Calor latente é usado para gerar eletricidade pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/07/2023

Configuração experimental da termocélula realizando refrigeração eletroquímica.
[Imagem: Hongyao Zhou et al. - 10.1002/adma.202303341]

Calor latente

Pesquisadores da Universidade de Tóquio, no Japão, geraram eletricidade a partir do calor latente, a energia criada quando uma substância muda de estado físico, transicionando entre sólido, líquido ou gasoso.

Isso amplia as possibilidades de uso das termocélulas, dispositivos que usam mudanças de temperatura para gerar eletricidade, em um fenômeno conhecido como conversão termoelétrica, ou termoeletricidade.

Como todos os materiais são capazes de passar por transições de fase nas circunstâncias específicas de cada um, esta pesquisa abre muito o leque de materiais com potencial para serem usados para conversão termoelétrica.

O calor latente, hoje desperdiçado, poderia ser usado para permitir que os dispositivos criem sua própria energia, ao mesmo tempo em se resfriam, reduzindo a dependência de outras fontes de energia.

A refrigeração e os sistemas de ar-condicionado estão entre as utilizações mais imediatas desse tipo de tecnologia.

Diagrama de transições de fase na termocélula: O polímero se alonga em uma bobina e se dissolve em baixas temperaturas, e se enrola em um glóbulo e se torna sólido em altas temperaturas, gerando uma tensão elétrica.
[Imagem: Hongyao Zhou et al. - 10.1002/adma.202303341]

Termocélula

Ao contrário do ar quente que você sente saindo de um aparelho de ar condicionado, por exemplo, o calor latente criado pela água evaporando e condensando é quase imperceptível. Contudo, com uma termocélula adequada, é possível tirar proveito dele, fazendo a conversão do calor em eletricidade.

Hongyao Zhou e seus colegas criaram sua termocélula usando um hidrogel - um material polimérico rico em água - chamado PNIPAM, que eles modificaram com um composto orgânico chamado viologen [(C₅H₄NR)₂] - ele gera uma cor violeta, daí o seu nome. Esse hidrogel modificado continha um polímero responsivo ao calor, o que significa que o polímero reage à mudança de temperatura - ele é solúvel em água fria, mas insolúvel em água quente.

Com esta termocélula, a equipe conseguiu usar a quantidade muito pequena de energia térmica latente gerada pela transição de fase - entre solúvel e insolúvel - para criar eletricidade.

"Pela primeira vez, confirmamos que o calor latente tem potencial para ser usado para conversão termoelétrica," disse o professor Teppei Yamada, coordenador da equipe. "Acreditamos que podemos usar vários tipos de materiais para termocélulas. Todas as substâncias no mundo podem passar de fase nas condições certas: por exemplo, creme em sorvete, areia em vidro, água em vapor etc. Com este método, em princípio é possível extrair energia elétrica até da menor diferença de temperatura, aumentando muito o número de situações em que a conversão termoelétrica pode ser utilizada."

Esquema e protótipo da termocélula que transforma calor latente em eletricidade.
[Imagem: Hongyao Zhou et al. - 10.1002/adma.202303341]

Uso prático

O desempenho de uma termocélula é avaliado por quanta voltagem pode ser gerada a partir de uma diferença de temperatura, um indicador chamado de coeficiente de Seebeck - quanto maior o coeficiente de Seebeck, mais energia elétrica pode ser extraída de um diferencial de temperatura.

O coeficiente Seebeck de termocélulas que usam compostos orgânicos geralmente fica abaixo de 1 microvolt (um milionésimo de volt) por unidade kelvin de temperatura. O protótipo construído pela equipe, contudo, superou 2 microvolts por kelvin.

"Esta é uma conquista notável", disse Yamada. "Embora tenhamos criado anteriormente termocélulas que produzem 2 microvolts por kelvin usando uma mudança no pH, esta é a primeira vez que a energia de uma transição de fase foi usada diretamente."

Os pesquisadores esperam que este trabalho ajude a melhorar a tecnologia de refrigeração, dispositivos de gerenciamento de temperatura e outras tecnologias, como sensores de temperatura.

"Já chegamos ao estágio em que podemos considerar aplicações práticas das termocélulas. Por exemplo, esperamos que seja possível gerar eletricidade enquanto resfriamos uma sala de servidores ou o motor de um carro," disse Yamada. "O verdadeiro desafio agora é que essa tecnologia não é bem conhecida, então precisamos que a indústria, o governo e a academia trabalhem juntos para alcançar uma rápida implementação social."

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