Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), используемые в большинстве современных автомобилей, обладают низким коэффициентом полезного действия. Лишь около 25% энергии, содержащейся в топливе, преобразуется в механическую работу, тогда как оставшиеся 75% теряются в виде тепла, главным образом через выхлопные газы и систему охлаждения. Эта неэффективность не только увеличивает расход топлива, но и способствует повышению выбросов парниковых газов, что негативно сказывается на окружающей среде.

Одним из перспективных методов повышения эффективности ДВС является использование термоэлектрических генераторов (ТЭГ). ТЭГ — это устройства, которые преобразуют тепловую энергию непосредственно в электрическую с помощью эффекта Зеебека. Когда существует разница температур между двумя сторонами термоэлектрического материала, возникает электрическое напряжение, которое можно использовать для питания различных систем автомобиля.

Современные разработки в области ТЭГ направлены на создание компактных и эффективных систем, способных работать в условиях высоких температур выхлопных газов. Один из таких прототипов использует полупроводниковый материал — теллурид висмута, известный своими хорошими термоэлектрическими свойствами. Система включает в себя теплообменники, аналогичные используемым в кондиционерах, для эффективного сбора тепла из выхлопной системы автомобиля. Дополнительно применяется радиатор для поддержания необходимой разницы температур между горячей и холодной сторонами термоэлектрического модуля, что напрямую влияет на вырабатываемую электрическую мощность.

В лабораторных условиях такой прототип достиг выходной мощности в 40 Вт, что достаточно для питания стандартной лампочки. При моделировании условий, имитирующих работу автомобиля на высоких скоростях, система показала еще более впечатляющие результаты: до 56 Вт при скоростях выхлопных газов, характерных для автомобилей, и до 146 Вт для условий, соответствующих работе вертолетов. Это эквивалентно мощности, вырабатываемой пятью и двенадцатью литий-ионными аккумуляторами типа 18650 соответственно.

Преимущества и перспективы развития

Внедрение ТЭГ в автомобильные системы имеет несколько значимых преимуществ:

• Снижение расхода топлива: Использование вырабатываемой ТЭГ электроэнергии для питания бортовых систем уменьшает нагрузку на генератор, что приводит к экономии топлива.
• Уменьшение выбросов CO₂: Повышение общей эффективности ДВС способствует снижению выбросов углекислого газа и других вредных веществ в атмосферу.
• Улучшение энергетической устойчивости: Рекуперация тепла выхлопных газов позволяет более рационально использовать энергию, что соответствует современным тенденциям в области устойчивого развития.

Несмотря на очевидные преимущества, существуют и технические вызовы. Многие существующие конструкции ТЭГ являются громоздкими и требуют дополнительной системы охлаждения для поддержания необходимой разницы температур. Однако современные исследования направлены на создание более компактных и эффективных систем, способных интегрироваться в существующие выхлопные системы без значительных модификаций.

Дальнейшие разработки в области термоэлектрических материалов и конструкций позволят создать ТЭГ с еще большей эффективностью и мощностью. Это откроет новые возможности для повышения экономичности и экологичности автомобилей, а также других транспортных средств, работающих на основе ДВС.