Troi gwres gwastraff yn bŵer trydanol: dyfais brintiedig 3D newydd a allai helpu diwydiant i gwtogi ar filiau ynni a lleihau carbon

Mae ymchwilwyr yng Nghanolfan Arloesi a Gwybodaeth SPECIFIC Prifysgol Abertawe wedi creu dyfais thermodrydanol brintiedig 3D newydd, sy'n troi gwres yn bŵer trydanol gyda ffactor effeithlonrwydd sydd dros 50% yn uwch na'r ffactor gorau blaenorol ar gyfer deunyddiau printiedig ac mae hefyd yn rhad i gynhyrchu’r ddyfais mewn swmp.

Ar hyn o bryd, bydd oddeutu un rhan o chwech o'r holl ynni a ddefnyddir gan ddiwydiant yn y DU yn troi’n wres gwastraff yn y diwedd, cyn cael ei ollwng i'r atmosffer.  Gallai harneisio hyn i greu trydan fod yn gam enfawr ymlaen wrth helpu diwydiant i gwtogi ar ei filiau ynni a lleihau ei ôl troed carbon.

Mae deunyddiau thermodrydanol yn troi gwahaniaethau mewn tymheredd yn bŵer trydanol, neu i’r gwrthwyneb. Fe'u defnyddir mewn oergelloedd, gorsafoedd pŵer a hyd yn oed mewn watsiau clyfar sy'n cael eu pweru gan wres y corff.

600 x 449

Llun:  Deunyddiau thermodrydanol: dangosodd arbrofion y tîm fod y deunydd wedi sicrhau’r sgoriau uchaf erioed o ran effeithlonrwydd perfformiad

Mae ymchwil blaenorol wedi dangos bod gan ddeunydd o'r enw tin selenid (SnSe), sef cyfansoddyn wedi'i wneud o din (Sn) a seleniwm (Se), botensial sylweddol fel deunydd thermodrydanol. Y broblem yw bod y dulliau a ddefnyddir i’w gynhyrchu yn defnyddio llawer o ynni felly maent yn ddrud iawn.  

Dyma le mae gwaith ymchwilwyr Abertawe'n helpu. Mae gan y dechneg y maent wedi'i datblygu y potensial i fod yn gost-isel ar gyfer diwydiant gan ei bod yn galluogi generaduron thermodrydanol SnSe i gael eu cynhyrchu yn gyflym ac yn rhwydd mewn symiau mawr.  

Aeth y tîm ati i droi'r tin selenid yn fath o inc y gallent ei argraffu i brofi ei nodweddion. Y cam nesaf oedd datblygu math o dechneg argraffu 3D i gynhyrchu generadur thermodrydanol bach a wnaed  o'r inc.

Dangosodd arbrofion y tîm fod y deunydd wedi sicrhau’r sgoriau uchaf erioed o ran effeithlonrwydd perfformiad, a gaiff ei fesur gan y “Ffigur Teilyngdod” (ZT).

  • Cyflawnodd elfen tîm Abertawe werth ZT (mesuriad o effeithlonrwydd generaduron thermodrydanol) o hyd at 1.7.
  • Cyn hynny y sgôr ZT orau ar gyfer deunydd thermodrydanol printiedig oedd 1.0. 
  • Golyga hyn mai graddfa effeithlonrwydd elfen tîm Abertawe - ar gyfer troi gwres yn drydan - oedd oddeutu 9.5%, o'i chymharu â'r sgôr orau flaenorol o 4.5%.

Gallai'r datblygiad fod o fudd penodol i ddiwydiannau lle mae tymereddau uchel yn rhan o'r broses weithgynhyrchu. 

Enghraifft o hyn yw gwneud dur, sy'n creu symiau helaeth o wres ac sy'n defnyddio pŵer trydanol sylweddol. Felly trwy ailgylchu'r gwres a'i droi'n bŵer, mae potensial i roi hwb sylweddol i effeithlonrwydd ynni. Bydd Tata Steel yn cefnogi ymchwilydd PhD ar y tîm i archwilio’r broses o gymhwyso'r dechnoleg i ddiwydiant. 

600 x 332

Llun:  Aeth y tîm ati i droi'r tin selenid yn fath o inc y gallent ei argraffu i brofi ei nodweddion

Mae'r tîm ymchwil o Ganolfan Arloesi a Gwybodaeth SPECIFIC, prosiect a arweinir gan Brifysgol Abertawe sy'n datblygu technolegau ar gyfer lleihau allyriadau carbon ac sy'n dangos sut y gellir eu defnyddio ar gyfer adeiladau a diwydiant.

Meddai Dr Matt Carnie o Brifysgol Abertawe, a arweiniodd yr ymchwil ar gyfer y gwaith hwn:

"Gall troi gwres gwastraff yn bŵer trydanol roi hwb sylweddol i effeithlonrwydd, gan gwtogi ar filiau a chan leihau allyriadau carbon. Yn ôl ein canfyddiadau, mae deunyddiau thermodrydanol printiedig sy’n defnyddio tin selenid yn cynnig ffordd addawol iawn ymlaen.

Y ddyfais a ddatblygwyd gennym yw'r deunydd thermodrydanol printiedig sy'n perfformio orau ar gofnod hyd yn hyn, ac mae'r ffactor effeithlonrwydd wedi gwella mwy na 50% o'i gymharu â'r ffactor uchaf blaenorol. Mae hefyd yn rhad i'w chynhyrchu mewn swmp yn lle  drwy ddefnyddio dulliau gweithgynhyrchu sefydledig.

Mae angen gwneud rhagor o waith ond mae'n gwaith eisoes yn dangos y gallai'r dechneg hon o gyfuno effeithlonrwydd ac economi, fod yn ddeniadol iawn i ddiwydiannau sy'n defnyddio'r symiau mwyaf o ynni."

Cyhoeddwyd yr ymchwil yn Advanced Energy Materials, un o'r prif gylchgronau academaidd yn y maes. Cafodd ei ariannu gan Gyngor Ymchwil Peirianneg a'r Gwyddorau Ffisegol, Innovate UK a Chronfa Datblygu Rhanbarthol Ewrop drwy Lywodraeth Cymru.

Darllenwch yr ymchwil

Coleg Peirianneg, Prifysgol Abertawe