Термоэлектрические явления и, прежде всего, эффект Зеебека, до сих пор не находили применения в автомобилестроении. Но вскоре ситуация, возможно, изменится.

Так называемые термоэлектрические явления, обусловленные взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в проводниках и позволяющие, в частности, преобразовывать тепло в электроэнергию, вызывают сегодня все больший интерес у инженеров самых разных специальностей, но прежде всего – у автомобилестроителей.

К термоэлектрическим явлениям относятся три физических эффекта, названные по именам ученых, их открывших, – Зеебека, Пельтье и Томсона. Наиболее широкое применение в технике нашел эффект Зеебека, состоящий в возникновении электродвижущей силы – термоэдс – в замкнутой цепи, составленной из последовательно соединенных разнородных проводников тока, контакты между которыми имеют разные температуры. В частности, на этом эффекте основано действие так называемых термопар – термочувствительных элементов в устройствах для измерения температуры, системах управления и контроля.

И именно этот эффект и интересует сегодняшних автомобилестроителей – они рассчитывают использовать его для питания электропривода в гибридных конструкциях, а также бортовой сети обычных автомобилей.

Дело в том, что величина термоэдс, возникающей при эффекте Зеебека, зависит не только от абсолютного значения температур «горячего» и «холодного» контактов и от разности этих температур, но и от природы самих контактирующих материалов.

Долгое время использование термоэлектрического эффекта в автомобиле особого успеха не сулило, – говорит профессор Эльмар Вагнер (Elmar Wagner), руководитель Института средств физических измерений имени Фраунгофера во Фрайбурге, – поскольку у природных материалов эффект выражен недостаточно сильно. И лишь в последние 10–15 лет мы поняли, что существует возможность искусственно синтезировать материалы с нужными нам свойствами, раздельно изменяя, в частности, и такие параметры, как тепло- и электропроводность. Это позволило настолько повысить эффективность термоэлектрических элементов, что теперь получение в автомобиле электроэнергии из тепловой представляется уже вполне перспективным".

Собственно, речь идет не столько даже о создании новых материалов, сколько о придании старым материалам новой микро-, а точнее, наноструктуры. Это могут быть слоистые материалы с толщиной слоя в несколько нанометров или спеченные порошковые материалы с диаметром зерна в несколько нанометров. Такая наноструктуризация может во много раз усилить эффект Зеебека даже в столь хорошо известных термопарах как, скажем, теллурид сурьмы и теллурид висмута. Это вселяет в инженеров новые надежды.

Но их нынешний интерес к термоэлектричеству имеет, по словам профессора Вагнера, и другие причины:

До сих пор энергия была относительно дешевой, и мало кто заботился о том, чтобы сэкономить процент-другой. Сегодня же, я полагаю, уже всем ясно, что проблема энергосбережения будет сопровождать нас всегда. Это и заставило инженеров заняться вторичными эффектами – в частности, обратиться к идее использования тепла выхлопных газов для получения электроэнергии".

Термоэлектричество может перенять в автомобиле и такую важную функцию как питание многочисленных специальных сенсоров, поддерживающих между собой связь с помощью радиосигналов.

Это позволило бы создавать целые сети сенсоров, автономных в смысле энергоснабжения и не требующих проводного подключения, – говорит профессор Вагнер. – Источником энергии для них была бы окружающая среда. В автомобилестроении – да и в самолетостроении тоже – у таких сенсоров огромный потенциал, но лишь в том случае, если их не нужно соединять кабелями".

Важную роль пророчит термоэлектричеству и Герхард Бушман (Gerhard Buschmann), возглавляющий отдел разработки дизельных двигателей в берлинском Обществе инженеров автомобильного транспорта. По его мнению, термоэлектрические генераторы позволят с толком использовать значительную часть энергии, производимой двигателем внутреннего сгорания и бессмысленно теряемой сегодня в виде тепла.

Электроэнергию, необходимую любому современному автомобилю, а тем более – автомобилю с гибридным приводом, – говорит Бушман, – мы получаем сегодня крайне неэффективно: с помощью электромеханического генератора, КПД которого не слишком высок. Так что если нам удастся реализовать прямое получение электроэнергии из тепла, это будет замечательно!"