Инженеры создали «умный» цемент, который превращает тепло в электричество
На конференции SynBioBeta 2025 ученые и инженеры обсуждали, как новые материалы помогут сократить выбросы от производства бетона — одной из самых «грязных» отраслей и представили иновационный цемент, который превращает тепло в электричество, открывая путь к зданиям, питающим сами себя. Исследование, опубликованное в Science Bulletin, показывает, как этот материал может изменить строительство и сделать города более экологичными.
Команда профессора Чжоу Яна разработала цементно-гидрогелевый композит, вдохновленный строением стеблей растений. Этот материал не только прочный, как обычный бетон, но и умеет генерировать энергию. Его коэффициент Зеебека — показатель того, насколько хорошо материал превращает тепло в электричество — достиг –40,5 мВ/К. Это в 10 раз лучше, чем у других цементных материалов. А показатель качества (ZT) составил 6,6×10⁻² — в 6 раз выше прежних рекордов.
«Различие в скорости диффузии катионов и анионов в поровом растворе цемента наделяет его термоэлектрическими свойствами», — объясняют исследователи.
Коэффициент Зеебека измеряет, сколько вольт выделяется при нагреве материала на 1 градус. Представьте: если одна сторона стены теплее другой, этот цемент создает ток, как крошечная батарейка. Кроме того этот материал еще и уникален тем, что он не только производит электричество, но и сохраняет тепло, не тратя его зря.
Как это работает?
Обычный цемент немного проводит ток благодаря ионам (заряженным частицам), но они двигаются медленно из-за плотной структуры. Ученые добавили слои гидрогеля — мягкого материала, похожего на желе, из поливинилалкоголя (ПВА). Эти слои — как скоростные дороги для гидроксид-ионов (OH⁻), которые несут заряд. А ионы кальция (Ca²⁺) цепляются к границам между цементом и гидрогелем, создавая разницу в движении. Это усиливает ток, как если бы одна команда гребцов в лодке работала быстрее другой.
Такой дизайн не только вырабатывает энергию, но и хранит ее, как аккумулятор, встроенный прямо в стену.
«Представьте тротуар, который зажигает фонари, или мост, питающий датчики, следящие за трещинами, — без проводов и батарей. Материал использует разницу температур — например, между солнечной стеной и прохладным подвалом — чтобы создавать ток», — добавляют авторы исследования
