Termoelektriska material, kan omvandla värme till elektricitet, är mycket lovande för att omvandla restvärme till elektrisk energi, eftersom de omvandlar knappt användbar eller nästan förlorad värmeenergi på ett effektivt sätt.

Forskare vid Institutet för materialvetenskap i Barcelona (ICMAB-CSIC) har skapat ett nytt koncept av termoelektriskt material, publiceras i tidskriften Energi- och miljövetenskap . Det är en enhet som består av cellulosa, produceras in situ i laboratoriet av bakterier, med små mängder av ett ledande nanomaterial, kolnanorör, använda en hållbar och miljövänlig strategi.

"Istället för att göra ett material för energi, vi odlar det" förklarar Mariano Campoy-Quiles, en forskare av denna studie. "Bakterie, dispergerad i ett vattenhaltigt odlingsmedium innehållande socker och kolnanorör, producera de nanocellulosafibrer som till slut bildar enheten, där kolnanorören är inbäddade" fortsätter Campoy-Quiles.

"Vi får en mekaniskt resistent, flexibelt och deformerbart material, tack vare cellulosafibrerna, och med hög elektrisk ledningsförmåga, tack vare kolnanorören, " förklarar Anna Laromaine, forskare i denna studie. "Avsikten är att närma sig begreppet cirkulär ekonomi, använda hållbara material som inte är giftiga för miljön, som används i små mängder, och som kan återvinnas och återanvändas, " förklarar Anna Roig, forskare i denna studie, "Enheten är gjord av hållbara och återvinningsbara material, och med ett högt mervärde, " tillägger hon.

Roig säger, "Detta material har en högre termisk stabilitet jämfört med andra termoelektriska material baserade på syntetiska polymerer, vilket gör att den når temperaturer på 250 °C. Dessutom, enheten använder inte giftiga ämnen, och cellulosan kan lätt återvinnas, eftersom det kan brytas ned genom en enzymatisk process som omvandlar det till glukos, samtidigt som kolnanorören återvinns, som är den dyraste delen av enheten." Dessutom, tjockheten, färg och genomskinlighet av materialet kan kontrolleras.

Campoy-Quiles förklarar att kolnanorör har valts för sina dimensioner:"Tack vare deras nanoskala diameter och deras få mikron i längd, kolnanorör tillåter, med mycket låga kvantiteter på till och med 1 procent, få elektrisk perkolation, dvs en kontinuerlig väg där de elektriska laddningarna kan färdas genom materialet, tillåter cellulosa att vara ledande. Dessutom, användningen av en så liten mängd nanorör (upp till maximalt 10%), samtidigt som den totala effektiviteten för ett material som innehåller 100 procent bibehålls, gör processen mycket ekonomisk och energieffektiv."

Roig säger, "Å andra sidan, dimensionerna på kolnanorör liknar dem hos cellulosa nanofibrer, vilket resulterar i en homogen dispersion. Dessutom, införandet av dessa nanomaterial har en positiv inverkan på cellulosas mekaniska egenskaper, gör den ännu mer deformerbar, töjbar och motståndskraftig."

Dessa enheter skulle kunna användas för att generera elektricitet från restvärme till matningssensorer i IoT-applikationer och jordbruk. "Inom en snar framtid, de kan användas som bärbara enheter, i medicinska eller sportapplikationer, till exempel. Och om effektiviteten optimerades ytterligare, detta material kan leda till intelligenta värmeisolatorer eller till hybrida solcells-termoelektriska kraftgenereringssystem, " förklarar Campoy-Quiles.

Roig säger, "På grund av cellulosans höga flexibilitet och processens skalbarhet, dessa enheter kan användas i applikationer där den kvarvarande värmekällan har ovanliga former eller stora ytor, eftersom de kunde täckas helt med detta material."

Eftersom bakteriell cellulosa lätt produceras, Tekniken kan vara det första steget mot ett nytt energiparadigm där användare kommer att kunna tillverka sina egna elektriska generatorer.