Zapanjujući udio svjetske energije gubi se kao otpadna toplina. Većina automobila na plin koristi manje od 30% energije iz goriva za kretanje po cesti. Velika većina energije se raspršuje kao toplina, uglavnom zbog neučinkovitosti tijekom rada motora. Otprilike jedna trećina energije koju troše industrijski procesi koji se javljaju u rafinerijama, čeličanama i drugim mjestima također se rasipa kao izgubljena toplina.

Jedan od načina povrata tih gubitaka je pretvaranje otpadne topline u električnu energiju. Istraživači iz Ujedinjenog Kraljevstva i Francuske osmislili su i stvorili novi materijal koji bi mogao dati poticaj takvim tehnologijama pretvorbe energije. Materijal kombinira dva različita rasporeda atoma za koje je utvrđeno da usporavaju toplinu dok se kreće kroz strukturu krute tvari. Studija, objavljena u časopisu Science, proizvela je takozvanu volumnu superrešetku s iznimno niskom toplinskom vodljivošću.

"Toplinska vodljivost predstavlja koliko lako toplina može putovati kroz materijal", rekao je autor studije Matt Rosseinsky, kemičar sa Sveučilišta u Liverpoolu. "Materijali koji imaju nisku toplinsku vodljivost neophodni su za prikupljanje otpadne topline i njezinu pretvorbu u električnu energiju."

Na primjer, toplina se sporije kreće kroz keramiku, koja ima nisku toplinsku vodljivost, nego kroz metale visoke toplinske vodljivosti kao što je aluminij. Tehnologije koje koriste termoelektrični efekt - ili izravnu konverziju temperaturnih razlika u električni napon - za povrat otpadne topline zahtijevaju materijale s vrlo niskom toplinskom vodljivošću jer što se temperaturna razlika duže održava, to se više energije izvlači iz procesa.

Rosseinsky i njegovi kolege počeli su pokušavajući razumjeti mehanizme odgovorne za smanjen prijenos topline u svakoj komponenti superrešetke - naime, kemijske spojeve BiOCl i Bi2O2Se. Njihovo kombiniranje u jedan materijal zahtijevalo je pažljiv odabir načina na koji će slojevi međusobno komunicirati kako bi se izgradio kristal koji je još više usporio toplinu.

Nakon što je uspješno sintetiziran, konačni materijal, poznat kemičarima kao Bi4O4SeCl2, postigao je toplinsku vodljivost nižu od ostalih materijala te vrste. Intuitivni dizajn velike superrešetke doveo je do performansi koje su premašile performanse njegovih pojedinačnih komponenti.

Potrebno je više rada na ugađanju njegovih elektroničkih svojstava kako bi se stvorio termoelektrični materijal za tehnologije pretvorbe energije, ali strategija kombiniranja atomskih aranžmana mogla bi se proširiti kako bi se poboljšala druga fizička svojstva, kao što su supravodljivost za bolji prijenos električne energije ili magnetizam za pohranu informacija s minimalnom potrošnjom energije.

"Postoje potencijalne industrijske primjene u svim sektorima nakon što optimiziramo materijal", rekao je autor studije Jonathan Alaria, fizičar sa Sveučilišta u Liverpoolu. "To je zato što su materijali s tako niskom toplinskom vodljivošću kritični za razvoj novih tehnologija povezanih s energijom koje mogu pretvoriti otpadnu toplinu u energiju."