Двигуни внутрішнього згоряння часто критикують за марнотратність. Можна багато обговорювати їхню неефективність, але правда полягає у тому, що саме технологія внутрішнього згоряння проклала шлях для сучасних транспортних технологій. До того ж неідеальна репутація не заважає дослідникам працювати над методами підвищення ефективності ДВС. Так, наприклад, інженери з Університету штату Пенсільванія стверджують, що їм вдалося створити спосіб конвертації теплової енергії вихлопу на електричну з допомогою маленького пристрою – термоелектричного генератора, що встановлюється у вихлопну трубу автомобіля.

За різними даними, ДВС втрачають до 75% енергії, яка буквально вилітає в трубу або нагріває сам двигун. Американські вчені опублікували в журналі ACS Applied Materials and Interfaces дослідження, що підтверджує перспективність термоелектричної генерації у контексті підвищення ККД двигунів внутрішнього згоряння. Варто зазначити, що термоелектричні генератори або пристрої рекуперації тепла – це не нове явище, але зазвичай такі системи є доволі складними та масивними. До того ж багато з них потребують додаткових ресурсів, наприклад, водяного охолодження для підтримки потрібного температурного диференціала. Дослідники з Університету штату Пенсільванія запропонували нову версію генератора – компактну та доволі просту.

Принцип роботи термоелектричного генератора полягає у прямому перетворенні теплової енергії на електричну через використання термоелементів. Генерація електроенергії відбувається унаслідок руху електронів між гарячою та холодною поверхнями під час проходження теплового потоку. Пристрій пенсільванських вчених виготовлено з телурид вісмуту – вузкозонного напівпровідника та широко відомого термоелектричного матеріалу. Найважливішим аспектом ефективності термоелектричного генератора є дотримання температурного диференціалу між двома поверхнями пристрою. Для розв’язання цієї проблеми вчені розробили складний радіатор з плавцеподібними виступами, яким необхідно обгорнути вихлопну трубу для ефективного розсіювання тепла через примусову конвекцію.

Максимальна вихідна потужність прототипу термоелектричного генератора сягнула 40 Вт, чого достатньо, наприклад, для зарядки телефону або ноутбуку. У симуляціях руху автомобіля на високій швидкості вчені змогли вигенерувати до 56 Вт електроенергії. Дослідники також протестували технологію на вихлопних трубах гвинтокрила: у цьому випадку продуктивність системи сягнула 146 Вт. Це не дуже багато, але непогано, зважаючи, що зазвичай ця енергія просто розсіюється в атмосфері. Важливою перевагою цього термоелектричного генератора є максимальна простота монтажу, адже він не потребує допоміжного водяного охолодження. Отже, його можна встановити на звичайних серійних автомобілях, наприклад, в гібридних авто такий пристрій допоміг би додатково збільшити запас ходу. На думку дослідників, ця технологія має потенціал і в інших транспортних засобах, особливо в мотоциклах або мотовсюдиходах, відкрита вихлопна система котрих сприяє кращому розсіюванню тепла.