É possível criar eletricidade a partir da neve

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

A obtenção de energia renovável, como solar ou do vento, em regiões climáticas de frio e neve extremos é sempre um grande desafio à ciência. Devido à grande cobertura de nuvens ou de neve e períodos muito curtos de luz solar, a produção de energia pode ser afetada. Pensando nisso, cientistas da UCLA e seus colaboradores desenvolveram um novo dispositivo que é capaz de criar eletricidade a partir da neve. É o primeiro dispositivo desse tipo, barato, flexível e adaptável. O dispositivo é um nanogerador triboelétrico, que pode ser usado como coletor de energia e também como sensor. É possível que ele funcione como uma estação de monitoramento do tempo em miniatura, dando informações em tempo real sobre a velocidade de queda de neve, acúmulo de neve e sua profundidade, direção do vento entre outras coisas. Também pode funcionar como uma fonte de energia adaptável, pela sua flexibilidade, ou um sensor biomecânico, que detecta o movimento dos atletas de esportes na neve. A ideia desses cientistas é que esse dispositivo possa ser acoplado em células solares e, assim, esses painéis poderiam gerar energia mesmo quando as condições climáticas não são favoráveis.

A neve possui um fenômeno natural de carregar cargas elétricas, porém, embora curioso, esse fenômeno não tem sido muito estudado nem aproveitado para o desenvolvimento da sociedade. A água é uma molécula que possui polos com densidades de cargas positivas de um lado e negativas do outro,
sendo, portanto, classificada como uma molécula polar. Essa polaridade da água é responsável por muitas das suas utilidades em nosso dia a dia. Essas cargas elétricas geradas podem ser também geradas pela fricção dos flocos de neve quando escorregam. Foi observado que a temperatura do ambiente é um fato crítico para as cargas elétricas nos flocos de neve. Em temperaturas entre -5 a -10°C a camada de neve é carregada positivamente, enquanto entre -15 a -20°C é carregada negativamente. Assim como outras formas de energia mecânica, como quedas de água, vento, ondas, os cientistas observaram que a neve também poderia ser convertida em energia elétrica. O nanogerador triboelétrico foi criado para armazenamento da energia gerada pela fricção ou contato com a neve, sendo possível tanto um contato elétrico quanto indução eletrostática durante uma tempestade de neve.

Figura 2: Esquema mostrando como ocorre a produção de energia elétrica a partir da neve (Fonte, acesse aqui)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Os responsáveis pela pesquisa construíram o dispositivo com uma impressora 3D usando polímeros comerciais PEDOT:PSS depositando camadas sucessivas para funcionar como eletrodo, e usaram silicone como camada de triboeletrificação, depois de testarem vários tipos de material. Esses polímeros comerciais são excelentes eletrodos para o dispositivo, no entanto, perdem a condutividade quando dispersos em água para usar na impressora 3D, sendo necessária a adição de dimetil sulfato para aumentar a condutividade. O esquema da montagem do dispositivo está mostrado na figura 1a. A camada de silicone curável sob UV pode ser preparada a baixas temperaturas, levando a um material mecanicamente resistente, porém flexível. Foi feita com uma rede de cubos/quadrados microscópicos para aumentar a eficiência do nanogerador devido ao aumento da área superficial. A energia elétrica é criada quando a neve entra em contato com o silicone (figura 2). Na realidade, a eletricidade estática ocorre da interação de um material que captura elétrons e um que doa elétrons, assim as cargas ficam separadas e a eletricidade se cria. Considerando que a neve tem cargas, a dificuldade foi somente encontrar um outro material adequado ao dispositivo, um material com carga oposta para que seja possível criar a eletricidade.

Os cientistas chamam atenção para o fato de que todo o dispositivo é transparente, permitindo que seja depositado diretamente na superfície de células solares, criando energia mesmo durante temporadas de inverno rigoroso e sem comprometer a eficiência das células solares. Durante o inverno, a cobertura de neve diminui a eficiência das células solares devido ao acúmulo, que impede que o sol tenha incidência direta na célula solar. O nanogerador integrado às células solares resolve esse problema.

Os cientistas testaram vários ciclos de repetição, para saber sobre estabilidade e durabilidade, além de vários ângulos de colocação do dispositivo para aumentar a eficiência, entre várias outras variáveis. Todos os testes foram muito positivos, indicando a possibilidade de aplicação rápida desse dispositivo em áreas de clima extremo.

Para saber mais, acesse o artigo original abaixo:

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