Der thermoelektrische Prozess ist die direkte Umwandlung von Wärme in Strom und wieder zurück beim Heizen oder Kühlen eines Objekts. Thermoelektrische Materialien können verwendet werden, um Temperaturänderungen zu messen, die tatsächliche Temperatur eines Objekts zu ändern und eine elektrische Ladung zu erzeugen, die zur Stromerzeugung verwendet werden kann. Im Jahr 2011 waren thermoelektrische Materialien zu ineffizient, um nützlich zu sein, aber Automobilingenieure versuchen, sie zu verwenden, um verschwendete Wärmeenergie aus einem Fahrzeug zu gewinnen und sie in nutzbaren Strom umzuwandeln. Forscher versuchen, die Effizienz thermoelektrischer Materialien zu erhöhen, um sie wirtschaftlicher zu machen, damit sie zur Herstellung kostengünstiger und effizienterer Kühlschränke, Klimaanlagen und anderer Geräte verwendet werden können, die eine Kühlung benötigen.
Thermoelektrische Prozesse treten aufgrund des Peltier-Effekts auf, bei dem es sich um das Kühlen und Erhitzen von gegenüberliegenden Kontaktstellen in elektrischen Schaltkreisen mit unterschiedlichen Halbleitern handelt. Thermoelektrische Materialien können verwendet werden, um Kühlvorrichtungen zu erzeugen oder Kälte bereitzustellen. Eines der heute gebräuchlichsten thermoelektrischen Materialien ist Wismuttellurid, eine teure Verbindung, die bis zu 1,000 US-Dollar (USD)/lb (2,000 US-Dollar/kg) kosten kann. Bei richtiger Vorbereitung erzeugt dieses thermoelektrische Material zuverlässige Temperaturänderungen zwischen 14 und 266 ° F (-10 bis 130 ° C). Thermoelektrische Systeme arbeiten zuverlässig und präzise ohne den Lärm herkömmlicher Heiz-, Kühl- und Kühlsysteme und ohne umweltschädliche Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).
Seit mehreren Jahren nutzt die National Aeronautics and Space Administration (NASA) die Kraft thermoelektrischer Materialien, um Raumsonden in den tiefsten Winkeln des Weltraums anzutreiben, die so weit von der Sonne entfernt sind, dass Sonnenkollektoren nutzlos sind. Der Prozess beinhaltet die Einbettung von Kernmaterial in einen Radioisotopen-Thermogenerator, in dem der radiologische Zerfall Wärmeenergie erzeugt, die dann in Elektrizität umgewandelt wird, um die Sonde anzutreiben. Dies ist der gleiche Prozess, den Automobilingenieure aus der Abwärme von Automotoren zu nutzen versuchen – Wärme, die in Strom umgewandelt werden kann, um das Auto anzutreiben.
Die Forschung und Entwicklung thermoelektrischer Materialien wird vom Energy Frontier Research Center am Massachusetts Institute of Technology (MIT) durchgeführt. Dort haben Forscher und Wissenschaftler einige ziemlich bedeutende Entdeckungen gemacht, wie die Kopplung von thermischer Unordnung und elektronischen Strukturen bei endlicher Temperatur. Die aktuellen Herausforderungen in diesem Bereich bestehen darin, neue, noch unentdeckte Materialien mit effizienteren thermoelektrischen Fähigkeiten zu identifizieren oder zu synthetisieren. Fortschritte in diesem Bereich können die Entwicklung von Materialien ermöglichen, die Strom aus Abwärme erzeugen und eine nachhaltige globale Energielösung bieten.