Notícia

Com novas termocélulas, pesquisadores usam calor latente para gerar eletricidade

Fonte

Universidade de Tóquio

Data

quinta-feira, 20 julho 2023 18:05

Áreas

Energia. Engenharia Ambiental. Engenharia de Energia. Materiais. Química. Tecnologias.

Pesquisadores da Universidade de Tóquio, no Japão, geraram eletricidade a partir do calor latente, a energia criada quando uma substância passa de um estado físico para outro. Essa conquista ampliará as possibilidades das termocélulas, dispositivos que usam mudanças de temperatura para gerar eletricidade, o que é conhecido como conversão termoelétrica.

Como todos os materiais são capazes de passar por transições de fase nas circunstâncias certas, a pesquisa apoia a ideia de que uma ampla variedade de materiais tem potencial para ser usada para conversão termoelétrica. O calor latente que antes era desperdiçado poderia ser usado para permitir que dispositivos criem sua própria energia enquanto se resfriam, reduzindo a dependência de outras fontes de energia.

O aumento das temperaturas no verão e o crescente uso de tecnologia significam que a demanda por sistemas de refrigeração para residências e indústrias está aumentando. As tecnologias de ar condicionado e refrigeração já são grandes consumidoras de energia, portanto, atender a essa demanda crescente é um desafio para os países que buscam alcançar os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas, que visam melhorar o meio ambiente e a vida das pessoas. Mas e se fosse possível usar pelo menos parte dos resíduos gerados por esses sistemas de resfriamento para ajudar a gerar a eletricidade necessária para alimentá-los, de maneira barata e com baixo teor de carbono?

Pesquisadores da Universidade de Tóquio se interessaram pelo potencial da energia térmica latente criada quando uma fase de substância passa de um estado para outro, por exemplo, quando a água dentro de um ar condicionado evapora e condensa para criar o efeito de resfriamento. Ao contrário do ar quente que você sente saindo de um aparelho de ar condicionado, o calor latente criado pela água no interior é quase imperceptível. A conversão termoelétrica usa calor para gerar eletricidade, e um dispositivo que pode fazer isso é a termocélula.

A equipe de pesquisadores criou sua própria termocélula usando um hidrogel – um material polimérico rico em água – chamado PNIPAM, que eles modificaram com um composto chamado viologen. Este hidrogel modificado continha um polímero responsivo ao calor, o que significa que o polímero reagiu à mudança de temperatura, neste caso sendo solúvel em água fria, mas insolúvel em água quente. Com esta termocélula, eles conseguiram usar a quantidade muito pequena de energia de calor 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 Dr. Teppei Yamada, professor do Departamento de Química da Escola de Ciências da Universidade de Tóquio. “Acreditamos que podemos usar vários tipos de materiais para termocélulas. Todas as substâncias no mundo podem passar de fase nas condições certas (…), aumentando consideravelmente o número de situações em que a conversão termoelétrica pode ser usada”, continuou o pesquisador.

O desempenho de uma termocélula é avaliado por quanta tensão elétrica pode ser gerada a partir de uma pequena diferença de temperatura, que é chamada de coeficiente de Seebeck. Quanto maior o coeficiente de Seebeck, mais energia elétrica pode ser extraída. O coeficiente Seebeck de termocélulas que usam compostos orgânicos é geralmente inferior a 1 microvolt (um milionésimo de volt) por unidade kelvin de temperatura, mas neste teste os pesquisadores excederam 2 microvolts por kelvin. “Esta é uma conquista notável. Embora tenhamos criado anteriormente termocélulas que produziam 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”, disse o professor Yamada.

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 de termocélulas. Por exemplo, esperamos que seja possível gerar eletricidade enquanto resfriamos uma sala de servidores ou o motor de um carro. 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 implementação social rápida”, concluiu o Dr. Teppei Yamada.

Os resultados foram publicados na revista científica Advanced Materials.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Fonte: Universidade de Tóquio. Imagem: Freepik.