Gerar energia a partir de nossas roupas pode estar muito próximo!

Por Renata Kaminski, Dpto. de Química, UFS / Aracajú – SE

Com a preocupação com questões ambientais e crise energética, a busca por fontes renováveis de energia que causem poucas agressões ambientais é um dos maiores desafios do desenvolvimento sustentável da sociedade. Gerar eletricidade a partir de forças naturais, como vento, sol, movimento, etc., é uma boa solução para a crise energética. Radiação solar e movimento mecânico são exemplos de fontes de energia limpa e renovável. Uma fibra de tecido têxtil capaz de gerar eletricidade absorvendo energia solar e movimento mecânico pode ser um passo importante para a nova geração de dispositivos eletrônicos sustentáveis. Isso pode significar que, no futuro, esquecer seu carregador de celular em casa quer dizer que você esqueceu de vestir suas roupas.

Figura 1: (A) Nanogerador e dispositivo fotovoltaico em detalhe; (B) Ambos colocados no tecido.

Alguns exemplos das chamadas roupas inteligentes já estão à venda, como luvas com fios condutores de calor para os dedos para dias mais frios, ou trajes de praia equipados com sensores UV para alertar quando a pessoa está extrapolando seu tempo de sol e vai começar a se queimar seriamente. Porém, os cientistas buscam juntar a tecnologia de equipamentos eletrônicos dobráveis para facilitar a vida diária de maneira sustentável, como roupas que possam funcionar como fontes de energia renováveis. No entanto, baterias e displays digitais ainda são rígidos e pesados para serem vestidos. Para resolver esses problemas, muitos pesquisadores se esforçam para diminuir o peso e tornar esses componentes mais flexíveis, pois tornariam as roupas confortáveis e aceitáveis pelo consumidor.

Essa possibilidade começou a se tornar real a partir de um trabalho conjunto entre cientistas americanos e chineses, publicado em 2016 no periódico Nature Energy. Os cientistas desenvolveram e estudaram têxteis que simultaneamente coletam energia solar e movimento mecânico e os transformam em eletricidade. Células solares (como esses painéis que existem nas casas) fabricadas de fibras poliméricas muito leves, juntamente com micro-cabos e nanogeradores são colocados juntos para criar um tecido inteligente. A parte fotovoltaica capta energia solar e o nanogerador capta movimento mecânico.

Inicialmente, os cientistas fizeram o polímero e colocaram nas fibras de lã, formando um tecido leve e respirável. A peça que captura a luz solar foi tratada com fios fotovoltaicos contendo ZnO (óxido de zinco) e um corante fotossensível em camadas, muito parecido com os painéis solares que conhecemos, porém em escala muito menor (Figura 1A). Quando a luz do sol atinge o fio provoca a saída de elétrons de átomos em uma das camadas do material, deixando “buracos” carregados positivamente, a outra camada condutora capta esses elétrons perdidos e uma terceira camada reúne as cargas positivas, levando a uma separação de cargas, que cria uma tensão elétrica e produz corrente.

A outra parte do tecido é a que transforma movimento em corrente elétrica, o nanogerador (Figura 1A). Essa peça contém tiras de um polímero PTFE (politetrafluoretileno) com fios de cobre. A diferença de afinidade eletrônica do polímero e do cobre resulta em um polo positivamente carregado (o cobre) e outro negativamente (o PTFE), que cria uma carga estática, quando ocorre o movimento, como pentear os cabelos, bater palmas ou correr.

Para simplificar o design, os cientistas fizeram tanto o nanogerador quando o dispositivo fotovoltaico utilizando cobre como um dos eletrodos, fibras poliméricas leves foram escolhidas como componente fotovoltaico, para aumentar a força mecânica e a flexibilidade, o que contribui para uma combinação efetiva dos dois componentes para captar energia solar e movimento. Eles testaram várias formas de colocar as fibras para melhorar o rendimento elétrico, como exemplos em paralelo, em série, organizados como mosaico, separados, etc. Essa tecnologia poderia ser usada em patches nas mangas de moletons (como mostrado na Figura 1B), captando energia do movimento dos braços para caminhar, nos sapatos para captar energia dos passos, em camisetas esportivas captando energia de uma corrida. Em um ambiente com luz solar, com vento soprando ou em um carro em movimento, o tecido é capaz de carregar um capacitor comercial a 2V/min, que poderia ser usado para carregar um celular, por exemplo.

Infelizmente o progresso desse tipo de dispositivo ainda tem a limitação de como armazenar essa energia criada. Nesse sentido, dois outros grupos de pesquisadores desenvolveram tintas que podem ser usadas como armazenadores de energia. Em sentido prático, dispositivos de armazenamento energético devem manter suas funções eletroquímicas em diferentes condições, como quando são dobrados, esticados, cortados ou mesmo lavados. Essa questão é um dos grandes desafios desses materiais. Um grupo de cientistas publicou uma tinta baseada em baterias de zinco/oxido de prata (Zn/Ag₂O) na revista Advanced Energy Materials, em 2017, essa tinta mantém sua função eletroquímica quando é esticada e é recarregável. Outro grupo publicou recentemente na revista ACSNano uma tinta de alta-performance elétrica, a prova de água e adaptável baseada em uma bateria de íons zinco em fios, fazendo uma dupla hélice de fios de zinco em fibras de poliacrilamida com elevada condutividade iônica.

Figura 2: Patche com os dispositivos carregando um celular e um relógio continuamente.

Em um futuro próximo, esses esforços combinados poderão nos permitir não só carregar nossos equipamentos eletrônicos facilmente (como celulares, tablets, etc), como mostrado na Figura 2, mas também poderemos ter fontes de energia renováveis utilizando atividades que praticamos diariamente para isso. Como consumidores reagirão a isso? Ou quais seriam os preços associados a esses produtos? Poderíamos mesmo ser sustentáveis com nossas roupas? Essas perguntas ainda não podemos responder.excluir.

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