La începutul acestui an, șefii de stat și de guvern ai țărilor membre UE au stabilit o serie de obiectivele energetice care trebuie atinse până în 2025, pentru a reduce emisiile de CO2, pentru a crește utilizarea sursei de energie regenerabilă și pentru a scădea utilizarea energiei primare, ca sursă. Până în prezent, modul în care resursele energetice generale au fost consumate și transformate în altele forme de energie mai practice (cum ar fi electricitatea) este în mare parte prin energie termică. Tocmai pentru a mări eficiența energiei electrice, Comisia Europeană recomandă câteva strategii pentru dezvoltarea unor materiale destinate utilajelor și dispozitivelor electrice utilizate inclusiv în industria construcțiilor, dar și în uzul casnic. Recomandările au fost cuprinse în documentul C.E. ”Forward looking workshop on Materials for Emerging Energy Technologies”. Posibilitatea unor economii uriașe După utilizare, la o eficiență medie de aproximativ 40%, cea mai mare parte a energiei termice produsă este respinsă în atmosfera și oceane ca deșeuri de căldură. Gazele fierbinți (T> 600 C) pot de obicei produce electricitate prin intermediul motorului termic (ciclu termodinamic). Cu toate acestea, devine mai puțin economice în raport cu alte soluții. De aceea, generatoarele termoelectrice (TEG) sunt o alternativă pentru a transforma o parte din aceasta căldură uzată și sursă naturală de căldură în RT-600 C, în electricitate. Cu ajutorul lor, se pot face economii uriașe de energie, bani, materiale etc., contribuind astfel la tranziția spre o lume sustenabilă. Ca dovadă, dacă aceste TEG-uri, ar putea recupera 1% din energia primară conținută în cărbune, gaze naturale, petrol și energie nucleară pe care le consumăm în UE-27, s-ar primi înapoi 191 TWh/an de energie electrică. Însă, această strategie implică o masivă implementarea a cogeneratorilor TEG în Europa. Rolul cercetării materialelor în tehnologiile energetice emergente Generatoarele termoelectrice (TEG) sunt dispozitive semiconductoare care generează puterea electrică de la o temperatură gradient (ΔT). TEG-urile sunt compuse din două semiconductoare (de tip p și tip n), conectate electric în serie și termic, în paralel. Eficiența TEG-urilor este direct legată de proprietățile materialului termic (conductivitate K, conductivitate electrică σ și coeficientul Seebeck S). Introducerea nanostructurilor în materialele termoelectrice a dus la îmbunătățirea semnificativă a acestor proprietăți. Până în prezent, una dintre principalele strategii a fost de a reduce conductivitatea termică prin împrăștierea de fotoni. Însă, este necesar un efort mai mare pentru:

• înțelegerea interacțiunii dintre acțiunea termică, electrică și entropia transportului de energie;
• controlul nanostructurilor care pot fi folosite în dispozitive; și

(iii) îmbunătățirea materialelor pentru lipit, plăci ceramice, ambalaje etc. În acest sens, unele combinații au fost considerate soluții ieftine și mai puțin toxice: Mg2Si, CoSb3, ZnSb, ZnO, alți oxizi. De asemenea înțelegerea fundamentelor, cum ar fi efectul interfețelor, cristalinitatea, dopajul, etc., sunt necesare pentru determinarea mai exactă a proprietăților termoelectrice. Materiale obținute direct din metode bazate pe soluții, cum ar fi sol-gel sau electrodepunere, sunt avantajoase, deoarece asigură scalabilitatea la nivel industrial și la un preț competitiv. Nevoi tehnice și blocaje O implementare masivă a TEG-urilor presupune cerințe privind materialele și generatoarele termoelectrice. Materialele TE trebuie să fie eficiente, stabile, ecologice, compuse din elemente prezente în natură și sintetizate cu o metodă scalabilă. De asemenea, procesul de fabricație trebuie să fie ieftin. În zilele de azi fabricarea constituie 50% din costul unui TEG. În acest moment, materialele și metoda de fabricație nu sunt explorate suficient și constituie principala problemă pentru utilizarea acestei tehnologii. Proprietățile termoelectrice nu sunt simple pentru a fi măsurate cu precizie (metrologie, standardizare). Unele materiale posedă nanostructuri complexe, fiind fabricate cu metode sofisticate.  La rândul lor, materialele TE pentru un interval de temperatură scăzută (T <250 C) se bazează pe aliaje Bi2Te3. Aceste aliaje sunt toxice pentru mediu, nefiind reciclabile. Oportunități, sinergii și teme comune Comparativ cu alte energii intermitente alternative, TEG-urile pot furniza constant surse de electricitate, mai ales că nu au piese mecanice care se pot uza. TEG-urile au nevoie de puțină întreținere și sunt compacte, în comparație cu motoarele termice. Pentru căldura reziduală la o temperatură scăzută și naturală, ca surse de căldură, nu există concurență tehnologică, deci, există o oportunitate imensă. TEG-uri subțiri și flexibile sunt avute în vedere ca surse de alimentare pentru construcții, indiferent de caracterul lor. Materiale compozite Lumea devine mai ”electrică”, utilizând dispozitive precum baterii și supercondensatori, care sunt acum o parte vitală a viații de zi cu zi. Nu numai că există o creștere a electrificării transportului sau a dispozitivelor portabile din case, dar ele răspund, de asemenea, necesității unei mai bune stocări a energiei electrice. Stocarea de energie la scară mică este vitală. Deci, s-a recunoscut că adoptarea materialelor compozite va conduce la economii. Economii suplimentare considerabile pot fi realizate prin utilizarea de compozite multifuncționale, materiale în care constituenții îndeplinesc simultan și sinergic două roluri (în instanța puterii structurale; stocarea energiei electrice în timpul transportului în sarcină mecanică). Acest lucru nu ar trebui să fie confundat cu structuri multifuncționale, în care se află componente distincte, ambalate împreună, pentru a minimiza masa (de exemplu, încorporarea bateriilor în interiorul unui laminat). Dezvoltarea materialelor pentru puteri structurale este provocatoare, dar beneficiile ar putea fi considerabile. Dacă, tehnic, obstacolele sunt depășite, ele ar putea conduce la economii imense de greutate, într-o gamă de aplicații. În esență, materialele utilizate în prezent într-o capacitate structurală vor furniza energia electrică dar și potențialul de renunțare la necesitatea unei surse de energie convențională. Cele mai performante sunt compozitele polimerice, care au ajuns acum la nivel de maturitate la care pot fi luate în calcul configurații eficiente și competitive. Progrese considerabile Unele laboratoare de cercetare au realizat progrese considerabile în dezvoltarea de condensatori structurali, baterii și celule energetice, în timp ce Imperial College a creat supercondensatoare structurale. În mod similar, SWEREA SICOMP (Suedia) BAE, au fost dezvoltat baterii structurale. Pentru baterii, focalizarea a fost de a maximiza percolarea ionică în fibre, în timp ce, pentru abordarea practică, au fost folosite supercondensatoare, pentru a crește acțiunea fibrelor electrochimice de suprafață, fara a compromiste proprietățile mecanice ale dispozitivului. Pentru sistemele matrice, abordarea a fost cea a utilizării nanostructurilor, pentru a asigura robustețe structurală, permițând în același timp migrarea ionilor. Aceste cerințe sunt reciproc opuse, fapt care a făcut ca dezvoltarea matricelor să fie foarte provocatoare. În cele din urma, interfața dintre armătură și matrice este vitală, atât pentru partea de electricitate, cât și pentru performanță mecanică.