Цены на бензин растут. Запасы топлива истощаются. Автопроизводители отчаянно пытаются выжать последние капли эффективности из двигателей внутреннего сгорания, но игнорируют самый очевидный источник потерь. Вы можете ощутить это каждый раз, когда трогаетесь со светофора. Тепло, вырывающееся из выхлопной трубы, — это чистая энергия, покидающая систему. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть уничтожена, а только преобразована. В автомобиле эта энергия в основном превращается в бесполезное тепло в выхлопном потоке.
Что, если бы мы могли уловить это тепло? Преобразовать его обратно в электричество?
У General Motors есть прототип устройства, которое, как утверждается, делает именно это. Оно использует сплавы с памятью формы (СПФ). Это специальные материалы, которые изменяют свою физическую форму в зависимости от температуры. У них есть «домашняя» форма при нагреве и другая форма при охлаждении. Перемещая сплав между горячими и холодными зонами, можно заставить его циклически переходить между этими состояниями. Ученые уже много лет знают, что проволока из СПФ может генерировать энергию из тепла. Система GM стала первой, продемонстрировавшей реальную перспективность для автомобильного применения.
Как работает тепловой двигатель на основе СПФ
Концепция проста. Представьте три шкива, расположенные в виде треугольника. Соедините их непрерывной лентой, изготовленной из проволоки из СПФ. Разместите один угол этого треугольника рядом с горячей выхлопной трубой. Другие два угла поместите в прохладную, хорошо вентилируемую зону.
Проволока в горячей зоне сжимается, принимая свою более короткую «домашнюю» форму. Это сжатие тянет остальную часть ленты. Шкивы вращаются. Это движение затягивает новую порцию проволоки в зону нагрева. Вращающиеся шкивы затем перемещают нагретую проволоку в холодную область. Там она расширяется. Цикл продолжается.
Это круговое движение приводит в действие генератор. В результате получается электричество. Его недостаточно для питания основного электродвигателя, но достаточно для работы радиоприемника, кондиционера или вспомогательных розеток. Это источник низкоуровневой мощности. Но это бесплатная энергия.
Путь к серийному производству
Не ожидайте увидеть это в своем следующем автомобиле. Исследователи GM оценивают срок перехода от прототипа к практическому применению в десять лет. Препятствия значительны.
Подготовка проволоки из СПФ занимает много времени. Придание ей формы «домашнего» состояния занимает около трех месяцев на одну партию. Усталость металла — еще один враг. Проволока ломается после многократных циклов. Текущий прототип GM вырабатывает всего два ватта. Команда считает, что этот показатель можно масштабировать. Они видят применение технологии не только в автомобилях. СПФ для утилизации тепла не будут широко использоваться еще несколько лет.
Мы все еще ждем прорыва, который превратит отработанное тепло в жизнеспособный компонент силовой установки. До тех пор тепло выхлопных газов уходит впустую. Разрыв в эффективности сохраняется. Технология существует. А вот сроки ее внедрения еще не определены.
