Bateria ar-ferro transforma ferrugem em energia.

"O ferro é barato e o ar é grátis. É o futuro," diz o Dr. Narayan sobre sua bateria ar-ferro. [Imagem: Dietmar Quistorf/USC]

Bateria ar-ferro transforma ferrugem em energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/08/2012

"O ferro é barato e o ar é grátis. É o futuro," diz o Dr. Narayan sobre sua bateria ar-ferro. [Imagem: Dietmar Quistorf/USC]

Energia da oxidação

Deixe um pedaço de metal ao relento e você poderá acompanhar a rápida formação de uma camada de oxidação, mais conhecida como ferrugem.

Agora, engenheiros utilizaram esse mecanismo para desenvolver um tipo de bateria que só precisa do ar ambiente para extrair energia da oxidação de placas de ferro.

"O ferro é barato e o ar é grátis," afirma Sri Narayan, da Universidade do Sul Califórnia. Para ele, esse novo tipo de bateria "é o futuro".

O protótipo é capaz de armazenar energia por um período de 8 a 24 horas.

Parece pouco em comparação com as baterias normais, que, sem uso, podem levar meses para se descarregar totalmente.

Contudo, como têm o potencial para serem muito baratas, conjuntos dessas baterias seriam ideais para equipar fazendas eólicas e solares, armazenando energia e liberando-a em momentos de ventos fracos ou durante a noite, otimizando o suprimento da rede.

Bateria ar-ferro

O conceito das baterias ar-ferro é antigo. Houve muito interesse nelas durante a crise do petróleo, nos anos 1970.

Mas elas sofriam de uma deficiência crítica: além da oxidação, ocorre no interior da bateria ar-ferro uma reação que gera hidrogênio - a hidrólise - que absorve 50% da energia gerada, o que a torna ineficiente demais.

Narayan e seus colegas conseguiram reduzir essa perda para 4%, o que torna seu protótipo 10 vezes mais eficiente do que os anteriores.

O truque foi adicionar uma pitada de sulfeto de bismuto à bateria ar-ferro - o bismuto inibe quase totalmente a reação de geração de hidrogênio.

E o bismuto é mais seguro do que outras alternativas que também funcionaram, como o mercúrio e o chumbo.

Baterias de ar-lítio recebem uma nova carga

Bibliografia:

A High-Performance Rechargeable Iron Electrode for Large-Scale Battery-Based Energy Storage

Aswin K. Manohar, Souradip Malkhandi, Bo Yang, Chenguang Yang, G. K. Surya Prakash, Sri R. Narayan

Journal of The Electrochemical Society

Vol.: 159, issue 8, A1209-A1214

DOI: 10.1149/2.034208jes

Inovação Tecnológica.

Como evitar armadilhas na eletrônica de plástico.

Os elétrons caem nas armadilhas dos semicondutores orgânicos porque elas têm um nível menor de energia.[Imagem: Gert-Jan Wetzelaer/University of Groningen]

Como evitar armadilhas na eletrônica de plástico

Os elétrons caem nas armadilhas dos semicondutores orgânicos porque elas têm um nível menor de energia.[Imagem: Gert-Jan Wetzelaer/University of Groningen]

Armadilha para elétrons

A "eletrônica de plástico", ou eletrônica orgânica, tem uma série de vantagens em relação à eletrônica do silício.

Os circuitos eletrônicos de plástico são flexíveis, podem ser transparentes, consomem pouquíssima energia e são fabricados por impressão, o que significa que eles saem muito mais baratos.

Mas, então, por que não migrarmos já para os componentes eletrônicos orgânicos, a exemplo do que já está sendo feito com os LEDs, que estão virando OLEDs (LEDs Orgânicos)?

O problema é uma armadilha, assim literalmente chamada pelos engenheiros, para explicar a existência de estruturas que aprisionam as cargas elétricas - os elétrons - dentro dos plásticos semicondutores, derrubando sua eficiência.

O problema é que ainda se sabe pouco sobre essas "armadilhas para cargas elétricas".

Semicondutores de plástico

Agora, uma equipe internacional descobriu um mecanismo que parece operar em todos os casos, o que poderá permitir o projeto de componentes eletrônicos orgânicos livres de armadilhas.

Os semicondutores de plástico são feitos de polímeros à base de carbono - daí o "orgânico" em sua designação.

"Nós resolvemos esse quebra-cabeças comparando as propriedades das armadilhas em nove polímeros diferentes," explica Herman Nicolai, da Universidade de Gronigen, na Holanda. "A comparação revelou que as armadilhas em todos os materiais têm um nível de energia similar."

Esse nível de energia ocorre dentro do chamado "hiato proibido de energia", e equivale ao produzido por um complexo água-oxigênio, que pode estar sendo introduzido durante o processo de fabricação.

Os diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs) poderão brilhar muito mais, sem gastar mais energia, com plásticos semicondutores sem "armadilhas". [Imagem: Herman Nicolai/University of Groningen]

Hiato de energia

O hiato de energia representa a diferença em energia da camada externa, na qual os elétrons circulam no seu estado fundamental, e o orbital de alta ordem, para o qual eles são movidos para transportar a carga ao longo do material.

Quando um elétron transportador, em movimento, passa por uma armadilha que está dentro do nível de energia, ele cai lá dentro porque a armadilha tem um nível de energia mais baixo.

"Mas se os químicos puderem projetar polímeros semicondutores nos quais a armadilha de energia esteja acima do orbital mais elevado onde os elétrons se movem, eles nunca cairão lá dentro," disse Nicolai.

E, com o novo trabalho, os químicos já podem fazer isso, projetando suas novas moléculas com os níveis de energia adequados. Os pesquisadores afirmam que os benefícios mais imediatos virão para os OLEDs e para as células solares orgânicas.

Bibliografia:

Unification of trap-limited electron transport in semiconducting polymers

H. T. Nicolai, M. Kuik, G. A. H. Wetzelaer, B. de Boer, C. Campbell, C. Risko, J. L. Brédas, P. W. M. Blom

Nature Materials

Vol.: Published online

DOI: 10.1038/nmat3384

Inovação tecnológica.

Maior turbina eólica do mundo.

As turbinas eólicas vêm evoluindo dramaticamente ao longo das últimas décadas, não apenas em tamanho, mas também em aerodinâmica e nas técnicas de fabricação.[Imagem: Siemens]

Maior turbina eólica do mundo

As turbinas eólicas vêm evoluindo dramaticamente ao longo das últimas décadas, não apenas em tamanho, mas também em aerodinâmica e nas técnicas de fabricação.[Imagem: Siemens]

Aerogerador

Está quase tudo pronto para a montagem da maior turbina eólica do mundo.

Cada uma das pás mede 75 metros de comprimento.

Três delas formarão o rotor de 154 metros de uma usina-protótipo que está sendo construído pela Siemens no campo de Osterild, na Dinamarca.

A área total coberta pelo rotor alcançará 18.600 metros quadrados, equivalente a quase 2,5 campos de futebol - o diâmetro é quase suficiente para acomodar dois jatos Airbus A380 lado a lado.

Peso do ar

Quando em operação, a super turbina eólica, girando a 10 metros por segundo, extrairá energia de 200 toneladas de ar por segundo.

Devido às forças a que a turbina estará sujeita, cada pá teve que ser feita em um molde único - é o maior componente individual de fibra de vidro já produzido.

As pás incorporam avanços no material utilizado, no projeto aerodinâmico e na técnica de fabricação.

Tudo junto representou uma diminuição de 20% no peso, por sua vez reduzindo as exigências sobre as fundações, a torre e a nacele.

 A área total coberta pelo rotor da maior turbina eólica do mundo alcançará 18.600 metros quadrados, equivalente a quase 2,5 campos de futebol. [Imagem: Siemens]

Evolução eólica

As turbinas eólicas vêm evoluindo dramaticamente ao longo das últimas décadas, não apenas em tamanho, mas também em aerodinâmica, nos materiais utilizados em sua construção e nas técnicas de fabricação.

Há 30 anos, uma turbina eólica típica tinha um rotor de 10 metros (cada pá media 5 metros de comprimento) e eram capazes de gerar 30 kW.

A maior turbina do mundo agora terá um rotor de 154 metros (cada pá com 75 metros de comprimento) e deverá produzir 6 MW, uma capacidade 200 vezes maior.

Inovação Tecnológica.

LEDs brancos construídos sobre papel vão iluminar suas paredes.

O esquema dos LEDs sobre papel parece complicado, mas sua fabricação é feita por impressão. [Imagem: Gul Amin]

Papel luminoso

Já pensou em acender a cortina, em vez de abri-la? Ou mudar o brilho e a cor do seu papel de parede? Ou acender o teto inteiro, em vez de apenas uma lâmpada?

Estas são as propostas agora tornadas realidade pelo trabalho do paquistanês Gul Amin, atualmente na Universidade Linkoping, na Suécia.

Ele desenvolveu uma técnica que permite que LEDs brancos sejam fabricados diretamente sobre papel ou outras fibras.

Os nanoLEDs, que emitem uma luz branca muito pura, foram construídos com minúsculas barras de óxido de zinco, depositadas juntamente com um polímero condutor, diretamente sobre uma folha de papel.

O pesquisador demonstrou também que é possível fabricar os nanoLEDs por impressão. Nesse experimento, ele usou um papel de parede comum.

LEDs de óxido de zinco

Ao descobrir que nanofios de óxido de zinco poderiam emitir luz, pesquisadores criaram recentemente uma nova categoria de LEDs, ainda menores e mais eficientes que os LEDs comuns.

Amin e seu colega Naved ul Hassan Alvi estavam pesquisando várias técnicas para cultivar diferentes nanoestruturas de óxido de zinco sobre diferentes materiais.

O papel mostrou-se um substrato perfeito, além de abrir caminho para uma grande variedade de aplicações práticas imediatas.

O papel deve ser inicialmente recoberto com uma camada protetora muito fina de uma resina chamada cicloteno, tornando-se impermeável.

A seguir são depositados os componentes ativos, uma malha de nanofios de zinco, dispersos em uma fina camada do polímero PFO (polidietilfluoreno).

Métodos químicos

A técnica foi patenteada e já está licenciada para uma empresa criada por seu professor, Magnus Willander.

"Esta é a primeira vez que alguém foi capaz de construir componentes semicondutores fotônicos inorgânicos diretamente sobre papel usando métodos químicos," disse o cientista-empresário.

Bibliografia:

Piezoelectric power generation from zinc oxide nanowires grown on paper substrate

M. Y. Soomro, I. Hussain, N. Bano, O. Nur, M. Willander

Physica Status Solidi

Vol.: Article first published online

DOI: 10.1002/pssr.201290002

Inovação Tecnológica.

Banho com ar aquecido economiza até 30% de energia.

Experimento com box fechado para avaliação dos ganhos com o banho com ar aquecido.[Imagem: Marco Aurélio da Cunha Alves/UFJF]

Banho com ar aquecido economiza até 30% de energia

Experimento com box fechado para avaliação dos ganhos com o banho com ar aquecido.[Imagem: Marco Aurélio da Cunha Alves/UFJF]

Pesquisadores da Universidade Federal de Juiz de Fora (MG) desenvolveram uma técnica que não apenas reduz o consumo de energia elétrica do chuveiro, como também aumenta o conforto do banho.

O método tem como fundamento aquecer não apenas a água do banho, mas também o ambiente do banheiro.

Banho com ar aquecido

Enquanto hoje somente a água do banho é aquecida, o método proposto pelos pesquisadores mineiros aquece também o ar em torno da pessoa.

Com o aquecimento do ar ambiente, a temperatura da água requerida para um banho confortável é menor, exigindo menor potência do chuveiro e, portanto, consumindo menos energia elétrica.

Segundo os pesquisadores, o aquecimento do ar ambiente requer menos energia do que a energia economizada pelo chuveiro, gerando um balanço energético final positivo, com um ganho superior a 30%.

A tecnologia pressupõe o fechamento total do box do banheiro, para que o ar quente não escape do seu interior.

Etapas do banho econômico

Com a nova tecnologia, um banho confortável teria três etapas.

Na etapa pré-banho, o usuário entra no box, fecha a porta e liga o sistema de aquecimento de ar, ajustando-o para uma temperatura à sua escolha - isso leva em torno de 1 minuto.

Na etapa do banho propriamente dito, após o ar ambiente já ter atingido a temperatura escolhida, o usuário abre a água e ajusta sua temperatura.

Finalmente, na etapa pós-banho, o box continuará aquecido pelo sistema de aquecimento de ar, eliminando aquela fase em que o usuário sente o impacto do rápido abaixamento de temperatura que ocorre quando o chuveiro é desligado. Nesse caso, ele ficará aquecido até se enxugar e poder se vestir.

"Em uma residência pequena com quatro moradores, o chuveiro elétrico pode responder por até 45% do consumo de energia elétrica durante os meses mais frios e por cerca de 30% no período mais quente do ano, quando a potência do chuveiro pode ser reduzida," explica o professor Marco Aurélio da Cunha Alves, idealizador do projeto.

"Em outras palavras, a economia de energia elétrica nos banhos, além de possuir variados benefícios para o meio ambiente, traz também economia financeira significativa ao consumidor, visto que pode reduzir bastante o valor da conta de luz no final do mês," completa ele.

O ganho é suficiente para alimentar a geladeira da casa durante o mês inteiro.

Fazendo as contas

O professor Marco Aurélio mostra seus resultados em números muito precisos.

Ele lembra que a pesquisa Procel, feita pela Eletrobras, indica que o tempo médio do banho de um brasileiro é de 10 minutos.

Os modelos mais populares de chuveiro elétrico usados no país têm potência mínima de 3.000 Watts, na posição "verão", e máxima de 4.500 W, na posição "inverno".

Considerando os 10 minutos de banho, isso significa um consumo de 0,50 kWh nos dias mais quentes e 0,75 kWh nos dias mais frios. A proposta do pesquisador é aquecer o ar para evitar que o usuário use a potência máxima do chuveiro.

"Supondo um box com as dimensões de 1,10 x 1,10 x 2,10 metros, para aquecer o ar contido no interior desse box, de 15ºC até 32ºC, será gasta a energia de 0,015 kWh," calcula ele.

"A economia de energia obtida com o banho com aquecimento do ar com relação ao banho convencional é: (0,75 - 0,515) kWh = 0,235 kWh. Em termos percentuais a economia é: (0,75 : 0,235 x 100)% = 31%," conclui Marco Aurélio.

A Universidade já depositou o pedido de patente da tecnologia, e agora o pesquisador está conversando com parceiros da indústria para viabilizar sua colocação no mercado.

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