Kunde forma minneslegeringar utnyttja värmeenergi från bilar?

I en tid med minskade bränsleresurser och ökade bensinkostnader gör biltillverkarna allt de kan för att göra bilar mer energieffektiva. Men det finns en uppenbar plats där energi helt enkelt kastas bort medan en bil kör: i värmen som kommer ut ur svårröret.

Den första termodynamiklagen säger att energi varken kan skapas eller förstöras, men det betyder inte att en viss mängd av den inte kan bli värdelös. I allmänhet lämnar värdelös energi ett system i form av värme, och i en bil finns mycket av den bortkastade värmeenergin i avgaserna. Men tänk om vi kunde omvandla en del av den värmeenergin tillbaka till en användbar form - som till exempel el? General Motors har utvecklat en prototypenhet som gör just detta med hjälp av formminneslegeringar (SMA). En SMA är en legering som kan göras för att ha två olika former beroende på temperatur, en så kallad hemtillståndsform när det är varmt och ett andra tillstånd när det är svalt. Flytta ett stycke formminneslegering fram och tillbaka mellan varma och kalla miljöer och det kommer att ändras fram och tillbaka mellan dessa två former. Forskare har insett under ganska många år att SMA: er som strängsprutats ut i ledningar kan vara ett sätt att producera användbar energi från värme, men GM: s system är det första som visar verkligt löfte som ett sätt att generera el i en bil.

För att förstå hur GM: s enhet fungerar, föreställ dig ett system med tre roterande remskivor anordnade i hörnen av en triangel. Anslutning av remskivorna är ett kontinuerligt band tillverkat av formminneslegeringstrådar. Om ett hörn av detta remskivearrangement placeras nära en bils heta avgasrör och de andra två hörnen i ett svalare, bättre ventilerat område, kommer bandet att dras in i sitt kortare hemtillstånd när det närmar sig remskivan i det heta hörnet. Denna sammandragning kommer att dra resten av bandet efter det, vilket får remskivorna att rotera och flytta mer av tråden mot den uppvärmda remskivan. De roterande remskivorna drar sedan den uppvärmda SMA-tråden tillbaka mot den svala regionen, där den kommer att expandera igen under en fortsatt cykel. Den cirkulära rörelsen som produceras av remskivorna kan användas för att driva en generator som producerar elektricitet, som i sin tur kan köra bilens radio, luftkonditionering, eluttag - vad som än behöver en relativt låg nivå av elkraft.

Enligt GM: s forskare bör det ta ungefär tio år att flytta den här enheten från prototypstadiet till praktisk tillämpning, men det finns många problem som fortfarande står i vägen. Att bygga SMA-kabeln med sin hemstatliga form är en tidskrävande process - för närvarande tar det cirka tre månader - och metalltrötthet gör att SMA-mottagare blir känsliga för att bryta efter att de har använts ett tag. GM: s befintliga prototyp genererar bara cirka två watt el, men forskargruppen som ansvarar för den tror att detta kan skalas upp för praktiska tillämpningar. Naturligtvis går applikationerna för elektricitet som produceras av formmetalllegeringar långt bortom bilar, men SMA kommer förmodligen inte att komma i allmän användning som ett sätt att återvinna värmeenergi under flera år framöver.