Termomagnetna pretvorba nizkotemperaturne odpadne toplote: pomen izbire permanentnih magnetov
Velik delež energije, uporabljene v industrijskih in drugih toplotnih procesih, se na koncu sprosti v okolico v obliki nizkotemperaturne odpadne toplote. Pretvorba vsaj dela te energije v uporabno električno energijo bi lahko prispevala k večji skupni energijski učinkovitosti in trajnostnejši rabi energetskih virov. Učinkovita pretvorba toplote, ki je na voljo pri razmeroma nizkih temperaturah, pa še vedno predstavlja pomemben tehnološki izziv.
Termomagnetna pretvorba energije predstavlja eno izmed alternativnih možnosti za izkoriščanje nizkotemperaturne odpadne toplote. Temelji na izraziti temperaturni odvisnosti magnetnih lastnosti termomagnetnih materialov. S cikličnim segrevanjem in ohlajanjem materiala v območju njegovega magnetnega faznega prehoda se spreminja njegova magnetizacija, kar omogoča spreminjanje magnetnega pretoka in posledično proizvodnjo električne energije.
V novi raziskavi, objavljeni v znanstveni reviji iScience (Cell Press), smo se osredotočili na pomemben sestavni del termomagnetnega generatorja (TMG), ki je bil doslej deležen razmeroma malo pozornosti – na permanentne magnete, ki predstavljajo vir magnetnega polja. Njihove lastnosti neposredno vplivajo na magnetno polje, ki mu je izpostavljen termomagnetni material, in s tem na delovanje celotnega sistema. Hkrati je pri izbiri permanentnih magnetov treba upoštevati tudi njihovo ceno, temperaturno stabilnost, dostopnost materialov ter uporabo kritičnih surovin.
Z numeričnim modelom termomagnetnega generatorja smo sistematično primerjali konfiguracije s tremi tehnološko pomembnimi vrstami permanentnih magnetov: neodim-železo-borovimi (NdFeB), Alnico in feritnimi magneti. Analiza zajema interakcijo med virom magnetnega polja in termomagnetnim materialom ter ovrednoti električni odziv generatorja, vključno z izhodno močjo, napetostjo in tokom med cikličnim delovanjem.
Rezultati pokažejo, da ima izbira permanentnega magneta pomemben vpliv na delovanje termomagnetnega generatorja. Visokozmogljivi permanentni magneti omogočajo doseganje močnejših magnetnih polj in s tem višjega električnega izhoda, medtem ko alternative brez redkih zemelj, kot sta Alnico in ferit, ponujajo drugačno kombinacijo magnetnih lastnosti, temperaturne stabilnosti, dostopnosti in cene. Izbire optimalnega vira magnetnega polja zato ni smiselno obravnavati zgolj z vidika največje magnetne jakosti, temveč kot del celovite zasnove termomagnetnega generatorja.
Raziskava prispeva k razvoju učinkovitejših in praktično izvedljivih sistemov za termomagnetno pridobivanje energije ter podaja smernice za izbiro permanentnih magnetov glede na zahteve posamezne aplikacije. Dolgoročno bi lahko tovrstni sistemi predstavljali dodatno možnost za pretvorbo danes večinoma neizkoriščene nizkotemperaturne odpadne toplote v električno energijo, zlasti tam, kjer je uporaba konvencionalnih tehnologij za pretvorbo toplote v elektriko otežena.
Članek je dostopen v reviji iScience: povezava.
