Luz canalizada abre novos caminhos para energia limpa

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/09/2011

Biorreatores para a produção de energia limpa são apenas uma das possibilidades criadas pela união dos nanocanais com a óptica, criando o campo emergente da optofluídica.
[Imagem: EPFL/Greg Pasche]

Luz canalizada

Você já pensou em canalizar a luz?

Esta é a promessa da optofluídica, uma área emergente que pretende colocar a luz onde ela for mais útil - sobretudo a luz solar.

Segundo o professor Demetri Psaltis, da Escola Politécnica de Lausanne, na Suíça, a optofluídica pode alterar radicalmente a eficiência da energia solar, a forma como os edifícios são iluminados e a capacidade dos reatores para a produção de biocombustíveis.

"Dirigindo a luz e concentrando-a onde ela possa ser usada de forma mais eficiente, nós podemos aumentar muito a eficiência dos sistemas de geração de energia já existentes, como os reatores de biocombustíveis e as células solares, assim como criar formas inteiramente novas de produção de energia," garante o pesquisador.

Optofluídica

A optofluídica consiste em dirigir a luz ao longo de canais em micro e nano escalas.

A área resulta de uma fusão da óptica com a microfluídica, a movimentação de fluidos em canais microscópicos, que está dando origem aos biochips, chips microfluídicos ou lab-on-a-chip.

A equipe do professor Psaltis já usou a optofluídica para criar um manipulador de vírus e um microscópio sem lentes, tão bom quanto os melhores microscópicos ópticos com lentes, mas do tamanho de uma moeda de um centavo.

Agora ele está mais interessado em usar essa nova tecnologia para guiar a luz e usá-la diretamente, para a iluminação ou para a purificação de ar ou água, ou como fonte para a conversão em outros tipos energia.

Por exemplo, um prédio pode estar recebendo o sol diretamente, mas a iluminação do seu interior continua dependendo das lâmpadas elétricas. A canalização da luz pode levar essa luz natural, de forma controlada, para os pontos onde ela é mais necessária.

Luz dirigida

Painéis solares podem ser montados em estruturas para acompanhar a luz do Sol, mas elas são caras e exigem manutenção.

Segundo Psaltis, é mais fácil guiar a luz para painéis solares fixos, que não precisarão necessariamente ficar em cima dos telhados.

Em vez de aparatos eletromecânicos, a coleta da energia do Sol pode ser feita alterando-se o ângulo de refração da água. A seguir, a luz pode ser distribuída pelo edifício por meio de "canos de luz" ou cabos de fibra óptica.

Segundo o pesquisador, isso pode dar origem a aplicações totalmente novas, como filtros de ar capazes de limpar e esterilizar os ambientes continuamente sujeitos ao ar reciclado dos aparelhos centrais de ar-condicionado.

Eletroumectação

Para que essas ideias se tornem realidade será necessário criar mecanismos para manter constante o fornecimento de luz - seria inadmissível, por exemplo, a lâmpada de uma sala que se apague toda vez que passe uma nuvem, ou o ar ficar sem limpeza em um período de muita chuva.

Isso poderia ser feito usando uma técnica chamada eletroumectação, usada em papéis eletrônicos e até em sapatos capazes de gerar energia.

A eletroumectação permite desviar a luz de um microcanal para outro.

Tudo começa com uma gota de água sobre a superfície externa do microcanal. Uma pequena corrente elétrica energiza íons na água, empurrando-os para a borda da gota de água, fazendo-a expandir o suficiente para que ela toque a superfície de outro microcanal.

Essa gota expandida cria então uma ponte entre dois tubos de luz paralelos, efetivamente moderando a quantidade de luz que passa por cada um deles.

Biorreatores

Da mesma forma que um supercomputador depende de milhares de processadores, o uso da optofluídica no campo da energia depende do desenvolvimento de chips optofluídicos que possam ser interconectados para formar sistemas em larga escala.

Isso será particularmente importante no campo dos biorreatores.

Como a maioria das reações no interior de canais líquidos ocorre no ponto de contato entre o líquido e os catalisadores, a eficiência desses sistemas depende da área superficial disponível para as reações.

Diminuindo a escala desses canais para o nível micro e nano - o que cria a microfluídica e a nanofluídica - haverá muito mais canais no mesmo espaço, ampliando muito a superfície disponível. Isso permitirá a redução das dimensões dos reatores e, por conseguinte, seu custo.

Mas a maior contribuição da optofluídica estará na disponibilização da luz ela mesma fazendo o papel de catalisador - a adição da luz como um catalisador em um fluxo de moléculas circulando por um nanotubo permitirá uma eficiência próxima ao ideal e um nível de controle sem precedentes.

Isso coloca a optofluídica como uma ferramenta capaz de viabilizar pesquisas em áreas como a fotossíntese artificial, as células fotoeletroquímicas e a produção de hidrogênio a partir da luz solar, eventualmente tornando as células a combustível uma realidade.

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