Sản xuất công nghiệp thường đi kèm với mức giải phóng năng lượng nhiệt lớn, phần lớn trong số đó không thể thu hồi và bị thất thoát ra môi trường. Hiện nay, việc phát triển công nghệ tận dụng lượng nhiệt thải nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng đang ngày càng được chú ý. Các công nghệ này không chỉ cải thiện hiệu quả năng lượng trong quá trình sản xuất mà còn giảm đáng kể các tác động đến môi trường.

Theo các nhà khoa học tại MISIS, một trong những giải pháp triển vọng để giải quyết vấn đề này là sử dụng vật liệu nhiệt điện. Các vật liệu này có những tính năng riêng biệt để trực tiếp chuyển đổi năng lượng nhiệt thành điện năng.

Việc cải thiện này đạt được nhờ cấu trúc có độ xốp tối ưu (10-20%), giúp điều chỉnh cả độ dẫn nhiệt và dẫn điện. Thành phần chính của vật liệu là canxi manganite perovskite, kết hợp với marokite – một khoáng chất giàu mangan.

“Phương pháp tiếp cận của chúng tôi không chỉ tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường hơn mà còn cung cấp các công cụ điều chỉnh chính xác cấu trúc và thành phần vật liệu, từ đó cải thiện các đặc tính mục tiêu của chúng”  -  Giám đốc dự án Sergey Yudin, chuyên gia hàng đầu của Trung tâm nghiên cứu Gốm sứ với kết cấu vật liệu nano thuộc NUST MISIS, cho biết.

Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ có thể ứng dụng vào các nhà máy sản xuất nhiệt điện, với khả năng chuyển đổi 20% lượng nhiệt thất thoát thành điện. Điều này có thể làm tăng hiệu quả năng lượng trong quá trình sản xuất công nghiệp và giảm phát thải khí nhà kính.

Phương pháp mới có thể dễ dàng mở rộng quy mô và ứng dụng tại các quốc gia có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ và các quốc gia trong Liên minh châu Âu, góp phần nâng cao hiệu quả năng lượng toàn cầu và giảm phát thải carbon.

Theo các nhà khoa học, hiện có các phương pháp tổng hợp khác, như nhiệt phân hoặc tổng hợp pha rắn, nhưng đều tiêu tốn nhiều thời gian và năng lượng.

“Điểm khác biệt so với các vật liệu tương tự nằm ở khả năng đạt được hiệu suất chuyển đổi nhiệt thành điện năng cao kỷ lục, nhờ sự kết hợp độc đáo giữa độ xốp, thành phần pha và tính đồng nhất cấu trúc. Ngoài ra, phương pháp này loại trừ quá trình nung ở nhiệt độ cao kéo dài trong các phương pháp truyền thống, giúp dễ dàng tiết kiệm năng lượng và mở rộng quy mô hơn”, cộng sự nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu Gốm sứ với kết cấu vật liệu nano Zhanna Ermekova  nhận xét.

Trong tương lai, các nhà khoa học sẽ tập trung tìm kiếm các chất phụ gia tối ưu và xác định nồng độ phù hợp, cũng như nghiên cứu tác động của chúng đến các tính chất nhiệt điện của vật liệu. Những dữ liệu thu được sẽ giúp phát triển các vật liệu dẫn nhiệt hiệu quả và ổn đỉnh hơn có thể chịu được nhiệt độ cao.