Sol e nanopartículas transformam água salgada em potável

Por Nuno Patrício

O Sol é uma fonte de energia que pode ser aproveitada em várias vertentes. Uma das últimas descobertas é que esta energia pode ajudar a converter água salgada num líquido potável. A descoberta foi realizada por um grupo de investigadores das universidades de Yale e Rice.

Quando pensamos na fonte de energia proveniente do Sol e juntamos a componente água, surge logo a questão da evaporação. 

É precisamente com esse princípio que os investigadores das universidades de Yale e Rice estão a desenvolver este novo mecanismo de transformação e reaproveitamento dos recursos hídricos com elevado teor de sal.

Sol, nanoparticulas e água

O Planeta está a braços com um problema de escassez de água, ainda que, na sua constituição, dois terços sejam ocupados por este elemento químico. O problema é que, à partida, a água não é potável para o ser humano e atividades agrícolas.

Agora, o engenho e arte já conseguem superar este problema. Mas transformar este recurso torna-se caro e moroso e por isso estudam-se e inventam-se novos processos. 

É usando a energia do sol e as nanopartículas que os investigadores da Universidade de Yale e Rice desenvolveram um sistema que poderá ser aproveitado, fora da rede de distribuição normal, em áreas remotas ou em ambientes domésticos junto ao mar.

O sistema, apelidado como destilação por membrana solar nanofotónica ativada (NESMD - Nanophotonics-Enabled Solar Membrane Distillation), é constituído por uma membrana porosa de nanopartículas de carbono negro. 

As nanopartículas usam a energia solar para aquecer a água num dos lados da membrana, que filtra o sal e outros contaminantes não voláteis, ao mesmo tempo em que permite a passagem do vapor de água.

A investigadora do departamento de Física, no labortatório de Menachem Elimelech, em Yale, Akshay Deshmukh, refere que “em vez de aquecer a água antes de entrar no módulo, o sol aquece na própria superfície da membrana. Uma das grandes vantagens disso é que este módulo pode ser usado em qualquer lugar porque depende apenas da existência de luz solar".

 

A tecnologia está ainda a dar os seus primeiros passos, levando os investigadores a afirmar que este tipo de aparelho pode ser utilizado numa ampla gama de aplicações. Os usos potenciais para o sistema incluem o tratamento de água produzida por operações de extração de óleo e gás de xisto, bem como na reciclagem de água usada nas residências de áreas menos desenvolvidas.

Este tipo de equipamento poderá num futuro próximo ser de grande utilidade visto "requer uma energia mínima de bombeamento para a conversão ideal do destilado liquido, e há várias maneiras de otimizar ainda mais a tecnologia para torná-la mais produtiva e eficiente", afirma Naomi Halas, a engenheira biomédica da universidade de Rice, que lidera o projeto NEWT’snanophotonics research efforts.

Este projeto está a ser financiado através de uma doação de 18,5 milhões de dólares da National Science Foundation (NSF). O projeto NEWT foi fundado em 2015 para fornecer água potável a milhões de pessoas e tornar a produção de energia dos Estados Unidos mais sustentável e econômica.

Centrais dessalinizadoras usam sistemas de osmose inversa

Atualmente no processo de dessalinização, amplamente utilizado, a água salgada passa através de uma membrana e emerge, dessalinizada, do outro lado. 

Conhecido como osmose inversa ou reversa, o processo é muito eficiente em termos energéticos, mas não funciona bem em água com uma salinidade muito alta. 

Em Portugal, ilha de Porto Santo, Madeira, existe uma central deste tipo a funcionar, mas com uma capacidade limitada e com custos energéticos muito elevados.

Existem outros tipos de dessalinização que envolve processos térmicos em que a água é evaporada e depois condensada. É eficaz, mas esse método usa muita energia devido à quantidade de calor necessária. Os processos térmicos são frequentemente situados perto de centrais elétricas ou químicas que fornecem vapor como fonte de calor.

Há também destilação de membrana, que usa calor e membranas. Ele é capaz de dessalinizar água com alta salinidade usando calor residual ou de baixa qualidade. No entanto, ainda requer uma fonte de calor externa, o que significa que ela precisa estar conectada a alguma forma de infraestrutura de energia.

Novo painel solar híbrido pode coletar a energia dos pingos de chuva

Uma equipe de engenheiros chineses desenvolveu um novo painel solar híbrido que também pode coletar a energia dos pingos de chuva. Esta nova tecnologia tira proveito do efeito triboelétrico, em que certos materiais apresentam uma carga elétrica depois de entrar em contato com um material diferente.

Nanogeradores triboelétricos deliberadamente criam esta carga por atrito – e eles podem um dia ser usado para colher a eletricidade estática de roupas, pneus de carro ou até mesmo telas sensíveis ao toque. No momento, eles estão sendo usados com sucesso para capturar a energia latente dos pingos de chuva.

Para criar um nanogerador triboelétrico, a equipe adicionou duas camadas de polímeros transparentes no painel solar. O polímero da camada superior é feita a partir de polidimetilsiloxano (PDMS), enquanto a camada inferior é composta de poli (3,4 etilenodioxitiofeno): poli (estireno) (PEDOT: PSS). Veja imagem abaixo:

Para aumentar a eficiência do nanogerador triboelétrico, as camadas de polímeros foram impressas com ranhuras modeladas sobre o lado padrão de dados do DVD. Quando a chuva cai, eles empurram a camada superior em contato com a camada inferior que em seguida, atua como um eletrodo entre nanogerador triboelétrico e o painel solar.

Embora a eletricidade resultante produzida pelo painel com o nanogerador triboelétrico é relativamente pequena, no entanto mostra que um tal dispositivo funciona e pode ser ampliada com mais investimento em pesquisas.

Embora isto não é o primeiro caso em que um nanogerador triboelétrico foi incorporado num painel solar, a equipe descreve seu dispositivo como mais simples e mais fácil de fabricar do que os modelos anteriores.

Novo método de separação de água poderia abrir caminho para a economia de hidrogênio.

Usando níquel e ferro baratos, os pesquisadores desenvolveram um método muito simples, de cinco minutos, para criar grandes quantidades de um catalisador de alta qualidade, necessário para a reação química para separar a água. Eles descrevem seu método na edição de fevereiro da revista Nano Energy.

Conversão e armazenamento de energia é uma chave para a economia de energia limpa. Como as fontes solares e eólicas produzem energia apenas intermitentemente, há uma necessidade crítica de maneiras de armazenar e economizar a eletricidade que elas criam. Uma das idéias mais promissoras para armazenar energia renovável é usar o excesso de eletricidade gerada por fontes renováveis ​​para dividir a água em oxigênio e hidrogênio. O hidrogênio tem uma infinidade de usos na indústria e pode ser usado para alimentar carros movidos a hidrogênio.

As indústrias ainda não usaram amplamente o processo de separação de água, devido ao custo proibitivo dos catalisadores de metais preciosos que são necessários - geralmente platina ou rutênio. Muitos dos métodos para dividir a água também requerem muita energia, ou os materiais de catalisador necessários quebram muito rapidamente.

Os pesquisadores da WSU podem criar grandes quantidades de catalisadores baratos de nanofios que podem facilitar a geração de hidrogênio em larga escala, dividindo as moléculas de água. - Crédito: WSU

Em seu trabalho, os pesquisadores, liderados pelo professor Yuehe Lin na Escola de Engenharia Mecânica e de Materiais, usaram dois metais abundantemente disponíveis e baratos para criar um nanofoam poroso que funcionou melhor do que a maioria dos catalisadores usados ​​atualmente, incluindo aqueles feitos a partir do precioso metais. 

O catalisador que eles criaram parece uma pequena esponja. Com sua estrutura atômica única e muitas superfícies expostas em todo o material, o nanofoam pode catalisar a reação importante com menos energia do que outros catalisadores. O catalisador mostrou muito pouca perda de atividade em um teste de estabilidade de 12 horas.

"Adotamos uma abordagem muito simples que poderia ser usada facilmente em produção em larga escala", disse Shaofang Fu, Ph.D. da WSU. estudante que sintetizou o catalisador e fez a maioria dos testes de atividade.

Os pesquisadores da WSU colaboraram no projeto com pesquisadores da Advanced Photon Source no Argonne National Laboratory e no Pacific Northwest National Laboratory.

"A facilidade de caracterização de materiais avançados nos laboratórios nacionais forneceu a compreensão profunda da composição e estruturas dos catalisadores", disse Junhua Song, outro doutorado da WSU. estudante que trabalhou na caracterização do catalisador.

Os pesquisadores agora estão buscando apoio adicional para ampliar seu trabalho para testes em grande escala. “Isso é apenas um teste em escala de laboratório, mas isso é muito promissor”, disse Lin.

O trabalho colaborativo foi financiado por uma subvenção para startups da WSU e pelo Departamento de Energia dos EUA.

Por Tina Hilding, 

FONTE: Faculdade de Engenharia e Arquitetura de Voiland.

Asa de borboleta aumenta absorção de células solares em 200%

Nanoestruturas da asa da borboleta que foram copiadas nas células solares, aumentando a absorção de luz em 200%.[Imagem: Radwanul H. Siddique (KIT/Caltech)]

Biomimética

A luz do Sol que chega às células solares mas é refletida representa uma perda de energia.

Por sua vez, as asas da borboleta Pachliopta aristolochiae têm minúsculos furos – nanofuros – que ajudam a absorver a luz em um amplo espectro, de forma muito mais eficiente do que as superfícies lisas – é por isso que ela é de um preto tão profundo.

Em um exemplo clássico de biomimética, Radwanul Siddique, do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha, conseguiu reproduzir essas nanoestruturas das asas da borboleta em células solares comuns de silício.

O resultado foi um aumento na absorção da luz pelas células solares de 200%.

“A borboleta que estudamos é muito escura. Isso significa que ela absorve perfeitamente a luz solar para fazer um ótimo gerenciamento do calor. Ainda mais fascinante do que sua aparência são os mecanismos que a ajudam a atingir essa alta absorção. O potencial de otimização quando transferimos essas estruturas para os sistemas fotovoltaicos foi muito maior do que o esperado,” disse o professor Hendrik Hölscher.

Absorção de luz e geração de eletricidade

O ganho de 200% na absorção de luz parece estupendo, e é, mas ele representa um limite teórico, não se traduzindo inteiramente em um ganho na eficiência do painel solar como um todo em termos de sua capacidade de geração de eletricidade.

Isto porque nem todo o ganho na junção semicondutora – a célula solar propriamente dita – pode ser aproveitado pelos demais componentes do painel.

Por outro lado, a técnica de perfuração das células solares – para criação dos nanofuros – é compatível com as técnicas de fabricação usadas pela indústria, facilitando sua adoção.

Fonte: Inovação Tecnológica

Cientistas criam cristal inovador com moléculas orgânicas e cobalto

Potenciais usos incluem descontaminação de água, uso em células solares e até como sensor de gases tóxicos.

O colorido da descoberta: os cristais são semicondutores de energia e interagem muito bem com a luz. Eles foram desenvolvidos a partir da mistura de duas moléculas orgânicas e cobalto 

Foto: Divulgação/Evandro Castaldelli

Pesquisa desenvolvida na Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) da USP resultou em um cristal que apresenta propriedades semicondutoras e que interage muito bem com a luz. Essas características fazem dele um produto inédito com potencial de aplicação em várias áreas. O autor do estudo, o químico Evandro Castaldelli, acaba de publicar na revista científica Nature Communications, uma das mais conceituadas do mundo, um artigo onde o material é descrito.

“Entretanto, todo esse potencial ainda precisa passar por testes e estudos aprofundados para confirmar as possíveis aplicações”, adverte Castaldelli. Entre essas aplicações, o químico cita descontaminação de água; catalisador para produção de novos compostos químicos, como fármacos; e até em células solares de geração de energia, em dispositivos eletrônicos ou como sensor de gases tóxicos.

A pesquisa que originou o artigo da Nature Communications foi realizada durante a tese de doutorado de Castaldelli na FFCLRP, sob a orientação do professor Grégoire Jean-Francois Demets. O estudo foi desenvolvido em uma colaboração internacional entre a USP (Brasil), o Advanced Technology Institute da University of Surrey (Reino Unido), a University of Warwick (Reino Unido) e a Université de Grenoble-Alpes (França). Além de Castaldelli e Demets, assinam o artigo os pesquisadores S. Ravi P. Silva, K. D. G. Imalka Jayawardena, David C. Cox, Guy J. Clarkson, Richard I. Walton, Long Le-Quang e Jerôme Chauvin.

Os cristais foram criados com duas moléculas orgânicas e o elemento químico cobalto (Co). Uma molécula orgânica é formada, basicamente, por carbono, hidrogênio e oxigênio, além de outros elementos. A primeira molécula orgânica usada pelo pesquisador foi o ácido tereftálico; a outra, foi a naftaleno diimida. Essas duas moléculas foram colocadas em um reator (local onde ocorrem reações químicas), juntamente com o cobalto. O pesquisador utilizou solvente orgânico para dissolvê-las e a mistura foi levada ao forno. Vários testes foram realizados até chegar ao tempo e à temperatura adequados para que o pesquisador obtivesse o resultado final: os cristais.

Líquido resultante da mistura entre as duas moléculas orgânicas e o cobalto após serem dissolvidos em solvente orgânico – Foto: Divulgação/Evandro Castaldelli

Propriedades inéditas

A grande inovação da pesquisa de Castaldelli está nas propriedades que os cristais por ele criados apresentam: a semicondutividade e o fato de interagirem muito bem com a luz solar. Isso porque a junção de duas moléculas orgânicas e um elemento químico (como o cobalto) pode formar aquilo que, em química, é denominado de MOF, sigla em inglês para metal organic framework. Em português, isso poderia ser traduzido como “rede de coordenação orgânica-inorgânica”. Entretanto, as MOFs até então conhecidas não têm essas propriedades que os cristais desenvolvidos por Castaldelli apresentam. “As MOFs existentes, em geral, não são condutoras de energia. Na maioria das vezes elas apresentam propriedades isolantes”, informa o pesquisador.

Segundo ele, o ácido tereftálico já é usado para produzir MOFs. Quanto à naftaleno diimida, o químico conta que já tinha certa familiaridade, pois trabalhou essas moléculas durante o mestrado: são moléculas semicondutoras que interagem com a luz. Inicialmente Castaldelli começou os testes apenas com o cobalto e a naftaleno diimida. Somente depois decidiu trabalhar também com o ácido tereftálico. O cobalto foi utilizado pois, de acordo com o pesquisador, trata-se de um metal com propriedades magnéticas e espectroscópicas muito ricas. Propriedade espectroscópica pode ser entendida como a forma como os elétrons do metal interagem com a luz.

Ilustração mostra a estrutura molecular dos cristais. Clique para ampliar – Imagem: Evandro Castaldelli

O pesquisador conta que as MOFs existentes atualmente são, em geral, porosas e têm a capacidade de aprisionar gases. “Isso já é estudado há bastante tempo. Muitos cientistas querem estocar hidrogênio para usá-lo como combustível em veículos. Mas se for colocado dentro de um cilindro, como fazemos com outros gases, ele pode explodir. Então há vários estudos que utilizam MOFs para estocagem de hidrogênio”, relata. Outro uso clássico de MOFs é a estocagem e o aprisionamento de gases, pois elas são capazes de, ao mesmo tempo, aprisionar um gás e liberar outro. Elas também são usadas como catalisador – substância química que acelera uma reação química.

O pesquisador lembra ainda que, nos dias atuais, muito tem se pensado nas questões envolvendo processos de conversão de energia, entre eles, a busca por melhorias no funcionamento das células solares. Produzidas com silício (elemento químico semicondutor), são capazes de converter energia luminosa (fótons) em energia elétrica. E as MOFs desenvolvidas por Castaldelli, além de semicondutoras, conseguem interagir muito bem com a luz solar – algo inédito para as MOFs.

Contudo, o pesquisador é bastante cauteloso quanto à aplicação comercial das MOFs por ele desenvolvidas e salienta que ainda são necessários vários estudos para confirmar os possíveis usos. “Inclusive muitas coisas podem morrer na viabilidade comercial”, alerta. Por isso, Castaldelli continua as pesquisas em seu pós-doutorado pelo Instituto de Química (IQ) da USP, na Cidade Universitária, em São Paulo, sob a orientação do professor Koiti Araki, do Laboratório de Química Supramolecular e Nanotecnologia.

O cobalto (Co) é um dos elementos da tabela periódica que o pesquisador utilizou para realizar a pesquisa.

Fonte: Jornal da USP

O desenvolvimento de nanomateriais de baixa dimensão poderia revolucionar as futuras tecnologias.

Javier Vela, cientista do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos Estados Unidos, acredita que melhorias em processadores de computador, telas de TV e células solares virão de avanços científicos na síntese de nanomateriais de baixa dimensão.

Os cientistas do Laboratório Ames são conhecidos por sua experiência na síntese e fabricação de materiais de diferentes tipos, de acordo com Vela, que também é professor associado de química da Universidade Estadual de Iowa. Em muitos casos, esses novos materiais são feitos em massa, o que significa micrômetros a centímetros de tamanho. O grupo de Vela está trabalhando com nanocristais de tamanho pequeno, nanométrico ou bilionésimo de metro.

"Estamos tentando descobrir o que acontece com os materiais quando vamos para tamanhos menores de partículas, os materiais serão melhorados ou impactados negativamente, ou encontraremos propriedades que não eram esperadas", disse Vela. "Nosso objetivo é ampliar a ciência dos nanomateriais de baixa dimensão."

Alguns dos semicondutores inorgânicos em estudo por Vela e colaboradores. - Imagem: Laboratório Ames

Em um artigo publicado na revista Chemistry of Materials ("Desenvolvimento Sintético de Materiais de Baixa Dimensão"), Vela e co-autores Long Men, Miles White, Himashi Andaraarachchi e Bryan Rosales discutiram os destaques de alguns dos seus trabalhos mais recentes sobre a síntese de baixa dimensional materiais.

Um desses tópicos foi o avanço na síntese de nanocristais de núcleo-casca baseados em germânio. Vela diz que a indústria está muito interessada em tecnologias semicondutoras baseadas em nanocristais para aplicações como células solares.

Pequenas partículas podem afetar muitas coisas, desde propriedades de transporte (quão bem um nanocristal conduz calor e eletricidade) até propriedades ópticas (quão forte ela interage com a luz, absorve luz e emite luz).

Isto é especialmente verdadeiro em células solares fotovoltaicas. "Vamos dizer que você está usando um material semicondutor para fazer um dispositivo solar, muitas vezes há um desempenho diferente quando as células solares são feitas de materiais a granel em oposição a quando são feitas com nanomateriais. diferentemente, eles o absorvem melhor. É uma maneira de manipular dispositivos e ajustar o desempenho ou a eficiência de conversão de energia ", disse Vela.

Além das células solares, Vela diz que há um tremendo interesse no uso de nanocristais na televisão de ponto quântico e monitores de computador, dispositivos ópticos como LEDs (diodos emissores de luz), imagens biológicas e telecomunicações.

Ele diz que há muitos desafios nesta área porque dependendo da qualidade dos nanocristais usados, você pode ver diferentes propriedades de emissão, que podem afetar a pureza da luz.

"Em última análise, o tamanho dos nanocristais usados ​​pode fazer uma enorme diferença na limpeza ou nitidez das cores nas telas de TV e computador", disse Vela. "A tecnologia de televisão e computador é um negócio multibilionário em todo o mundo, então você pode ver o valor potencial que nossa compreensão das propriedades dos nanocristais poderia trazer para essas tecnologias."

No estudo, o grupo de Vela também discutiu os avanços feitos no estudo de síntese e caracterização espectroscópica de perovskitas de halogênio organolead, que Vela diz ser um dos mais promissores semicondutores para células solares devido ao seu baixo custo e fácil processabilidade. Ele acrescenta que os fotovoltaicos feitos com esses materiais agora atingem eficiências de conversão de energia de mais de 22%.

A pesquisa de Vela nesta área concentrou-se em perovskitas de haleto misto. Ele diz que seu grupo descobriu que esses materiais exibem propriedades físicas e químicas interessantes que as pessoas não haviam percebido antes, e agora eles estão tentando entender melhor a correlação entre a estrutura e a composição química das perovskitas e como elas se comportam nas células solares.

"Um de nossos objetivos é usar o que aprendemos para ajudar a baixar o custo das células solares e produzi-las de maneira mais confiável e rápida", disse Vela.

Além disso, o grupo Vela está estudando como substituir o chumbo em perovskitas tradicionais de halogenetos organolead com algo menos tóxico, como o germânio. "Em princípio, essa é uma área que deveria ser muito mais conhecida, mas não é", disse Vela. "Quando conseguimos substituir o germânio por chumbo, conseguimos produzir uma perovskita mais leve, que, segundo ele, poderia impactar positivamente a indústria automotiva, por exemplo.

"Isso pode ter grandes implicações para as aplicações de transporte, onde você não quer muito chumbo porque é muito pesado", disse Vela. No futuro, Vela diz que o foco do seu grupo será o avanço da ciência em materiais de baixa dimensão.

"Não estamos trabalhando com materiais conhecidos, mas o mais recente; o mais recentemente descoberto", disse Vela. "E toda vez que podemos avançar na ciência, estamos um passo mais perto de oportunidades para mais comercialização, mais produção, mais produção e mais empregos nos EUA".

Laboratório Ames. Postado: 15 de jun. De 2017.

Cientistas desenvolvem uma célula solar barata e limpa

Baseia-se em nanocristais, um material composto por elementos não-tóxicos que são abundantes na terra.

Pesquisadores do Instituto de Ciências Fotônicas (ICFO), Barcelona, ​​Espanha, desenvolveram uma célula solar orgânica, processada em solução a baixa temperatura, para garantir que seja limpa e é fabricada com materiais abundantes, tornando-a mais barata e sustentável.

Atualmente, as células solares inorgânicas mais comumente utilizadas no mercado, que aparecem em telhados ou fazendas solares, são feitas de silicone, uma produção que é normalmente cara e de alto consumo de energia, e além disso os módulos produzidos são volumosos e de grande peso.

Como uma alternativa ao silício, existem células ultrafinas e mais baratas de fabricar, mas que são compostas por elementos tóxicos, como o chumbo ou cádmio, ou contém elementos raros tais como o índio ou telúrio.

Pesquisadores do ICFO, Maria Bernechea, Nicky Miller, Guillem Xercavins, David So, Alexandros Stavrinadis, liderados pelo professor Gerasimos Konstantatos encontraram uma solução para este problema crescente.

Os investigadores fizeram com sucesso uma célula solar semitransparente, fabricada e processada em solução a baixas temperaturas, baseadas em nanocristais de AgBiS2, um material composto não-tóxico e que são elementos abundantes na terra.

Além de demonstrar que absorvem bem a luz pancromática, esses nanocristais são projetados para funcionar como um meio eficaz no transporte de cargas para células solares processadas na solução.

Fonte: El Echo De Sunchales

Grafeno poroso a partir de CO2.

Cientistas da Oregon State University (em colaboração com o Laboratório Nacional Argonne, da Universidade do Sul da Flórida e do Laboratório Nacional de Tecnologia da Energia, Oregon, EUA) descobriram uma forma inovadora de transformar o dióxido de carbono da atmosfera num material de alto valor para utilização em produtos relacionados com o armazenamento de energia.

Foi desenvolvida uma reação química que utiliza dióxido de carbono e resulta em grafeno nanoporoso, com uma enorme área de superficial. Os pesquisadores dizem que esse método é rápido e de baixo custo, e que o material final apresenta elevada condutividade e densidade. Tais características são essenciais para sua utilização em supercapacitores, até mesmo a nível comercial.

"Há outras maneiras de fabricar grafeno nanoporoso, mas esta abordagem é mais rápida, tem pouco impacto ambiental e custa menos", disse Xiulei (David) Ji, professor assistente de química da Universidade de Oregon e principal autor do estudo.

Grafeno nanoporoso - Créditos: Azonano

"A maioria dos supercapacitores de carbono comercial atualmente usam carvão ativo como eletrodos, mas a sua condutividade elétrica é muito baixo", disse Ji. "Queremos que o armazenamento de energia seja rápido e liberação que entregue mais potência, e para isto, o grafeno nanoporoso por ser mais condutor vai funcionar muito melhor. Isso resolve um grande problema na construção de supercapacitores mais potentes ".

Materiais de carbono nanoporosos também podem adsorver gases poluentes, funcionam como filtros ambientais, ou podem ser utilizados no tratamento de água. Os usos destes materiais estão aumentando constantemente. Com este processo os custos baixaram muito o que abre reais possibilidades de uso comercial.

FONTE: Oregon State University (Tradução - OLA).

Bateria que recarrega em 2 minutos dura 20 anos

Bateria ultrarrápida

Cientistas de Singapura criaram uma bateria com capacidade de recarregamento ultrarrápido.

O protótipo recupera 70% de sua carga total em apenas dois minutos.

E, neste caso, viver na via rápida não significa viver menos: as simulações garantem que a bateria ultrarrápida poderá ter uma vida útil de até 20 anos, o que é 10 vezes mais do que as atuais.

Os pesquisadores já licenciaram a tecnologia, e afirmam que as baterias ultrarrápidas poderão chegar ao mercado em dois anos. Imagem: NTU

A equipe afirma que a nova bateria pode mudar o jogo na indústria automotiva, resolvendo o problema da autonomia dos carros elétricos e do seu tempo de recarregamento.

“A autonomia dos carros elétricos poderá aumentar de forma dramática, recarregando a bateria em apenas cinco minutos, o que é comparável com o tempo necessário para uma bomba de gasolina encher o tanque de um carro atual,” disse o professor Chen Xiaodong, coordenador da equipe.

“Igualmente importante, agora podemos reduzir drasticamente o lixo tóxico gerado pelas baterias descartadas, uma vez que nossas baterias duram 10 vezes mais do que a geração atual de baterias de íons de lítio,” acrescentou ele.

Nanotubos de titânio

A inovação foi possível substituindo o eletrodo negativo das baterias de lítio, que é feito de grafite, por um gel à base de nanotubos de dióxido de titânio, um material barato e usado, por exemplo, em protetores solares e como aditivo em alimentos.

O dióxido de titânio ocorre naturalmente na forma de cristais esféricos, mas a equipe descobriu uma forma de transformá-los em nanotubos, aumentando sua área superficial e acelerando as reações químicas necessárias para a recarga da bateria.

Segundo o professor Xiaodong, a tecnologia é tão promissora e simples que o processo já está sendo licenciado para uma empresa interessada em criar uma nova geração de baterias ultrarrápidas, que ele estima chegarem ao mercado em dois anos.

Fonte: inovação Tecnológica

Aumentando a eficiência solar usando o aplicativo de nanotecnologia

A energia solar tem sido um campo de pesquisa crucial por muitos anos; infelizmente, devido à baixa eficiência de conversão, com a qual os cientistas têm tentado lidar, a eficiência máxima tem sido em torno de 20 a 30%. Recentemente, avanços na nanotecnologia levarão a uma maior eficiência e custos mais baixos, o que causará tremendo impacto sobre a nanotecnologia. setor solar. Segundo o Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA, “a pesquisa em nanotecnologia sobre energia solar fornecerá uma resposta para o problema de eficiência, aumentando a capacidade de converter luz solar em energia usando menos material.

Um estudo recente sobre células solares da Universidade de Princeton mostrou que, ao elaborar um “sanduíche” nanoestruturado de metal e plástico, o triplo da eficiência das células solares aumentou. Esta invenção é chamada de cavidade plasmodic com subwavelength buraco array.Ele consiste basicamente de uma fina tira de sanduíches de plástico entre as camadas.Além disso, Northwestern University introduziu um método para aumentar a eficiência de modo que utiliza materiais à base de carbono, em vez de cristais de silício; onde a luz entra pela primeira vez em leyer de 100 nm de espessura com um padrão geométrico complexo. Estes dois estudos recentes foram desenvolvidos pelas pesquisas para fornecer um sustentável a longo prazo.

Nano-padronização complexa em células solares

Consequentemente, o efeito sobre a indústria solar no setor de energia é tremendo. Por exemplo, a radiação de 8 kWh / dia é recebida no Arizona e no Texas, que é um número muito importante. Portanto , quando o problema de eficiência for resolvido com as pesquisas em andamento, o setor terá um enorme lucro com custos de fabricação menores. Além disso, isso será renovável e ambientalmente amigável, o que trará grandes e novas vantagens para todos.

Fonte: Dep. Dos EUA de energia

Energia solar barata graças a nanocristais.

Talvez seja preciso agradecer a Dongling Ma, professora do Centro de Energia de Materiais e Telecomunicações do INRS (Quebec, Canadá). Em seu laboratório, ela fabrica nanomateriais que poderão fornecer energia solar acessível a todos.

Os painéis solares atuais, feitos de silício, são caros. Além disso, apresentam uma grande limitação: transformam em eletricidade a não ser a luz visível do sol, mas não os raios infravermelhos. Ora, estes últimos, quentes e invisíveis, representam quase a metade da energia solar que atinge a Terra. Que desperdício! Cientistas em todo mundo tentam, portanto, criar painéis capazes de absorver a radiação infravermelho. Dongling Ma acaba de superar o desafio, graças a nanomateriais criados em seu laboratório!

Dongling Ma, professora do Centro de Energia de Materiais e Telecomunicações do INRS (Quebec). 

Créditos: INRS.

Os nanomateriais são construídos com "tijolos" infinitamente pequenos, que lhes conferem propriedades fabulosas. Dongling Ma os encontrou por acaso durante seu doutorado nos Estados Unidos: "Estes materiais são de tal modo fascinantes! Eles permitem fazer coisas incríveis!". A partir de sulfeto de chumbo - um mineral bastante abundante - a pesquisadora fabricou minúsculos cristais, que não contêm senão algumas centenas de átomos. Nesta escala, se entra em um novo mundo, que não mais responde às leis da física clássica. Aqui, é a física quântica que reina.

Mas, para compreender como este mundo difere daquele que se conhece, é preciso antes lembrar o princípio básico da energia solar. Em primeira aproximação, quando uma partícula de luz ou fóton bate em um material, arranca um elétron de um átomo. É este fluxo de elétrons que cria uma corrente elétrica.

Caixas que mudam de cor

Em nosso mundo, para o sulfeto de chumbo, por exemplo, este fenômeno não é possível a não ser para a luz de uma certa "cor". Mas, na escala nanométrica, o sulfeto de chumbo se torna "mutante". Quanto mais se diminui o tamanho do cristal - que é chamado "caixa quântica" - mais a luz que ele absorve é "puxada" para o azul. Ao contrário, quanto mais o cristal cresce, mais ele "bebe" da luz vermelha. 

Atenção: os raios não são verdadeiramente nem vermelhos nem azuis, visto que estamos no infravermelho e não na região do visível. Mas o princípio é o mesmo... Dongling Ma criou um nanocristal capaz de absorver raios solares de diferentes frequências, simplesmente mudando seu tamanho. Como se o cristal fosse o botão de um aparelho de rádio que permite sintonizar diferentes frequências!

Em seu laboratório, Dongling Ma mostra a "caixa de luvas" ou "câmara seca", na qual fabrica estas pequenas maravilhas. Esta facilidade, bastante popular entre os químicos, é uma caixa envidraçada, com duas aberturas, pelas quais passam duas longas luvas de borracha. Com estas luvas, os cientistas manipulam cristais de uma pureza extrema. Para evitar qualquer contaminação, o ar da caixa foi substituído por um gás inerte: nitrogênio! Dongling Ma explica que empilhando caixas quânticas de diferentes tamanhos, umas sobre as outra, se obtém um material capaz de absorver toda uma gama de raios infravermelhos. 

Fim do desperdício!

Espaguetes nanométricos

Mas alguns cristais não são suficientes para que se tenha uma célula solar. Resta ainda conduzir os elétrons arrancados até um eletrodo... Para conseguir isto, Dongling colou os cristais sobre nanotubos de carbono, as estruturas-vedetes da nanotecnologia. Estes longos espaguetes, vazios no interior, agem aqui como minifios elétricos, que aspiram os elétrons liberados e os enviam para um dos eletrodos da célula solar, criando assim a corrente elétrica tanto procurada.

Dongling Ma está orgulhosa de suas células solares que absorvem os raios infravermelhos

No momento, não se trata senão de um protótipo cujas performances não estão ainda otimizadas. Mas, quando estiverem, estas células solares poderão se tornar uma alternativa interessante aos painéis de silício. Ainda que não convertam tanta energia solar em eletricidade quanto estes últimos - difíceis de ser batidos, com sua taxa de conversão de 15 a 20% - seu preço baixo agirá em seu favor. Outra vantagem: os painéis de silício são rígidos, enquanto que estes outros podem ser flexíveis. Poder-se-ia, portanto, utilizá-los para todo tipo de superfícies: carroceria de automóvel, roupas, lampadários, telhado, etc.

Química verde e vírus

Mas os nanomateriais da pesquisadora têm outros truques na manga. Eles permitiram também fazer avançar uma nova área: a da química verde - um novo modo de fazer química, que utiliza menos energia e gera menos poluentes. Sua equipe concebeu um novo catalisador: compostos químicos que aceleram a reação entre duas substâncias. Tradicionalmente, utilizam-se compostos contendo metais pesados, que são poluentes difíceis de ser recuperados no final da reação. 

Entretanto, as nanopartículas do INRS são magnetizadas; elas atraem as substâncias para perto de si, o que aumenta as chances de interação, além disso elas podem também ser recuperadas no final do processo, com um simples ímã! Este novo catalisador pode, portanto, ser reutilizado tantas quantas forem as vezes que se queira! Nada de perdas, nem resíduos tóxicos!

Estes nanomateriais poderão também se mostrar úteis na área biomédica; por exemplo, para seguir o movimento de um vírus em uma célula. "Isto poderia nos ajudar a compreender como os vírus nos infectam", disse ela. Por conseguinte, fazê-los "parar" antes que a doença se instale...

Enerzine (Tradução - MIA).

Rumo às células solares de carbono.

O objetivo não é substituir as células solares à base de silício ou de outros materiais inorgânicos, mas estender a utilização das células solares a aplicações novas", sublinha Zhenan Bao, professor de engenharia química na Universidade de Stanford (EUA), que dirigiu os trabalhos.

Devido à sua estrutura atômica e molecular, o carbono é de uma solidez excepcional e os nanotubos de carbono estão entre os materiais mais sólidos jamais testados. Células fotovoltaicas de carbono poderiam ser utilizadas para revestir as paredes de edifícios ou implantadas em ambientes extremos, como os desertos.

Todos os elementos desta célula de carbono, da qual o ânodo e o cátodo, são constituídos de nanotubos e de fulerenos; todos eles foram fabricados graças às novas tecnologias de impressão.

A célula solar totalmente de carbono consiste de uma camada fotoativa entre dois eletrodos. - Créditos: Universidade de Stanford.

Por agora, o rendimento destas células sobe para 1,3%, enquanto que as células fotovoltaicas clássicas atingem os 20%, mas, segundo os cálculos teóricos de Jeffrey Grossman, pesquisador do MIT, estas células "carbono total" podem atingir um rendimento de 13%. Em um primeiro momento, os pesquisadores do MIT, modificando os nanomateriais de carbono, pensam poder rapidamente realizar células de carbono com um rendimento de 5%.

Como lembra Shenqiang Ren, professor na Universidade de Kansas, "Para que as células solares de carbono sejam competitivas, sua eficiência deve atingir os 10%".

FONTE: RT Flash (Tradução - MIA).

Nanoestruturas permitem diminuição significativa do tempo de carga das baterias

As baterias no laboratório do professor Paul Braun em Illinois, EUA, parecem comuns, mas, de fato, guardam uma surpresa no seu interior. O grupo do Prof. Braun desenvolveu uma nanoestrutura tridimensional para catodos de bateria que permite diminuir dramaticamente o tempo de carga e descarga, sem sacrificar a capacidade de armazenamento de energia. 

Além de produtos eletrônicos com consumo rápido de carga, as baterias podem armazenar uma grande quantidade de energia, e a capacidade de descarregar e recarregar rapidamente é desejável para aplicações de maior porte, tais como em veículos elétricos, equipamentos médicos, lasers e aplicações militares. 

Esquema do catodo montado na bateria desenvolvida pelo grupo do prof. Braun - Créditos: Nature Nanotechnology.

"O sistema que desenvolvemos tem a potência do capacitor, aliado à disponibilidade de energia de uma bateria", disse Braun, professor de ciência e engenharia dos materiais. "A maioria dos capacitores armazena uma pequena quantidade de energia. Pode liberá-la rapidamente, mas não pode armazenar muita energia. A maioria das baterias armazena uma quantidade razoavelmente grande de energia, mas não pode fornecer ou receber energia rapidamente. Nosso dispositivo tem estas duas propriedades."

O desempenho de uma bateria recarregável típica - de íons de lítio (Li-ion) ou hidreto de níquel metálico (NiMH) -, diminui de modo significativo, quando a bateria é rapidamente carregada ou descarregada. A utilização do material ativo na bateria, na forma de um filme fino, permite carregar e descarregar rapidamente, mas reduz a capacidade de armazenamento de energia para quase zero, porque o material ativo não tem volume para armazenar a energia. 

O grupo de Braun enrolou um filme fino em uma estrutura tridimensional, alcançando tanto um grande volume ativo (alta capacidade) quanto grandes correntes. Demonstraram, assim, que a utilização de seus eletrodos pode carregar ou descarregar (a bateria), em poucos segundos, 10 a 100 vezes mais rápido do que os eletrodos existentes, e ainda podem as baterias serem usadas normalmente nos dispositivos existentes. 

Esse tipo de desempenho pode levar ao desenvolvimento de celulares que carregam em segundos ou de laptops que carregam em minutos, e ainda ao desenvolvimento de lasers de alta potência e desfibriladores, que não precisam de tempo para ser ligados antes ou entre os pulsos. 

Braun é particularmente otimista para o potencial das baterias em veículos elétricos. O tempo de vida da bateria e o tempo de recarga são as grandes limitações dos veículos elétricos. Viagens de longa distância são inviáveis, pois a bateria fornece energia para percorrer 100 milhas, e depois leva uma hora para recarregar. 

"Se você tivesse a possibilidade de ter uma carga rápida, em vez de levar horas para carregar o veículo, você poderia ter veículos que seriam recarregados em tempos semelhantes ao que é necessário para abastecer um carro numa bomba de gasolina", disse Braun. "Se você tivesse capacidade de carga em cinco minutos seria viável ter um carro elétrico. Você só pegaria uma estação de carga e recarregaria." 

Todos os processos utilizados pelo grupo são, em larga escala, também utilizados na indústria, de forma que a técnica pode ser ampliada em termos de fabricação. 

O auto-ordenamento é o fenômeno fundamental que o grupo usou para montar as estruturas 3D. Eles iniciam o processo pelo revestimento de uma superfície com minúsculas esferas, empacotando-as firmemente para formar uma rede. Tentar criar tal estrutura uniforme por outros métodos é demorado e pouco prático, mas no caso as esferas (muito baratas) se organizam automaticamente.

Em seguida, os pesquisadores preenchem o espaço entre e ao redor das esferas com metal. As esferas são derretidas ou dissolvidas, deixando uma estrutura 3D metálica moldada, como uma esponja. Após isto, um processo chamado de eletropolimento corrói uniformemente a superfície do suporte, para ampliar os poros e fazer uma estrutura aberta. Finalmente, os pesquisadores cobrem a estrutura com um filme fino de um material ativo.

O resultado é uma estrutura de eletrodo bicontínuo, com pequenas interconexões, de modo que os íons de lítio podem se mover rapidamente. Temos, assim, um filme fino de material ativo, onde a cinética de difusão é rápida, e uma estrutura metálica com boa condutividade elétrica. 

O grupo demonstrou boa performance tanto para baterias NiMH, quanto para as de íon- Lítio. Entretanto, esta solução é geral, de forma que qualquer material de bateria pode ser depositado no molde de metal e, assim, ser usado. 

"Estamos satisfeitos porque o processo é universal. Se alguém aparecer com uma bateria química superior, este conceito também se aplica", disse Braun. "Esse processo não é restrito a um tipo muito específico de bateria, mas é de fato um novo paradigma na concepção para melhorar as propriedades de uma bateria 3D." 

FONTE: Universidade de Illinois - Urbana-Champaign

Células solares num spray é a tecnologia avançando!

"O sol constitui uma fonte de energia quase ilimitada, entretanto o custo da tecnologia solar atualmente ainda é proibitivo e não pode rivalizar, usando as mesmas armas, com os combustíveis fósseis", explica Brian Korgel, engenheiro químico da Universidade do Texas, em Austin (EUA).

A maior parte dos sistemas fotovoltaicos da geração atual é fabricada a partir do silício, ao passo que a tinta concebida pela equipe de Brian Korgel é composta de nanopartículas de Seleneto de Cobre Índio Gálio, CuInxGa(1-x)Se2 (CIGS), materiais 10.000 vezes mais finos que um fio de cabelo humano. Estes cristais são transformados em uma solução que, em seguida, é pulverizada sobre um substrato.

Esta nova maneira de fazer células solares possui todo o potencial necessário para estimular diversas aplicações na indústria solar.

Até o presente, a equipe conseguiu desenvolver protótipos de células solares possuindo a capacidade de converter em eletricidade 1% da luz solar. "Se nós chegarmos a 10%, então teremos um potencial real para comercialização", declarou Korgel, igualmente co-fundador da Innovalight, uma startup californiana que produz tintas a base de silício. E completa: "se isto funcionar, penso que poderemos utilizar (esta tecnologia) dentro de três a cinco anos".

De acordo com os pesquisadores, tintas semitransparentes poderão ser incorporadas às janelas desempenhando, assim, o papel de células solares.

Enerzine (Tradução - MIA).

Extraido de LQES NEWS

Células solares se tornam mais acessíveis com o uso do "silício negro".

Todas as placas de silício cristalino empregadas na fabricação células solares são sujeitas a um tratamento que permite obter uma superfície recoberta com um antirreflexo, geralmente nitreto de silício.

Esta camada extra é projetada para melhorar a eficiência da célula solar, pois elimina o efeito da refletividade. No final, mais fótons são absorvidos pela placa de silício, ao invés de "saltar" sobre a superfície, o que aumenta o fluxo de eletricidade.

Contudo, esta camada extra tem um custo. "Acreditamos que este procedimento pode ser mais barato", explica Howard Branz, um dos pesquisadores do NREL (National Renewable Energy Laboratory, EUA). Mesmo com um revestimento, as melhores células solares de silício refletem geralmente 3% da luz recebida. O NREL desenvolveu um meio barato para fabricar silício negro, um material que quase não reflete a luz.

Células de silício nanocristalino cuja superfície era negra e não possuíam qualquer revestimento antirreflexo suplementar chegam a converter 16,8% da luz em eletricidade, ou seja, a mesma eficiência oferecida por uma célula de silício cristalino típica. O recorde precedente para uma célula de silício negro era de 13,9%.

O laboratório substituiu o processo de revestimento sob vácuo por um outro procedimento químico que pode ser feito à temperatura e à pressão ambientes, utilizando material existente nas fábricas atuais. Uma placa é imersa em um banho contendo uma solução de peróxido de hidrogênio, de ácido fluorídrico, de ácido cloroaúrico, composto de hidrogênio, de cloro e de ouro. A pequena quantidade de ouro no banho ácido conduz à formação de nanopartículas de ouro que se introduzem nas nanoasperezas a profundidades mais ou menos variáveis da placa. O ouro é reutilizável várias vezes.

Placas de silício para células solares contendo nanopartículas de ouro. - Créditos: NREL.

Este procedimento de erosão leva 3 minutos à temperatura ambiente, e menos de 1 minuto a 40oC. O resultado é uma placa de silício negro muitíssimo absorvente e cuja superfície é repleta de pequenos túneis com diferentes profundidades.

Enerzine (Tradução - MIA).

Células Solares de Fibra Plástica da Wake Forest duplicando a saída de energia dos painéis

As células solares se tornam eficientes com o passar do tempo, mas existem métodos para melhorar o desempenho dos atuais, feitos com tecnologias mais antigas. O Centro de Nanotecnologia da Wake Forest (EUA) acaba de receber uma patente para uma nova tecnologia de célula solar que pode dobrar a produção de energia das atuais células planas de silício a custos altamente reduzidos.

As novas células solares que os cientistas desenvolveram são feitas de milhões de minúsculas fibras plásticas que coletam a luz em diferentes ângulos, e são capazes de cobrir o pôr do sol e o nascer do sol. As novas células solares baseadas em fibra serão capazes de produzir cerca de duas vezes mais energia diária do que as células solares padrão.

David Carroll, diretor do centro, diz: “Conseguimos mostrar que com um absorvedor padrão podemos coletar mais fótons do que qualquer outra pessoa. Por causa da maneira como o dispositivo funciona, eu ganho mais energia. ”

Para fazer as células, as fibras de plástico são montadas em folhas de plástico, com uma tecnologia semelhante à usada para criar os topos de copos de refrigerantes. O absorvente - um polímero ou um corante - é pulverizado. O plástico torna as células leves e flexíveis - um fabricante poderia enrolá-las e enviá-las para qualquer lugar a um preço baixo.

Onde as células planas perdem energia quando refletem a luz incidente, as células solares baseadas em fibra têm mais área superficial, aprisionando a luz nas minúsculas “latas” de fibra nas quais ela oscila até ser absorvida quase completamente.

As novas células solares de fibra poderiam ter aplicação em prédios verdes, podendo ser integradas praticamente em qualquer lugar do projeto do prédio, não apenas no telhado.

As células solares de fibra não são uma nova abordagem na área: há alguns meses escrevi sobre um experimentador independente que desenvolveu um sistema baseado em fibra similar com os mesmos aplicativos. Além dele, há uma equipe da Georgia Tech que mexeu com o design.

Células solares híbridas como spray

Praticamente no mesmo dia foi anunciado um avanço em um tipo de célula solar que está prestes a chegar ao mercado.

Os cientistas usaram pontos quânticos, nanopartículas que medem entre dois e quatro nanômetros. Em princípio, estas células solares híbridas poderão ser aplicadas como uma espécie de spray sobre as superfícies. [Imagem: Uni-Freiburg]

Uma equipe da Universidade de Freiburg, na Alemanha, desenvolveu uma nova técnica para tratar superfícies feitas com nanopartículas. De um ponto de vista teórico, a técnica poderá ser usada em vários tipos de nanopartículas, permitindo a construção de estruturas muito precisas.

De um ponto de vista prático, contudo, o método já se mostrou excepcional para as células solares híbridas, um tipo de célula solar formada por uma camada de nanopartículas inorgânicas e um polímero orgânico.

As células solares orgânicas são muito promissoras porque podem ser fabricadas por técnicas de impressão sobre plástico, o que as torna potencialmente muito baratas. Mas, até agora, sua eficiência era de apenas 1%. A nova técnica elevou essa eficiência para 1,8%, quase o dobro do que havia sido conseguido até então.

Nesta pesquisa, os cientistas usaram pontos quânticos, nanopartículas que medem entre dois e quatro nanômetros. Em princípio, células solares híbridas, como estas feitas com pontos quânticos, poderão ser aplicadas como uma espécie de spray sobre as superfícies.

O recorde atual de eficiência entre as células solares orgânicas puras é de 7%.

Nanotecnologia no processamento de biocombustível: lucros ambientais e financeiros!

O Dr. James Palmer, professor-associado da Engenharia Química da Louisiana Tech University, em colaboração com seus colegas, professores Dr. Yuri Lvov, Dr. Dale Snow e Dr. Hisham Hegab vêm trabalhando a fim de capitalizar, para o ambiente, os benefícios financeiros dos biocombustíveis usando nanotecnologia para melhorar ainda mais os processos de obtenção do etanol celulósico. 

Os biocombustíveis desempenharão papel importante nos combustíveis e na produção de soluções sustentáveis de energia para o futuro. O apetite dos países por combustível, não obstante, não permite que estejamos satisfeitos apenas com culturas tradicionais como a de cana-de-açúcar ou de milho. Tecnologias emergentes estão tornando possível que a biomassa celulósica (madeira, grama, caules, etc.) também seja convertida em etanol.

O etanol celulósico não compete com a produção de alimentos e tem potencial para reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GHG, em inglês) em 86 por cento mais do que os combustíveis fósseis atuais. As técnicas atualmente utilizadas para a produção de etanol a partir do milho reduzem apenas 19 por cento dos gases de efeito estufa.

Os processos nanotecnológicos desenvolvidos na Louisiana Tech University podem imobilizar as caras enzimas utilizadas para converter a celulose em açúcares, o que permite que sejam reutilizadas várias vezes, reduzindo, assim, significativamente, o custo do processo em sua totalidade.

Madeira: matérias-primas para produção de etanol celulósico.

Créditos: Gas2.

As estimativas de economia variam de aproximadamente 32 milhões de dólares (cerca de 55 milhões de reais) para cada usina de etanol celulósico a um total de 7,5 bilhões de dólares (cerca de 12,8 bilhões de reais), se a meta estabelecida pelo governo dos Estados Unidos de 16 bilhões de galões de etanol celulósico for atingida. Esse processo pode facilmente ser aplicado em grande escala e pode imobilizar uma grande variedade ou mistura de enzimas na produção.

A pesquisa inovadora que tem lugar na Louisiana Tech, juntamente com um excelente tempo de crescimento das plantas, uma forte indústria de polpa/papel e uma das primeiras demonstrações de funcionamento de usinas de etanol celulósico dos Estados Unidos tem permitido que o estado da Louisiana esteja bem posicionado para se tornar um dos grandes produtores nacionais de etanol celulósico.

Esta tecnologia, junto a outras importantes pesquisas que estão sendo realizadas para atender às futuras necessidades energéticas, será destaque na Louisiana Tech's Energy Systems Conference, em 05 de novembro, no Centro de Transferência de Tecnologia, em Shreveport, LA (EUA).

FONTE: Science Daily

A nanotech "invade" novas aplicações em energia

Pesquisadores da Universidade de Tel Aviv (TAU) anunciam ter concebido, graças às nanotecnologias, novos procedimentos aplicáveis em diferentes áreas tais como fabricação de um novo tipo de vidraça autolimpante ou ainda o desenvolvimento de baterias recarregáveis de forte potência.

Florestas artificiais: nanotubos de peptídeos.

Créditos: Nature Nanotechnology.

A automontagem de nanotubos de peptídeo (proteína) é obra do professor Ehud Gazit e de sua equipe do Departamento de Microbiologia Molecular. 

A nanotecnologia é o estudo do controle da matéria em escala molecular e implica estruturas de tamanho inferior a 100 nanômetros - bilionésima parte do metro. Uma cadeia curtíssima e barata de peptídeos, compostos de dois aminoácidos e fácil de ser sintetizada em larga escala de produção é a base da tecnologia.

"A automontagem é efetuada a vácuo e em temperaturas elevadas. O peptídeo utilizado também é simples como aquele do aspartame, o edulcorante artificial", disse o professor Adler-Abramovich. Acrescentou ainda que "os nanotubos têm a incrível particularidade de se automontar para se parecerem com "florestas de ervas artificiais" e são hidrófobos, o que significa que repelem a água, assim como partículas de poeira".

Os painéis solares instalados em zonas desérticas estariam, assim, em condições de repelir a poeira e de aumentar sua eficiência. "Se os vidros precisam estar perfeitamente limpos, um complemento de água poderá eliminar completamente a sujeira, sem necessidade da intervenção de ninguém", precisa o pesquisador.

Os supercondensadores se constituirão em outra aplicação para esses nanotubos, capazes de se arranjar em grande densidade e de, enfim, produzir uma bateria elétrica recarregável onde serão estocadas grandes quantidades de energia.

Pela primeira vez neste ano, o orçamento de pesquisa da TAU ultrapassou os 100 milhões de dólares. A Comunidade Européia participa com 18% desse financiamento enquanto os Estados Unidos com 11%.

FONTE: Enerzine

Defeitos em nanotubos de carbono revelam-se importantes para a construção e dispositivos para armazenamento de energia.

A maioria das pessoas gostaria de carregar as baterias de seus celulares e outros eletrônicos com maior rapidez e menor frequência. Uma descoberta recente feita por engenheiros da Universidade da Califórnia, em San Diego (EUA), é um passo importante para o desenvolvimento de supercapacitores baseados em nanotubos de carbono que podem realizar essas tarefas. 

Em trabalho recente, publicado na Applied Physics Letters, um professor de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade da Califórnia, em San Diego, Prabhakar Bandaru, e seu estudante, Mark Hoefer, mostraram que defeitos introduzidos artificialmente em nanotubos de carbono podem ajudar no desenvolvimento de supercapacitores.

"Enquanto as baterias têm grande capacidade de armazenamento, elas levam um longo tempo para carregar. Por outro lado, os capacitores eletrostáticos podem ser carregados rapidamente, mas tipicamente têm capacidade de armazenamento limitada. Entretanto, supercapacitores e capacitores eletroquímicos incorporam as vantagens de ambos", diz Bandaru.

Os nanotubos de carbono têm sido apontados como um dos mais maravilhosos materiais do século 21 e têm sido amplamente reconhecidos como emblemas da revolução da nanotecnologia. Eles são estruturas cilíndricas, com diâmetro de 1 a 100 nm, e possuem propriedades estruturais, químicas e elétricas dependentes da sua estrutura atômica regular e alta razão superfície/volume. Todavia, os defeitos são inevitáveis nessas nanoestruturas, aspecto que foi pioneiramente investigado pelo estudante de engenharia Jeff Nichols, na UCSD, e então estendido por Hoefer no laboratório do Prof. Bandaru.

Nanotubos de carbono são fortes candidatos para eletrodos de supercapacitores com alta capacidade de armazenagem de carga e energia. (No detalhe, visão de um nanotubo de carbono de parede simples). - Créditos: University of California - San Diego.

"Demos conta de que os nanotubos de carbono defeituosos poderiam ser utilizados para armazenamento de energia quando estávamos investigando a utilização desses materiais como eletrodos para sensores químicos", disse Hoefer. "Durante os nossos testes iniciais, observamos que fomos capazes de criar defeitos carregados que poderiam ser usados para aumentar a capacidade de armazenamento de carga dos nanotubos de carbono."

Especificamente, os defeitos nos nanotubos criam sítios de carga adicionais, aumentando a carga armazenada. Os pesquisadores também descobriram métodos que podem aumentar ou diminuir a carga associada com os defeitos através do bombardeamento dos nanotubos de carbono com argônio ou hidrogênio. "É importante controlar este processo cuidadosamente porque a introdução de muitos defeitos pode deteriorar a condutividade elétrica, que é a razão principal de se usar nanotubos de carbono nessa aplicação. A boa condutividade ajuda no transporte eficiente de carga e aumenta a densidade de potência destes dispositivos", acrescentou Bandaru.

"É interessante constatar que os nanotubos de carbono, que são nominalmente considerados perfeitos em termos de estrutura, poderiam ser úteis com tantos defeitos incorporados", acrescentou. Os investigadores pensam que a densidade de energia e a densidade de potência obtidas através de seu trabalho podem ser praticamente superiores aos modelos de capacitores existentes, que enfrentam problemas associados com a pouca confiabilidade, alto custo e pobres características elétricas.

Bandaru e Hoefer esperam que suas pesquisas venham trazer implicações importantes na área de armazenamento de energia, tema pertinente na atualidade. "Esperamos que nossa pesquisa desperte o interesse na utilização dos nanotubos de carbono como eletrodos em dispositivos de armazenamento de carga com maior eficiência energética e maior densidade de energia", disse Hoefer.

Mais pesquisa precisa ser realizada para que se descubra as aplicações potenciais desta descoberta, enquanto isso os engenheiros sugerem que esta pesquisa poderia levar a grande variedade de aplicações comerciais, e esperam que mais cientistas e engenheiros sejam estimulados a trabalhar nesta área, disse Bandaru.

Science Daily