Ferrugem e água salgada geram eletricidade limpa e constante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/08/2019

É simples assim: uma placa de ferro recoberta por uma camada quase invisível de ferrugem e água salgada fluindo sobre ela.
[Imagem: Franz Geiger/Northwestern University]

Eletricidade da ferrugem

Há muitas maneiras de gerar eletricidade - baterias, painéis solares, turbinas eólicas e hidrelétricas, apenas para citar algumas.

Mas com este novo competidor poucos contavam: a ferrugem.

Pesquisadores das universidades de Tecnologia da Califórnia e Noroeste, ambas nos EUA, descobriram que filmes finos de ferrugem - óxido de ferro - podem gerar eletricidade quando se despeja água salgada sobre sua superfície.

Esses filmes representam uma maneira inteiramente nova de gerar eletricidade e, embora o fenômeno tenha sido demonstrado em uma escala muito pequena por enquanto, abrem a perspectiva do desenvolvimento de novas formas de produção de energia sustentável.

Geração de eletricidade sem reação química

Interações entre compostos metálicos e água salgada geralmente geram eletricidade, mas isso é resultado de uma reação química, na qual um ou mais compostos são convertidos em novos compostos - são essas reações que tipicamente acontecem dentro das baterias.

Em contraste, o fenômeno agora descoberto por Mavis Boamah e seus colegas não envolve reações químicas. Em vez disso, é a energia cinética da água salgada que é convertida em eletricidade.

O mecanismo por trás da geração de eletricidade é complexo, envolvendo adsorção e dessorção de íons, mas essencialmente funciona assim: os íons presentes na água salgada atraem elétrons no ferro que está sob a camada superficial de ferrugem. À medida que a água salgada flui, os íons também fluem, e, através dessa força atrativa, eles arrastam os elétrons no ferro junto com eles, gerando uma corrente elétrica.

Nesta exploração do efeito eletrocinético não há reações químicas envolvidas.
[Imagem: Boamah et al. - 10.1073/pnas.1906601116]

Efeito eletrocinético

O fenômeno, chamado efeito eletrocinético, já havia sido observado em filmes finos de grafeno - folhas de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal - e é extraordinariamente eficiente, cerca de 30% de eficiência na conversão da energia cinética em eletricidade - como comparação, os melhores painéis solares têm cerca de 20% de eficiência.

No entanto, é difícil fabricar filmes de grafeno, e mais ainda em tamanhos práticos para uso em larga escala. Já os filmes de óxido de ferro são relativamente fáceis de produzir e escalonáveis para tamanhos maiores.

Para esta demonstração inicial, a equipe produziu camadas de ferrugem de 10 nanômetros de espessura sobre uma barra de ferro usando a técnica de deposição de vapor químico.

Quando a água salgada, de concentrações variadas, foi derramada sobre a placa enferrujada, a eletricidade atingiu várias dezenas de milivolts e vários microamperes por centímetro quadrado.

A ferrugem e a água também são parte de um reator para produzir hidrogênio a partir da energia solar.
[Imagem: EPFL]

"Para uma perspectiva, placas com uma área de 10 metros quadrados gerariam cada uma alguns quilowatts por hora - o suficiente para uma casa padrão nos EUA. É claro que aplicações menos exigentes, incluindo dispositivos de baixa potência em locais remotos, são mais promissoras no curto prazo," disse o professor Thomas Miller.

Oceano e corpo humano

A exploração do efeito eletrocinético também poderá ser útil em cenários específicos onde soluções salinas estão em movimento - no oceano e no corpo humano são dois bons exemplos.

"Por exemplo, energia das marés, ou coisas flutuando no oceano, como boias, poderiam ser usadas para conversão de energia elétrica passiva," diz Miller. "Você tem água salgada fluindo em suas veias em pulsos periódicos. Isso poderia ser usado para gerar eletricidade para alimentar implantes."

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