Eletricidade da umidade do ar: Nanotecnologia viabiliza sonho de Tesla?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/12/2022

O sonho é antigo, mas agora temos a nanotecnologia que poderá transformá-lo em realidade.
[Imagem: Projeto Catcher/Divulgação]

Higroeletricidade

Um projeto financiado pela União Europeia vai tentar realizar um velho sonho da humanidade: Captar a energia que forma os raios, mas muito antes de ela se acumular em quantidades suficientes para formar um raio.

A técnica envolve a coleta de pequenas cargas de eletricidade estática contidas em moléculas gasosas de água, o vapor d'água que é onipresente na atmosfera. O processo é conhecido como higroeletricidade, ou eletricidade da umidade.

"Com esta nova fonte de energia renovável, acreditamos que aumentaremos drasticamente a eficiência e as possibilidades da transição para a energia verde," defende Andriy Lyubchyk, engenheiro químico da Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias, em Portugal, e que compartilhará a chefia do projeto com sua mãe, a também engenheira química Svitlana Lyubchik.

No início dos anos 1900, o inventor sérvio Nikola Tesla sonhava em capturar a energia do ar. Ele realizou uma série de experimentos tentando capturar cargas elétricas da atmosfera e transformá-las em corrente elétrica.

Desde a época de Tesla, os cientistas aprenderam um pouco mais sobre como a eletricidade é formada e liberada na atmosfera e, embora a eletricidade estática ainda seja um enigma para a ciência, eles descobriram que o vapor d'água pode carregar uma carga elétrica e também como coletar essa energia do ar.

O objetivo do projeto Catcher é viabilizar técnica e economicamente essa coleta da eletricidade da umidade, o que deverá ser feito por um consórcio de oito institutos de pesquisa de seis países.

Princípio de funcionamento das células higroelétricas.
[Imagem: Yuriy Yu. Bacherikov et al. - 10.1007/s10854-021-07481-2]

Células higroelétricas

Embora a ideia geral possa ser a mesma, a tecnologia usada nesta nova empreitada é muito diferente daquela proposta por Tesla. O projeto utiliza "células" feitas de óxido de zircônio - um material cristalino duro - para captar energia da umidade atmosférica.

O óxido de zircônio é um material cerâmico amplamente utilizado para coisas como implantes dentários, materiais avançados semelhantes ao vidro, eletrônicos e revestimento para barras de combustível nuclear.

A família Lyubchik vem trabalhando para melhorar as propriedades dos nanomateriais feitos de óxido de zircônio há sete anos, com vistas à exploração da higroeletricidade.

Eles estão agora no ponto em que uma placa de 8 por 5 centímetros de seu material pode gerar cerca de 0,9 volt em laboratório, em condições de 50% de umidade - isso é mais ou menos o dobro da saída de energia de uma bateria AA.

Trabalhando para tornar seu material de higroeletricidade mais eficiente, a equipe espera que, uma vez aperfeiçoadas, as células captadoras de energia da umidade sejam capazes de colher a mesma quantidade de eletricidade que células fotovoltaicas de tamanho semelhante.

Os pesquisadores também acreditam que as células serão implantadas de maneira semelhante aos painéis solares - como fazendas de eletricidade em grande escala ou como fonte de energia para edifícios.

Os primeiros protótipos já estão prontos, mas o projeto deverá apresentar seus resultados finais apenas em 2026.
[Imagem: Yuriy Yu. Bacherikov et al. - 10.1007/s10854-021-07481-2]

Eletricidade da umidade do ar

As células higroelétricas são criadas produzindo nanopartículas muito pequenas e uniformes de óxido de zircônio e, em seguida, comprimindo-as em uma folha plana. Embora fiquem muito coesas, as nanopartículas deixam entre si uma série de canais, ou capilares.

A nanoestrutura gera campos elétricos dentro dos capilares que separam a carga das moléculas de água absorvidas da atmosfera. O resultado é uma cascata de processos físico-químicos, físicos e eletrofísicos, que captam a energia elétrica - funciona, mas explicar os princípios elementares de cada uma das etapas deverá manter os cientistas ocupados por décadas.

Em um aspecto, a nova tecnologia terá uma vantagem sobre as energias solar e eólica: Enquanto os painéis e turbinas devem ser posicionados para capturar a luz solar e o vento, as células de higroeletricidade não precisam de um posicionamento específico porque existe pouca variação nos níveis de umidade local.

Por outro lado, as células de higroeletricidade não serão necessariamente uma opção em todos os lugares e nem em todas as estações porque requerem níveis mínimos de umidade para funcionar. "Por exemplo, se estiver -15 graus negativos lá fora, então tudo está congelado, não haverá água no ar," exemplificou Andriy.

A equipe também já está trabalhando na incorporação das células de higroeletricidade em um sistema de aquecimento e resfriamento, para complementar ou substituir os aquecedores e geladeiras e ar-condicionados tradicionais.

Mais tópicos