10/01/2019
Door Ad Spijkers
Wetenschappers van het Leibniz-Institut für Festkörper und Werkstoffforschung Dresden (IFW) hebben een nieuwe thermo-magnetische generator ontwikkeld om restwarmte om te zetten in stroom.
Door een slimme plaatsing van de componenten is het gelukt om de elektrische opbrengst met enkele ordegrootte te verbeteren. Daarmee wordt thermo-magnetische generatoren een voor dagelijks gebruik geschikte technologie voor het terugwinnen van elektrische energie uit restwarmte.
Restwarmte
Bij veel alledaagse processen en in de industrie ontstaat restwarmte die niet warm genoeg is om nuttig te gebruiken. Gewoonlijk wordt deze restwarmte aan de omgeving afgegeven, bijvoorbeeld bij grote IT-servers of de uitstoot van koeltorens bij elektriciteitscentrales. Tot nu toe waren er nauwelijks technologieën om deze restwarmte met lage temperatuur om te zetten in elektriciteit. Er wordt veel verwacht van zogeheten thermo-elektrische materialen, waarbij uit warmteverschillen in het materiaal direct een elektrische spanning kan worden gegenereerd.
Een andere mogelijkheid is het gebruik van thermo-magnetische generatoren. Deze maken gebruik van het principe dat de magnetische eigenschappen van bepaalde legeringen sterk afhankelijk zijn van de temperatuur. Zo'n materiaal is bijvoorbeeld de legering uit de elementen lanthaan, ijzer, kobalt en silicium, die tot nu toe voor magnetische koeltoepassingen werd gebruikt. Beneden ongeveer 27°C is het materiaal magnetisch, terwijl het bij hogere temperaturen niet magnetisch is.
Wanneer het materiaal afwisselend met warm en koud water in aanraking komt, verandert de magnetisering van het materiaal voortdurend. Dat leidt er toe dat in den aangesloten spoel een spanning wordt geïnduceerd, die kan worden benut door een gebruikstoestel. Dit principe van thermo-magnetische generatoren is al meer dan honderd jaar geleden ontwikkeld. Alleen is het gebruik ervan duidelijk minder dan van thermo-elektrische generatoren, hoewel theoretische berekeningen aantonen dat veel betere karakteristieken mogelijk moeten zijn.
Thermo-magnetische generator
Door een slimme plaatsing van de afzonderlijke componenten is het wetenschappers van IFW Dresden in samenwerking met de TU Dresden en de Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) in Berlijn gelukt om het vermogen van thermomagnetische generatoren met enkele ordegrootten te verbeteren. Hiervoor gebruikten ze een magnetische kringloop uit twee magneetbronnen en twee elementen van de thermo-magnetische legering.
De afzonderlijke componenten zijn verbonden via een magnetisch geleidend materiaal, dat op twee plaatsen is omwikkeld door een spoel. Een koud wisselbad van de thermomagnetische elementen zorgt er voor dat ze de magnetische flow afwisselend geleiden en onderbreken. Dit resulteert in een continue ompoling van de magnetische flow in de kringloop, waardoor in de spoelen een elektrische spanning wordt opgewekt. Met een spanning van 0,2 Volt en een vermogen van 1,24 mW is de nieuwe thermo-magnetische generator niet alleen een ordegrootte beter dan zijn voorganger, maar ontwikkelt zich daarmee ook tot een mogelijk alternatief voor thermo-elektrische generatoren.
Daarbij komt nog dat de onderzoekers nog veel mogelijkheden zien om de karakteristieken verder te optimaliseren. Ze zijn er van overtuigd dat de enorme verbetering van de thermo-magnetische generators deze technologie helpt door te breken.
(foto: IFW Dresden)