Movimento molecular é convertido em eletricidade sem energia externa

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/10/2023

Estrutura do nanogerador, que tira proveito do movimento térmico das moléculas de um líquido no qual ele fica mergulhado.
[Imagem: Yucheng Luan/Wei Li]

Colheita de energia

Usar o movimento é um meio muito prático de geração de energia, seja o vento fazendo girar as pás de um gerador eólico, seja a água de uma represa descendo para um nível mais baixo.

Isto rapidamente nos leva a pensar no movimento browniano, o sacolejar contínuo de átomos e moléculas, que só começam a parar de se mexer se você os levar para próximo do zero absoluto.

Se esse movimento em nanoescala puder ser colhido, ele se tornará uma grande fonte de energia. Por muito tempo os físicos se manifestaram firmemente contra essa possibilidade, mas, em Agosto deste ano, uma equipe da Espanha e dos EUA finalmente demonstrou um gerador capaz de extrair energia do movimento browniano, usando para isso o movimento térmico dos átomos em uma folha de grafeno.

Agora, Yucheng Luan e colegas da East Eight Energy, na China, desenvolveram um dispositivo de colheita de energia molecular que captura a energia do movimento natural das moléculas em um líquido, novamente demonstrando que o movimento molecular pode ser usado para gerar uma corrente elétrica estável.

"Existem grandes quantidades de ar e líquido na Terra, e a sua colheita bem-sucedida poderia produzir uma quantidade gigantesca de energia para a sociedade," disse Luan.

Micrografias dos nanopilares de óxido de zinco.
[Imagem: Yucheng Luan et al. - 10.1063/5.0169055]

Extraindo energia do movimento térmico

Para criar o nanogerador, Luan submergiu nanopilares de um material piezoelétrico em um líquido, permitindo que o movimento natural do líquido movesse os fios como algas marinhas ondulando no oceano - a diferença é que aqui o movimento é na escala molecular e os fios são metálicos.

O material piezoelétrico escolhido foi o óxido de zinco que, como todos os materiais que apresentam piezoeletricidade, gera um potencial elétrico quando ele ondula, é dobra ou deformado.

"Por ser um material piezoelétrico bem estudado, o óxido de zinco pode ser facilmente sintetizado em diversas nanoestruturas, incluindo nanobigodes," disse Luan. "Um nanobigode é uma estrutura cuidadosamente organizada de muitos nanofios, semelhante às cerdas de uma escova de dentes."

É claro que, na escala testada, a eletricidade produzida é mínima, mas a equipe - e muitos outros grupos de pesquisa ao redor do mundo - acreditam que esses coletores de energia poderão ser usados para alimentar diversas nanotecnologias, como dispositivos médicos implantáveis, ou poderão ser dimensionados para geradores de tamanho macroscópico, atingindo a produção de energia na escala dos quilowatts e mais. Na verdade, a equipe já partiu para novos desenvolvimentos, estando agora testando diversos líquidos e materiais piezoelétricos de maior rendimento.

A fabricação é simples e pode ser escalonada para dimensões macroscópicas.
[Imagem: Yucheng Luan et al. - 10.1063/5.0169055]

Sem energia externa

Uma característica importante do projeto do coletor de energia é que ele não depende de nenhuma força externa - o líquido não precisa ser bombeado -, o que aumenta seu potencial como uma fonte de energia limpa.

"Os dispositivos coletores de movimento térmico molecular não precisam de nenhum estímulo externo, o que é uma grande vantagem em comparação com outros coletores de energia," disse Luan. "Atualmente, a energia elétrica é obtida principalmente por energia externa, como energia eólica, energia hidrelétrica, energia solar, entre outras. Este trabalho abre a possibilidade de geração de energia elétrica através do movimento térmico molecular de líquidos, a partir da energia interna do sistema físico, que é essencialmente diferente do movimento mecânico comum."

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