der heißen Ecke nähert. Diese Kontraktion zieht den Rest des Bandes danach, wodurch sich die Riemenscheiben drehen und mehr Draht in Richtung der beheizten Riemenscheibe bewegt wird. Die rotierenden Riemenscheiben ziehen dann den erhitzten SMA-Draht zurück in Richtung des kühlen Bereichs, wo er sich in einem fortlaufenden Zyklus wieder ausdehnt. Die von den Riemenscheiben erzeugte Kreisbewegung kann verwendet werden, um einen Generator anzutreiben, der Elektrizität erzeugt, die wiederum das Autoradio, die Klimaanlage und die Steckdose des Autos betreiben kann - was auch immer eine relativ niedrige Stromquelle benötigt.

Laut den Forschern von GM sollte es ungefähr zehn Jahre dauern, bis dieses Gerät vom Prototypenstadium zur praktischen Anwendung übergeht, aber es gibt noch viele Probleme, die im Weg stehen. Das Einbringen des SMA-Drahtes in seine Ausgangsform ist ein zeitaufwändiger Vorgang - derzeit dauert es etwa drei Monate - und die Metallermüdung macht SMAs nach längerer Verwendung bruchempfindlich. Der vorhandene Prototyp von GM erzeugt nur etwa zwei Watt Strom, das dafür verantwortliche Forschungsteam ist jedoch der Ansicht, dass dies für praktische Anwendungen skaliert werden kann. Natürlich gehen die Anwendungen für Elektrizität, die durch Formmetalllegierungen erzeugt wird, weit über Automobile hinaus, aber SMAs werden wahrscheinlich in den kommenden Jahren nicht allgemein als Mittel zum Recycling von Wärmeenergie eingesetzt.




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