Célula solar com esteroides quebra limite máximo de potência

Efeito fotovoltaico em massa

Imagine que você acreditasse que um recorde mundial fosse o limite máximo passível de ser atingido em alguma modalidade esportiva. Então, alguém fisicamente melhor adaptado e com uma técnica aprimorada de treinamento entra em campo e supera aquele recorde.

É algo assim que está acontecendo no campo da energia solar. Acostumados com décadas de desenvolvimento das células solares de semicondutores - e seus intrínsecos limites máximos de eficiência - poucos se deram conta de que há outros meios de geração fotovoltaica que podem ser muito mais eficientes.

Na década de 1960, o físico russo Vladimir Fridkin descobriu um efeito fotovoltaico maciço, ou em bruto, que não ocorre na interface entre dois materiais semicondutores, como nas células solares tradicionais, mas em um material inteiro.

O mecanismo baseia-se na coleta dos chamados elétrons "quentes", aqueles que ganham uma energia adicional da luz solar, mas que precisam ser capturados rapidamente, antes que percam seu excesso de energia.

Embora prometa um novo paradigma para a construção de células solares, esse chamado "efeito fotovoltaico em massa" vinha recebendo relativamente pouca atenção porque não se conhecem muitos materiais que apresentem o efeito.

Célula solar de titanato de bário

Agora, Jonathan Spanier e seus colegas da Universidade de Drexel, nos EUA, em colaboração com o próprio professor Fridkin, descobriram um material promissor.

O material extrai energia de uma pequena porção do espectro da luz solar com uma eficiência de conversão que está acima do seu máximo teórico - um valor conhecido como limite de Shockley-Queisser.

Spanier usou um cristal de titanato de bário para converter a luz solar em energia elétrica de forma muito mais eficiente do que o limite de eficiência de potência estabelece para um material que não absorve quase nenhuma luz no espectro visível - ele absorve apenas ultravioleta.

"O titanato de bário absorve menos de um décimo do espectro do Sol. Mas o nosso dispositivo converte a energia incidente de modo 50% mais eficiente do que o limite teórico para uma célula solar convencional construída usando esse material ou um material com o mesmo intervalo de energia," disse Spanier.

Matrix: Calor do corpo gera energia para suas máquinas

Calor do corpo como fonte de energia

Enquanto na trilogia Matrix o calor do corpo dos seres humanos fornecia energia para suas grandes inimigas - as máquinas - na realidade menos distópica ele pode fornecer eletricidade para o deleite dos próprios humanos.

Com os eletrônicos portáteis e de vestir ganhando em popularidade, várias formas de suprir-lhes a energia que precisam para funcionar têm sido pesquisadas. Nesse conceito, conhecido como "colheita de energia", nanogeradores geralmente aproveitam o movimento do corpo, da respiração, dos batimentos cardíacos e por aí vai.

O calor do corpo também é um candidato natural a essa exploração, mas os materiais termoelétricos disponíveis precisam de grandes diferenças de temperatura, maiores do que as normalmente encontradas entre nossa pele e o ar circundante.

Termocélula

Uma solução acaba de ser encontrada por Peihua Yang e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, na China.

Eles desenvolveram uma termocélula flexível - essencial para equipamentos de vestir - feita com dois eletrodos gelatinosos, que gera eletricidade a partir de uma diferença de temperatura que já é factível para ambientes mais frios.

A termocélula explora o efeito termogalvânico, que gera uma diferença de potencial quando dois eletrodos em contato com um eletrólito líquido - ou gelatinoso - são submetidos a uma diferença de temperatura.

A uma temperatura ambiente de 5ºC, a termocélula gera 0,3 microwatts a uma tensão de 0,7 volts, o que já é suficiente para alimentar pequenos sensores ou ajudar a recarregar uma bateria.

Com a demonstração de que o conceito funciona, a equipe afirma que já está trabalhando em busca de materiais que ofereçam um melhor rendimento e que funcionem também no verão.

Tecido coleta duas formas de energia

Tecido que gera energia

Este tecido é capaz de gerar eletricidade explorando simultaneamente o movimento físico ao qual ele é submetido - como parte de uma roupa, por exemplo - e a luz do Sol que incide sobre ele.

A combinação dos dois tipos de colheita de energia promete fomentar o campo da eletrônica de vestir - ou dos tecidos eletrônicos -, fornecendo uma potência mais próxima à exigida pelos aparelhos eletrônicos atuais, como celulares, GPS e implantes médicos.

"Este tecido híbrido gerador de energia representa uma nova solução para recarregar aparelhos no campo a partir de algo tão simples quanto o vento soprando em um dia de verão," disse o professor Zhong Lin, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA.

Nos primeiros testes, um pedaço do tecido medindo 4 x 5 centímetros posto ao ar livre conseguiu carregar totalmente um capacitor de 2 mF a 2 Volts em um minuto.

Tecido eólico-solar

Para construir o tecido eólico-solar, a equipe usou uma máquina têxtil comum para entretecer fios de algodão com células solares orgânicas, construídas na forma de fios de polímeros, e nanogeradores triboelétricos, também em formato de fios.

Os nanogeradores triboelétricos usam uma combinação do efeito triboelétrico e da indução eletrostática para gerar pequenas quantidades de eletricidade a partir do movimento mecânico, seja ele de rotação, vibração ou mesmo "esfregação" - o princípio de operação é diferente do usado pelos nanogeradores piezoelétricos.

A expectativa é que o tecido-gerador, com apenas 320 micrômetros de espessura, possa ser usado em roupas, cortinas e barracas. "O tecido é altamente flexível, poroso, leve e adaptável para uma ampla faixa de usos," disse Wang.

A equipe agora pretende observar a durabilidade do tecido em condições reais - sobretudo sua resistência à chuva e à umidade -, enquanto aprimora o processo de fabricação com vistas ao ambiente industrial.

Metamaterial refratário transforma calor das máquinas em energia

Termofotovoltaico

Um metamaterial termal, um novo tipo de material sintético refratário, pode ser a solução para capturar o calor desperdiçado pelos motores, fábricas e usinas de energia atuais - a maior parte do conteúdo energético dos combustíveis é perdido na forma de calor, liberado na atmosfera.

As células termofotovoltaicas são a grande esperança para isso. Em vez de capturar a luz visível do Sol para gerar eletricidade, como as fotovoltaicas, elas geram energia capturando a radiação infravermelha - o calor.

Contudo, essas células ainda precisam melhorar de eficiência e serem adaptadas para funcionar nos ambientes de extremo calor dos motores e das usinas.

Controle de emissão

Pavel Dyachenko e Sean Molesky, da Universidade Purdue, nos EUA, desenvolveram um material capaz de controlar a emissão da radiação infravermelha em temperaturas muito altas, fazendo com que os objetos - motores, canos, chaminés, coletores de calor ou o que seja - brilhem em "cores" muito definidas no espectro infravermelho.

Esse brilho pode ser então ajustado para permitir o funcionamento eficiente das células termofotovoltaicas, geralmente capazes de coletar apenas cores específicas da radiação - fótons de uma faixa de energia.

As nanocamadas de tungstênio e háfnio são usadas para controlar a emissão termal através de sua topologia fotônica. [Imagem: Sean Molesky/Purdue University]

Metamaterial termal

O metamaterial termal, formado por camadas em nanoescala de tungstênio e óxido de háfnio, é capaz de eliminar a emissão em uma faixa do espectro infravermelho e otimizar a emissão em outra faixa. Outra grande vantagem é que ele consegue manipular a radiação termal infravermelha na faixa dos 1.000º C.

Isso permite programar o material para que ele emita os fótons infravermelhos na faixa mais otimizada para a célula termofotovoltaica - acima da faixa de condução, ou bandgap, que for utilizada.

Agora a equipe está justamente trabalhando no material semicondutor que possa cumprir esse papel. Como o campo das células solares semicondutoras é bem desenvolvido, a equipe afirma que é uma questão de tempo para montar o sistema completo - eles já estão falando em comercialização da tecnologia nos próximos anos.

Tecnologia armazena energia solar para noite inteira

Armazenamento de energia limpa

Um novo sistema de armazenamento térmico de energia consegue converter a energia solar coletada durante o dia e armazená-la com uma eficiência que garante o abastecimento contínuo por um período de 8 a 12 horas.

Ainda que muito progresso venha sendo feito recentemente no armazenamento das fontes limpas de energia - para lidar com os problemas de intermitência das fontes eólica e solar, principalmente - esta nova tecnologia é nada menos do que 20 vezes melhor do que os sistemas termais apresentados até agora.

O sistema é baseado em uma bateria de fluxo, que usa a energia solar para fundir um material de mudança de fase, armazenando a energia, que é liberada quando necessário mediante a re-solidificação do material.

Sal com grafite

A chave para a melhoria foi mesclar um material de mudança de fase de baixo custo - o cloreto de sódio, ou sal de cozinha - com espumas de grafite de alta porosidade e elevada condução elétrica.

A espuma de grafite aprisiona o sal em seus poros, facilitando e tornando mais rápida a fusão e a solidificação. A equipe demonstrou que esta alteração de fase se dá de forma sustentável ao longo do tempo.

Esta combinação reduziu a quantidade total de material necessário para construir o sistema e, por decorrência, seu custo. Ao mesmo tempo, a transferência de energia térmica tornou-se significativamente mais eficiente, proporcionando de 8 a 12 horas de armazenamento de energia - uma noite típica de armazenamento para uma usina de energia termossolar, por exemplo.

Usina modular

O próximo passo do projeto será construir uma planta-piloto 50 vezes maior do que o protótipo em escala de laboratório testado agora.

"Nós estamos planejando desenvolver uma usina em escala industrial na forma de um sistema modular, de forma que o sistema em escala piloto que estamos construindo poderá de fato ser usado como um módulo para um sistema em escala total, que será formado por muitos módulos empilhados ou dispostos em conjunto," disse o professor Wenhua Yu, do Laboratório Nacional Argonne, nos EUA.

Fotossíntese artificial está a um passo da aplicação prática

Usina de fotossíntese artificial

Tido como promissora há décadas, a tecnologia da fotossíntese artificial acaba de criar o primeiro projeto prático para separação fotoeletroquímica da água, usando energia solar para produzir hidrogênio.

Este é um passo decisivo para a aplicação da tecnologia em escala comercial, tornando realidade a promessa de criação de uma fonte de energia sustentável e totalmente limpa.

A fotossíntese artificial emprega uma combinação de células solares e de eletrolisadores, convertendo diretamente a energia solar no "meio de armazenamento universal", o hidrogênio, que pode ser queimado ou usado em células a combustível para produzir eletricidade sem poluição.

O conceito apresentado por uma equipe alemã é flexível tanto no que diz respeito aos materiais utilizados, como ao tamanho do sistema.

Usina modular

O sistema criado por Burga Turan e seus colegas da Universidade Julich é bastante diferente das abordagens em escala de laboratório apresentadas até agora.

Em vez de pequenos componentes individuais interligados por fios, Turan idealizou um sistema compacto e autônomo, construído com materiais facilmente disponíveis e de baixo custo, e permitindo a conexão de qualquer tipo de célula solar.

Com uma área superficial de 64 cm², o protótipo ainda parece ser pequeno para um projeto que se apresenta como a caminho do uso prático, mas a vantagem está justamente nesse esquema modular: basta repetir a unidade básica e ir conectando uma por uma, até se alcançar a potência desejada.

Esquema (em cima) e protótipo da célula de fotossíntese artificial (embaixo), medindo 64 cm². [Imagem: Bugra Turan]

Lançamento no mercado

No momento, a eficiência na conversão solar para hidrogênio do protótipo é de 3,9%.

Se parece pouco, é bom lembrar que a fotossíntese natural só atinge uma eficiência de 1%. Além disso, a equipe afirma que já tem planos para que essa eficiência chegue a 10% dentro de um período de tempo "relativamente curto".

Isto sem contar a possibilidade de tirar proveito do desenvolvimento de novas categorias de células solares, como as de perovskitas, que já bateram na casa dos 20% de eficiência em protótipos de laboratório.

"Esta é uma das grandes vantagens do novo design, que permite que os dois componentes principais sejam otimizados separadamente: a parte fotovoltaica, que produz eletricidade a partir da energia solar, e a parte eletroquímica, que usa esta energia para a separação da água," disse Turan.

"Pela primeira vez, estamos trabalhando no sentido de um lançamento no mercado. Nós criamos a base para tornar isto uma realidade," acrescentou seu colega Jan-Philipp Becker.

Catalisador barato converte CO2 diretamente em etanol

Combustão reversa

Esta pequena célula transforma diretamente dióxido de carbono (CO2), um gás de efeito estufa, em etanol, um combustível que pode ser utilizado em automóveis.

Esta conversão direta é um sonho antigo da comunidade científica e, quando totalmente desenvolvida, poderá ajudar a enfrentar o problema da contribuição humana ao aquecimento global ou servir como meio de armazenamento temporário de energia para fontes intermitentes, como a solar e a eólica.

A inovação foi possível graças a um catalisador formado por carbono, cobre e nitrogênio que, sob ação de uma corrente elétrica, dispara uma complexa reação química que essencialmente reverte o processo de combustão.

"Nós descobrimos, de certa forma por acaso, que esse material funcionava. Nós estávamos tentando estudar o primeiro passo da reação quando nos demos conta de que o catalisador estava fazendo sozinho a reação inteira," disse Adam Rondinone, do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA.

CO2 vira etanol

O catalisador forma estruturas em nanoescala que aumentam sua área útil e dispensa o uso de metais raros, como a platina, que tem inviabilizado economicamente processos desse tipo.

Com os inúmeros pontos de reação, a solução com dióxido de carbono dissolvido em água transforma-se em etanol com um rendimento de 63%. Esta é outra vantagem em relação a técnicas similares, que geralmente produzem vários produtos diferentes em pequenas quantidades: a célula experimental produz apenas etanol puro.

Como a técnica usa apenas materiais de baixo custo e opera a temperatura ambiente em água, os pesquisadores acreditam que ela poderá ser escalonada para aplicações industrialmente relevantes.

Piso de madeira gera eletricidade a cada pisada

Colheita de energia

Já existem sapatos capazes de gerar energia, assim como projetos para transformar o piso inteiro em um gerador de eletricidade, permitindo aproveitar o movimento dos pedestres e veículos para iluminar ruas, calçadas e prédios comerciais.

A ideia de Chunhua Yao e seus colegas da Universidade Wisconsin-Madison, nos EUA, é tornar esses sistemas de colheita de energia mais ambientalmente amigáveis, dispensando os materiais piezoelétricos tradicionais, o que permitirá a adoção dessas tecnologias dentro de casa.

Para isso, eles se voltaram para um material que poucos desconfiariam poder ser usado para gerar eletricidade: a polpa de madeira já utilizada em pisos em todo o mundo.

Nanogerador de celulose

A polpa de madeira contém em sua composição nanofibras de celulose que, quando tratadas com compostos químicos adequados, produzem uma pequena carga elétrica quando entram em contato com fibras não tratadas.

Leve em conta os milhões de nanofibras presentes em centímetro quadrado de piso e está pronto um gerador triboelétrico, capaz de produzir uma quantidade aproveitável de energia - triboeletricidade é o mesmo fenômeno que produz a eletricidade estática nas roupas.

Os primeiros protótipos mostraram que os pisos de madeira produzem eletricidade suficiente para alimentar lâmpadas de LED ou recarregar celulares.

Vida longa

"Nosso teste inicial em laboratório mostrou que [o gerador] funciona por milhões de ciclos sem qualquer problema. Nós não convertemos esses números em anos de vida do piso ainda, mas acredito que, com um projeto adequado, ele pode definitivamente superar a vida útil do próprio piso," disse o professor Xudong Wang, coordenador da equipe.

Como a polpa de madeira é barata, e muitas vezes descartada pelas empresas, a equipe acredita que o baixo custo da matéria-prima poderá ajudar a colocar sua ideia no mercado.

Bateria nuclear de diamante dura milhares de anos. Sem recarga

Bateria nuclear

Uma equipe de físicos e químicos da Universidade de Bristol, no Reino Unido, está propondo um conceito controverso: construir baterias nucleares dentro de pequenos diamantes industriais.

A energia gerada "é muito pequena", de acordo com os professores Neil Fox e Tom Scott, proponentes da ideia, o que tornaria as baterias nucleares de diamante adequadas para alguns nichos de aplicação que requeiram pouca energia e longa durabilidade.

"Vislumbramos que estas baterias sejam usadas em situações onde não é possível carregar ou substituir baterias convencionais. As aplicações óbvias seriam em dispositivos elétricos de baixa potência, onde é necessário uma vida longa da fonte de energia, como marcapassos, satélites, drones de alta altitude ou mesmo espaçonaves," disse Scott.

A vida longa é longa mesmo: a dupla estima que uma bateria nuclear de diamante poderia produzir sua pequena carga elétrica por milhares de anos. Se o combustível usado for o carbono-14, como a dupla propõe, a meia-vida desse elemento é de 5.730 anos.

Bateria radioativa

Ao contrário dos geradores convencionais de eletricidade, que usam energia mecânica para mover um ímã dentro de uma bobina para gerar uma corrente, o diamante artificial pode produzir uma carga simplesmente ao ser colocado próximo a uma fonte radioativa.

"Não há partes móveis envolvidas, nenhuma emissão gerada e nenhuma manutenção é necessária, apenas a geração direta de eletricidade. Encapsulando o material radioativo dentro de diamantes, transformamos o problema de longo prazo dos resíduos nucleares em uma bateria nuclear e um fornecimento de energia limpa a longo prazo," defendeu Scott.

Na verdade há emissão de radiação, mas a dupla tem uma solução: encapsular o diamante radioativo dentro de outro diamante, sintetizado em volta do primeiro, servindo como um escudo de grande eficiência: a bateria radioativa emitiria tanta radiação quanto uma banana.

A ideia é envolver o diamante radioativo dentro de outro diamante não-radioativo, que serviria como escudo de proteção. [Imagem: Universidade de Bristol]

Bateria de diamante

A dupla apresentou um protótipo da bateria de diamante usando níquel-63, mas a ideia é usar carbono-14, um isótopo radioativo que se forma nos eletrodos de grafite usados como controladores da fissão nuclear dentro dos reatores.

Esses eletrodos, que hoje se transformam em lixo nuclear, seriam moídos e submetidos a altas pressões, suficientes para produzir diamantes industriais - o grafite é formado por carbono puro, assim como o diamante. Para que a bateria nuclear fique pronta, basta então sintetizar uma outra camada de diamante - gerado por carbono não radioativo - por cima do primeiro.

O processo não é simples e provavelmente não será barato, mas a dupla acredita que vale a pena pela destinação do lixo nuclear. E eles esperam também convencer as pessoas a usarem as baterias nucleares em seus próprios corpos.

"O carbono-14 foi escolhido como material fonte porque ele emite uma radiação de curto alcance, que é rapidamente absorvida por qualquer material sólido. Isso tornaria perigoso ingerir ou tocar nele com sua pele nua, mas mantido seguro no diamante, nenhuma radiação de curto alcance consegue escapar. Na verdade, o diamante é a substância mais dura conhecida pelo homem, não há literalmente nada que pudéssemos usar que poderia oferecer mais proteção," disse Scott.

Correntes oceânicas podem gerar energia continuamente

Eletricidade do mar

Diversas técnicas estão sendo analisadas e comparadas em busca de uma forma eficiente e economicamente viável de fazer com que os oceanos gerem eletricidade.

Algumas abordagens propõem tirar proveito do movimento das marés usando diques, enquanto outras usam turbinas flutuantes. Mas a maioria dos projetos-piloto envolve tirar proveito da energia das ondas.

O professor Katsutoshi Shirasawa, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa, no Japão, acredita que dá para tirar proveito também de outro movimento natural das águas: as correntes oceânicas.

A grande vantagem é que as correntes oceânicas - verdadeiros rios que cruzam todos os oceanos da Terra - são contínuas, podendo gerar energia 24 horas por dia, sete dias por semana. Isto as torna mais estáveis do que as ondas e as marés, e livres do problema da intermitência das fontes solar e eólica.

Gerador oceânico

Shirasawa projetou uma turbina que ficará bem no meio da corrente oceânica, 100 metros abaixo da superfície do mar, o que significa que o gerador oceânico não colocará qualquer restrição à navegação.

Apesar de constantes e de não mudarem de direção, as correntes oceânicas são lentas, com uma velocidade média entre 1 e 1,5 metro por segundo. Contudo, como a água é mais de 800 vezes mais densa do que o ar, mesmo uma corrente lenta consegue gerar energia comparável à energia gerada por um vento forte incidindo sobre uma turbina eólica.

Esquema da turbina para gerar eletricidade a partir das correntes oceânicas. [Imagem: Katsutoshi Shirasawa]

O projeto foi calculado para explorar a Corrente Kuroshio, que flui ao longo da costa japonesa.

"Nosso projeto é simples, confiável e energeticamente eficiente. A turbina compreende um flutuador, um contrapeso, uma nacele para acomodar o gerador e três pás. Minimizar o número de componentes é essencial para facilitar a manutenção, baixar o custo e alcançar uma baixa taxa de falhas," disse Shirasawa.

Substituir um reator nuclear

A equipe já construiu dois protótipos, que estão passando pelos testes finais de eficiência e durabilidade.

A equipe espera obter financiamento para construir 300 turbinas de 80 metros de diâmetro, o suficiente para gerar 1 GW, potência equivalente à dos reatores nucleares japoneses.

Turbina inovadora gera energia barata com ondas do mar

Energia das ondas

Começou, no litoral da Espanha, o teste de mais uma tecnologia objetivando gerar eletricidade limpa e sustentável explorando as ondas do mar.

O projeto Opera, financiado pela União Europeia, lançou ao mar o primeiro protótipo do gerador Marmok, um novo tipo de gerador cujas turbinas podem gerar até 30 kW cada uma. O segundo protótipo deverá ser ancorado no mesmo local em 2017.

O dispositivo é descrito por seus idealizadores como um "absorvedor pontual" baseado no princípio da coluna de água oscilante - a força vem das ondas do mar, mas as turbinas são giradas por ar.

Trata-se de uma grande boia flutuante, com 5 metros de diâmetro, 42 metros de comprimento e 80 toneladas de peso. A boia, que acomoda duas turbinas com capacidade nominal de 30 kW, fica quase inteiramente submersa.

A força vem das ondas do mar, mas as turbinas são giradas por ar. [Imagem: Opera/Divulgação]

As ondas capturadas criam uma coluna de água dentro da estrutura central da boia, estrutura esta que se move como um pistão pelo movimento de ida e volta das ondas, comprimindo e descomprimindo o ar em uma câmara na parte superior do dispositivo.

O ar é então expelido pelo topo, onde é aproveitado por uma ou mais turbinas, cuja rotação aciona o gerador de eletricidade.

"Este projeto colaborativo europeu de demonstração da energia das ondas irá produzir dados importantes, que permitirão a próxima fase de comercialização da produção de energia a partir do oceano," disse Lars Johanning, da Universidade de Exeter e principal pesquisador do projeto.

O projeto vai aproveitar os sistemas de amarração compartilhados usados há muito tempo nas fazendas de aquicultura, onde reduzem os custos de ancoragem em quase 50%. [Imagem: Opera/Divulgação]

A propósito, um dos grandes argumentos da equipe é que este dispositivo deverá produzir eletricidade a um custo muito baixo - eventualmente o menor custo dentre os vários projetos de geração de energia no mar atualmente em testes na Europa, envolvendo exploração das ondas, das marés e das correntes oceânicas.

A grande diferença é que trata-se de um projeto público, com dados compartilhados entre pesquisadores de várias universidades, enquanto a maioria dos outros testes são empreendimentos privados, o que torna virtualmente impossível dispor de dados confiáveis que permitam comparar as diversas tecnologias e traçar planos de longo prazo para a geração sustentável de energia.

As turbinas ficam na horizontal, acima da coluna d'água, facilitando muito a manutenção. [Imagem: Opera/Divulgação]

No geral, o projeto Opera pretende desenvolver tecnologias que permitam uma redução de 50% nos custos operacionais em mar aberto, acelerando assim o estabelecimento de padrões internacionais e reduzindo as incertezas tecnológicas e os riscos técnicos e empresariais para adoção da tecnologia em larga escala.

Brasileiros desenvolvem célula solar de perovskita

Células solares de perovskita

Em um feito inédito no Brasil, pesquisadores do Instituto de Química da Unicamp fabricaram os primeiros protótipos de células solares de perovskita.

A perovskita despontou recentemente como uma alternativa potencialmente mais barata e mais eficiente ao silício, empregado atualmente nas células solares fotovoltaicas.

"Fizemos tudo aqui no LNES [Laboratório de Nanotecnologia e Energia Solar], com a estrutura da qual já dispúnhamos e sem a colaboração de grupos estrangeiros," afirma o químico Rodrigo Szostak, que contou com a orientação da professora Ana Flávia Nogueira.

Os testes indicaram uma eficiência de 13% por parte das células de perovskita, índice semelhante ao alcançado pelas células solares de silício vendidas comercialmente, cuja eficiência gira em torno de 15%.

Do laboratório para o mercado

Apesar da potencialidade das perovskitas, Rodrigo lembra que todos os resultados obtidos até agora com o material ainda estão em escala laboratorial.

É por isso que outro pesquisador da equipe, Matheus Serra de Holanda, está trabalhando em técnicas para evitar que o material, que é extremamente sensível à umidade, absorva a água presente no ambiente. "Estou promovendo modificações nas perovskitas para evitar que a umidade interfira no processo de conversão direta da radiação em eletricidade. Felizmente, os testes que temos realizado estão gerando bons resultados," adiantou ele.

O que a equipe já sabe com certeza é que, se as células solares de perovskita vão se mover mesmo do laboratório para o mercado, isso exigirá uma colaboração multidisciplinar: "A nossa equipe conta com químicos, um físico e um engenheiro eletrônico. Quando chegarmos ao ponto de migrar da bancada para a escala comercial, certamente precisaremos também do apoio de um engenheiro eletricista. Ainda estamos um pouco distantes de desenvolver um produto, mas nosso objetivo é esse", contou Rodrigo.

Perovskita

Perovskita é o nome de uma estrutura cristalina descoberta pelo mineralogista alemão Gustav Rose em 1839, nos Montes Urais, na Rússia. O mineral foi batizado em homenagem ao também mineralogista russo Count Lev Alexevich von Perovski.

Desde então, o termo perovskita tem sido usado para nomear uma classe de materiais - uma perovskita pode ser puramente inorgânica ou híbrida, onde alguns componentes são orgânicos, como é o caso das utilizadas em células solares.

A família de perovskitas com propriedades fotovoltaicas é composta por um cátion orgânico, um inorgânico, sendo chumbo ou estanho, e um halogênio, sendo iodo, bromo ou cloro.

Ferrugem e água produzem hidrogênio solar

Hidrogênio limpo

O grande sonho da geração sustentada e limpa de energia está na utilização da energia solar para produção de hidrogênio.

Cientistas suíços agora parecem ter encontrado uma rota inusitada para realizar esse sonho.

Jeremie Brillet e seus colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL) criaram uma receita cujos ingredientes básicos são água e ferrugem, além de uma célula solar de baixo custo.

O grande foco da pesquisa estava justamente em limitar os ingredientes a materiais baratos e que possam ser usados de forma escalonada, a fim de permitir que qualquer novo processo descoberto possa ser usado em escala industrial.

"Uma equipe norte-americana conseguiu produzir hidrogênio solar com uma eficiência impressionante de 12,4%. O sistema é muito interessante de um ponto de vista teórico, mas com esse método custaria US$10.000 para produzir uma superfície de 10 centímetros quadrados," explica Kevin Sivula, orientador da pesquisa, referindo-se ao material responsável por capturar a energia solar e quebrar as moléculas da água para extração do hidrogênio.

O novo protótipo junta uma célula fotoeletroquímica, conhecida como célula de Gratzel, criada no mesmo instituto, com um material semicondutor à base de óxido.

Gerador de hidrogênio solar

O gerador de hidrogênio solar é inteiramente autocontido. Duas camadas distintas do material sintetizado por Brillet têm a tarefa de gerar elétrons quando estimuladas pela luz solar. A célula de Gratzel libera o hidrogênio, enquanto o óxido semicondutor cuida do oxigênio.

Ou seja, os elétrons produzidos pela célula solar são usados para quebrar as moléculas de água, reformando-a em oxigênio e hidrogênio.

O material usado para fazer a chamada reação de evolução do oxigênio é simplesmente óxido de ferro, ou ferrugem, um material estável e muito barato.

A eficiência do protótipo é baixa, entre 1,4% e 3,6%, dependendo da combinação de materiais usada, mas os cálculos teórico apontam para a possibilidade de se atingir 16% de eficiência.

O resultado agora obtido é um melhoramento em relação a um trabalho anterior da equipe no campo da fotossíntese artificial, quando eles usavam cobre, que é mais caro do que o ferro.

"Com o nosso conceito mais barato à base de óxido de ferro, esperamos atingir uma eficiência de 10% em poucos anos, por menos de US$ 80 por metro quadrado. A esse preço vamos ser competitivos com os métodos atuais de produção de hidrogênio," diz Sivula.

Atualmente o hidrogênio é produzido a partir da reforma do gás natural, um primo do petróleo.

Nova técnica transforma piso de madeira em gerador de energia limpa

A energia limpa está em alta, e não são só os tradicionais painéis solares e turbinas eólicas que têm recebido atenção dos cientistas. De fato, pesquisas das mais diversas têm buscado formas criativas de gerar energia verde, e uma publicação recente da Universidade de Wisconsin-Madison, dos Estados Unidos, demonstra que é possível gerar energia utilizando materiais pouco convencionais.

O pesquisador Chunhua Yao e sua equipe desenvolveram um sistema que pode ser colocado sob o piso de qualquer estrutura, sendo que a pressão gerada pelo peso das pessoas andando por cima seria suficiente para criar uma corrente elétrica aproveitável. Essa técnica não é exatamente inovadora, mas sim o material utilizado no piso: polpa de madeira – que é muito mais barata que os materiais piezoelétricos usados em outros projetos similares.

A polpa de madeira é composta por nanofibras de celulose que, quando tratadas com certos agentes químicos, produzem sob fricção uma pequena – porém considerável – carga elétrica. O fenômeno descoberto por Yao na polpa, chamado de triboeletricidade, é o mesmo visto na estática que é criada em roupas.

Levando em consideração que apenas um centímetro quadrado de madeira possui milhões de fibras condutoras, os cientistas conseguiram criar um piso cuja carga elétrica pode ser aproveitada por dispositivos que exigem pouca energia, como lâmpadas LED e celulares, por exemplo. “Nosso teste inicial em laboratório mostrou que o gerador funciona por milhões de ciclos sem apresentar problemas. Ainda não convertemos esses números em anos de vida, mas creio que, com um projeto adequado, ele pode definitivamente superar a vida útil do próprio piso.”, explicou Xudong Wang, coordenador da equipe.

Energia limpa a partir do CO2

Crédito: GE Global Research

Os engenheiros da GE Global Research estão desenvolvendo uma pequena turbina que pode produzir energia limpa através do dióxido de carbono. De acordo com os profissionais, a máquina será capaz de fornecer energia para 10 mil casas.

Ao invés de vapor – utilizado pelas turbinas comuns para gerar energia, o equipamento é empurrado por CO2 extremamente aquecido, que não é líquido e nem gasoso. Ele é tão arrefecido e pressurizado que forma um fluido chamado supercrítico, no qual as distinções entre os respectivos estados da matéria, praticamente, deixam de existir. Esse nível cria as propriedades do dióxido de carbono, que permitem a produção de energia eficiente.

Fabricada a partir da tecnologia 3D e feita de plástico, a turbina é consideravelmente mais leve se comparado à estrutura produzida em aço, que pesaria cerca de 68 kg.

O modelo ainda é um protótipo, portanto está em fase de desenvolvimento. Segundo um dos pesquisadores do instituto, Doug Hofer, o primeiro teste físico provavelmente será realizado no final de 2016.

Fonte: GE Global Research

O banheiro público que coleta xixi e o transforma em energia elétrica para o entorno

Que é possível transformar urina em energia elétrica nós já sabíamos! Lembra das quatro jovens nigerianas que inventaram um gerador de eletricidade cujo combustível é o xixi? Mas o Centro de Bioenergia Bistrol, da Universidade do Oeste da Inglaterra, deu um passo e mais e desenvolveu um banheiro público que transforma a urina em energia.

Testado em Glastonbury, grande festival de música da Inglaterra, a tecnologia emana micróbios que aceleram a decomposição do xixi. O sistema produz o suficiente para abastecer as lâmpadas de LED que iluminam as proximidades do banheiro público. Em parceria com a organização Oxfam, os pesquisadores pretendem levar a novidade para a Índia e também para países da África onde o acesso ao saneamento básico e à energia elétrica são precários (se não, nulos).

“Muitas vezes, nestes lugares, as mulheres precisam ir ao banheiro a noite e estão sujeitas a perigos quando não há iluminação”, explica Andy Bastable, especialista em Água e Saneamento Básico da Oxfam.

Mas ainda há muito a se trabalhar antes do projeto ganhar escala. Atualmente, a urina coletada é suficiente para abastecer apenas uma lâmpada LED (ou de dentro do banheiro ou de fora dele). O ideal é que a tecnologia seja aprimorada e possa suprir tanto a iluminação interna quanto a externa, constantemente. Quem sabe trocando ideia com as estudantes nigerianas eles não tenham um bom avanço?

Assista abaixo ao vídeo da iniciativa, produzido pela Universidade do Oeste da Inglaterra.

Energia Azul é a energia por osmose. Técnica aplicada em 1 m² e abastecer 50 mil lâmpadas LED

A luta dos cientistas para reduzir a dependência mundial por combustíveis fósseis nos trouxe mais uma grande descoberta, publicada recentemente pela revista científica Nature. Trata-se de um método, desenvolvido por pesquisadores do EPFL’s Laboratory for Nanoscale Biology, que ocupa apenas 1 m² e tem potencial para abastecer 50 mil lâmpadas LED de uma vez só.

A base do processo é a osmose, fenômeno natural que balanceia a concentração de um elemento dentro de um espaço delimitado por meio de uma membrana semipermeável – lembra das aulas de química? – e, o melhor, não exige alto investimento. É mais uma forma de usar a sabedoria da natureza a nossa favor, sem explorá-la.

Basicamente, durante o processo, uma membrana atrai íons positivos e repele os negativos, que são liberados e transportados via corrente, gerando energia elétrica. O ideal seria construir usinas de energia por osmose em locais onde a água doce e salgada se encontram – fenômeno conhecido aqui no Brasil como pororoca ou macaréu.

O bacana é que a tecnologia não depende do aparecimento do sol ou do sopro do vento. É possível aplicá-la constantemente, 24 horas por dia. E, para um país litorâneo como o Brasil, pode representar uma ótima oportunidade. Só é preciso aprimorar a técnica e estudar melhor os possíveis impactos para o meio ambiente.

Abaixo, assista ao vídeo que o EPFL’s Laboratory for Nanoscale Biology desenvolveu para explicar, de maneira ilustrativa, o processo.

Fonte: The Greenest Post

Inventor brasileiro cria gerador mecânico que produz energia limpa

Foto: Divulgação – Associação Nacional dos Inventores

Depois de três anos dedicados a projetos de energia eólica e solar, o desenvolvedor de projetos Gerdian Correia dos Santos adquiriu bagagem suficiente para idealizar uma solução, até então, inédita. Trata-se de um gerador mecânico que produz energia limpa em larga escala sem a necessidade de grandes áreas para instalação.

A disposição de extensos terrenos, mais o alto custo de implantação, inviabiliza a maioria dos projetos. O contraponto do gerador mecânico é justamente a flexibilidade de instalação: enquanto um parque para 90 turbinas eólicas requer 20 mil hectares de área, 500 turbinas do “gerador mecânico” podem ser instaladas em uma área de 5 mil hectares. Os parques para o gerador mecânico podem ser instalados também em áreas de baixa altitude, enquanto os específicos para energia eólica precisam de terrenos em áreas elevadas.

Funcionamento 

O projeto funciona em sentido horário com três hélices, semelhantes às usadas pelo sistema eólico, porém, movidas com forças diferentes. Dentro das hélices, os trilhos trabalham como elevadores de peso. “Esses pesos fazem toda diferença, criando um movimento mecânico harmônico. No momento certo, os pesos giram as hélices dando tração ao gerador. O resultado é energia 100% limpa”, declara dos Santos.

A Associação Nacional dos Inventores, em parceria com o inventor, está à procura de sócios para disponibilizar a solução em larga escala no mercado, por enquanto, sem data de lançamento.

24 Horas de Energia com uma Hora de Pedal

Bicicleta ergométrica energiza sua casa por 24 horas com apenas por 1 hora de pedaladas por dia.

A ideia é da Billions in Change (BiC), um movimento que busca  por sua vez “salvar o mundo” ao criar soluções para os problemas mais simples e básicos, como água, energia e também saúde.

Uma das questões do projeto é a ajuda comunitária, poder levar energia aonde ainda não tem.

Assim sendo, foi criada uma bicicleta híbrido que você simplesmente pedala por uma hora para conseguir energizar uma casa por 24 horas. Seu nome é “Free Electric”.