Plast kan forvandle varme til elektrisk strøm
Store mængder energi går tabt, fordi man ikke kan udnytte al den varme, som produceres på kraftværker. Men nu har forskerne fundet særlige plast-materialer, der kan bruges til at få elektricitet ud af varme.

Særlige former for plast kan være halvmetaller, viser et internationalt forskningsprojekt. Bag polymer-prøverne ses Xavier Crispin, der leder projektet fra Linköpings Universitet. (Foto: Ida L. Flanagan)

Normalt kan strøm ikke løbe igennem plastic. Derfor er almindelige elektriske ledninger forsynet med et lag plast, så man ikke får stød, hvis man rører ved dem. Men særlige former for plast - helt specielle polymerer - kan faktisk godt lede elektrisk strøm på samme måde som metaller.

Der findes også polymerer, der deler visse egenskaber med metaller, men som ikke opfører sig på helt samme måde. Sådan et materiale kaldes et halvmetal, og 20 forskere fra Danmark, Sverige, Norge, Belgien og Australien har kigget nærmere på de halvmetalliske polymerer. Det er der kommet en artikel til det videnskabelige tidsskrift Nature Materials ud af.

Sagen er den, at halvmetalliske polymerer kan være termoelektriske. Det betyder, at de leder strøm forskelligt alt efter temperaturen. Den effekt kan udnyttes, for hvis nu den ene side af materialet er varm, og den anden side er kold, så opstår der en spændingsforskel. På den måde kan de termoelektriske polymerer forvandle varme til elektricitet.

Spildvarme bliver til elektricitet

De særlige materialer kan bruges til at udnytte varme, som ellers ville gå til spilde. Det kan for eksempel være på kraftværker, hvor strømmen produceres ved afbrænding af kul, olie, gas eller affald eller med atomkraft. En stor del af energien går tabt, fordi meget af varmen blot forsvinder ud i atmosfæren.

Fakta

Jens Wenzel Andreasens rolle i det videnskabelige arbejde har været at undersøge strukturen af meget tynde lag af forskellige halvmetalliske polymerer ved hjælp af røntgenstråler. Han fandt ud af, at polymer-kæderne helst skal pakke sig godt sammen i materialet. Jo mere velordnet, materialet er, desto bedre termoelektriske egenskaber har det nemlig.

De termoelektriske polymerer kan fange meget af den varme, der ellers ville gå til spilde, og omdanne den til elektricitet. Det kræver dog, at varmen ikke er så voldsom, at polymererne mister deres termoelektriske egenskaber - det virker selvfølgelig ikke, hvis plasticen smelter.

»Fra traditionelle energikilder er der typisk et tab på 50 procent af energien i form af varme. En stor del af dette er faktisk lav-temperatur, så her kan billige termoelektriske materialer komme til nytte,« fortæller medforfatter på den videnskabelige artikel Jens Wenzel Andreasen, der er seniorforsker ved Institut for Energikonvertering og -lagring på Danmarks Tekniske Universitet.

»Det samme gælder for eksempelvis solenergi, hvor der typisk er et stor varmetab under 100°C.«

Plast er billigt at fremstille

Termoelektriske materialer har været kendt længe, men de bruges ikke særlig meget. Den høje pris står i vejen for en mere udbredt anvendelse.

Fakta

I 2000 gik Nobelprisen i kemi til Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid og Hideki Shirakawa. De fik prisen for opdagelsen af de første elektrisk ledende polymerer.

»Termoelektriske materialer er normalt ret dyre. De fremstilles af sjældne stoffer, som også kan være giftige. Men polymerer er meget billigere at fremstille, og produktionen involverer ikke sjældne stoffer,« siger Jens Wenzel Andreasen.

»Polymerer er også nemmere at arbejde med. De kan opløses i solventer (opløsningsmidler, red.) og for eksempel hældes på en inkjet-printer eller en trykkemaskine. Så kan man trykke eller printe et tyndt lag polymer ud nemt og hurtigt.«

Jagten fortsætter

Forskerne har prøvet at finde frem til de allerbedste termoelektriske materialer blandt halvmetalliske polymerer af PEDOT, poly(3,4-ethylendioxythiofen). Selvom ingen af dem er lige så effektive som det velkendte termoelektriske materiale bismuth-antimon-tellurid, så kan plast-materialerne sagtens være vejen frem, fordi de er så meget billigere at fremstille.

»Nu har vi en bedre forståelse af baggrunden for de egenskaber, de halvmetalliske polymerer har. Det kan forhåbentlig føre til endnu bedre og ikke mindst billige termoelektriske materialer,« slutter Jens Wenzel Andreasen.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs nyt om fusionsenergi, som DTU med forsøgsreaktoren på billedet nedenfor - en såkaldt tokamak - nu er kommet lidt nærmere.