Med energibesparing förväntas spela en växande roll för att hantera den globala efterfrågan, material och metoder som bättre utnyttjar befintliga energikällor har blivit allt viktigare.

Forskare rapporterade denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences att de har visat ett steg framåt i att konvertera spillvärme - från industriella skorstenar, kraftverk eller till och med bilavgasrör - till elektricitet.

Arbetet, använder en termoelektrisk förening bestående av niob, titan, järn och antimon, lyckades höja materialets effekttäthet dramatiskt genom att använda en mycket varm pressningstemperatur - upp till 1373 Kelvin, eller ca 2, 000 grader Fahrenheit - för att skapa materialet.

"Majoriteten av industriell energitillförsel går förlorad som spillvärme, ", skrev forskarna. "Att omvandla en del av spillvärmen till användbar elkraft kommer att leda till en minskning av förbrukningen av fossila bränslen och CO2-utsläpp."

Termoelektriska material producerar elektricitet genom att utnyttja flödet av värmeström från ett varmare område till ett svalare område, och deras effektivitet beräknas som måttet på hur väl materialet omvandlar värme - ofta spillvärme som genereras av kraftverk eller andra industriella processer - till kraft. Till exempel, ett material som tar in 100 watt värme och producerar 10 watt el har en verkningsgrad på 10 procent.

Det är det traditionella sättet att betrakta termoelektriska material, sa Zhifeng Ren, MD Anderson professor i fysik vid University of Houston och huvudförfattare till artikeln. Men att ha en relativt hög omvandlingseffektivitet garanterar inte en hög effekt, som mäter mängden energi som produceras av materialet snarare än omvandlingshastigheten.

Eftersom spillvärme är en riklig – och gratis – källa till bränsle, omvandlingshastigheten är mindre viktig än den totala mängden energi som kan produceras, sa Ren, som också är huvudutredare vid Texas Center for Superconductivity vid UH. "Förr, det har inte betonats."

Förutom Ren, forskare som är involverade i projektet inkluderar Ran He, Jun Mao, Qing Jie, Jing Shuai, Hee Seok Kim, Yuan Liu och Paul C.W. Chu, hela UH; Daniel Kraemer, Lingping Zeng och Gang Chen från Massachusetts Institute of Technology; Yucheng Lan från Morgan State University, och Chunhua Li och David Broido från Boston College.

Forskarna anpassade en förening som består av niob, järn och antimon, ersätta mellan 4 och 5 procent av nioben med titan. Att bearbeta den nya föreningen vid en mängd olika höga temperaturer antydde att en mycket hög temperatur - 1373 Kelvin - resulterade i ett material med en ovanligt hög effektfaktor.

"För de flesta termoelektriska material, en effektfaktor på 40 är bra, " sa Ren. "Många har en effektfaktor på 20 eller 30."

Det nya materialet har en effektfaktor på 106 vid rumstemperatur, och forskare kunde visa en uteffekttäthet på 22 watt per kvadratcentimeter, mycket högre än de 5 till 6 watt som normalt produceras, han sa.

"Denna aspekt av termoelektrik måste betonas, " sa han. "Du kan inte bara titta på effektiviteten. Du måste också titta på effektfaktorn och effektuttaget."