Sonho de produzir eletricidade a partir do ar pode estar mais perto

Ningu�m no laborat�rio conseguia acreditar no que estava vendo. Um dispositivo experimental, um sensor de umidade, come�ou a gerar sinais el�tricos.

S� que isso n�o deveria ser poss�vel.

"Por alguma raz�o, o aluno que estava trabalhando no dispositivo esqueceu de ligar a energia", lembra Jun Yao, da Universidade de Massachusetts Amherst.

"Esse � o come�o da hist�ria."

Desde aquele momento, cinco anos atr�s, Yao e seus colegas desenvolveram uma tecnologia que pode obter eletricidade a partir do ar �mido, o que � chamado de higroeletricidade.

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� uma ideia que existe h� muitos anos. O famoso inventor Nikola Tesla (1856-1943) e outros investigaram essa possibilidade no passado, mas nunca alcan�aram resultados promissores. Mas finalmente isso pode estar prestes a mudar.

V�rios grupos de pesquisa em todo o mundo est�o descobrindo novas maneiras de extrair eletricidade de mol�culas de �gua que flutuam naturalmente no ar.

Isso � poss�vel porque essas mol�culas podem transferir pequenas cargas el�tricas entre si — um processo que os pesquisadores querem dominar.

O desafio � obter eletricidade suficiente para que a tecnologia seja minimamente �til. Mas os cientistas agora acreditam que conseguem obter o suficiente para alimentar pequenos computadores e sensores.

A higroeletricidade traz a perspectiva tentadora de uma nova forma de energia renov�vel cuja fonte pode estar flutuando ao nosso redor.

Em 2020, Yao e seus colegas publicaram um artigo cient�fico que descrevia como min�sculos nanofios de prote�na, produzidos por uma bact�ria, conseguiam coletar eletricidade do ar.

O mecanismo exato ainda est� em discuss�o, mas os min�sculos poros do material parecem ser capazes de prender mol�culas de �gua. � medida que se esfregam contra o material, as mol�culas parecem fornecer uma carga.

Yao explica que, em tal sistema, a maioria das mol�culas fica perto da superf�cie e gera muita carga el�trica, enquanto outras penetram mais profundamente. Isso cria uma diferen�a de carga entre as partes externa e interna do material.

"Com o tempo, voc� v� que h� uma separa��o de carga acontecendo", diz Yao. "Isso � o que acontece em uma nuvem."

Em uma escala muito maior e mais dram�tica, as nuvens de tempestades tamb�m incorporam um ac�mulo de cargas el�tricas opostas que eventualmente descarrega na forma de um raio.

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Assim, ao controlar o movimento das mol�culas de �gua e criar as condi��es certas para a separa��o de cargas, seria poss�vel gerar eletricidade.

"O dispositivo pode funcionar literalmente em qualquer lugar da Terra", diz Yao.

Yao e seus colegas publicaram um novo estudo em maio de 2023, no qual criaram o mesmo tipo de estrutura, preenchida com nanoporos, mas usando uma variedade de materiais diferentes – de flocos e pol�meros de �xido de grafeno, a nanofibras de celulose derivadas da madeira.

Todos eles funcionaram, embora com algumas pequenas diferen�as. Isso sugere que a estrutura � o que importa, e n�o o material em si.

Nos experimentos at� agora, dispositivos mais finos que um fio de cabelo humano geraram quantidades muito pequenas de eletricidade, equivalentes a uma fra��o de volt.

Yao afirma que, com material mais volumoso, � poss�vel come�ar a obter cargas �teis, com v�rios volts.

Ele sugere que at� mesmo um l�quido a ser pulverizado com spray em superf�cies poderia fornecer uma fonte de energia instant�nea.

"Acho que � realmente empolgante", diz Reshma Rao, engenheira de materiais do Imperial College London, no Reino Unido, que n�o participou do estudo.

"H� uma enorme flexibilidade no tipo de materiais que voc� pode usar."

No entanto, pode n�o ser realista imaginar tal tecnologia alimentando edif�cios inteiros ou m�quinas que consomem muita energia como carros, adverte Rao.

A umidade pode ser suficiente apenas para alimentar dispositivos do tipo "internet das coisas" (internet of things, em ingl�s, que se refere a objetos do cotidiano que s�o conectados � internet), como sensores ou pequenos eletr�nicos.

A equipe de Yao est� longe de ser a �nica que investiga o ar �mido como uma potencial fonte de energia. Em 2020, um grupo de Israel publicou que conseguiu coletar eletricidade passando ar �mido entre duas pe�as de metal.

Esse tipo de fen�meno foi registrado pela primeira vez em 1840, quando um maquinista de uma mina de carv�o ao norte de Newcastle, na Inglaterra, sentiu uma estranha sensa��o de formigamento na m�o enquanto operava o trem.

Depois, ele notou uma pequena fa�sca saltando entre seu dedo e uma das alavancas do ve�culo. Os cientistas que investigaram o ocorrido conclu�ram que o atrito do vapor contra o metal da caldeira do motor causou o ac�mulo de carga.

Colin Price, pesquisador em ci�ncias atmosf�ricas da Universidade de Tel Aviv, em Israel, coautor do artigo de 2020, diz que as cargas geradas em experimentos de laborat�rio com pequenos peda�os de metal foram muito baixas.

No entanto, ele afirma que ele e seus colegas est�o trabalhando para melhorar o sistema. Ainda assim, uma limita��o pode ser que o grupo trabalha com uma umidade m�nima de 60% nos experimentos, enquanto os dispositivos do grupo liderado por Yao come�am a gerar eletricidade a uma umidade relativa de cerca de 20%.

Enquanto isso, uma equipe em Portugal est� trabalhando em um projeto financiado pela Uni�o Europeia chamado CATCHER, que tamb�m visa aproveitar o ar �mido como fonte de energia.

Svitlana Lyubchyk, cientista de materiais da Universidade Lus�fona de Lisboa, em Portugal, coordena o projeto e � cofundadora de uma empresa chamada CascataChuva.

"Acho que o prot�tipo estar� pronto at� o final deste ano, mais ou menos", diz Lyubchyk, enquanto seu filho Andriy Lyubchyk, que tamb�m � cofundador da empresa, apresenta um v�deo de uma pequena luz LED sendo ligada e desligada.

Ele segura um disco cinza de cerca de 4 cm de di�metro, feito de �xido de zirc�nio, explicando que esse material pode capturar mol�culas de �gua do ar �mido e for��-las a fluir por canais min�sculos.

Ele diz que um �nico disco gera carga el�trica suficiente para fornecer cerca de 1,5 volts. Apenas dois discos s�o suficientes para alimentar a luz de LED, afirma ele, acrescentando que muito mais pe�as do material podem ser encadeadas para produzir ainda mais.

No entanto, embora algumas informa��es sobre o trabalho estejam dispon�veis online, detalhes completos sobre os experimentos mais recentes da equipe ainda precisam ser publicados ou revisados por pares.

O grupo tamb�m n�o quis compartilhar qualquer material mostrando como os discos s�o conectados ao LED para aliment�-lo.

Muitas quest�es permanecem sobre os mecanismos por tr�s de todos essas inven��es higroel�tricas, diz Rao.

"H� muito mais a ser investigado em termos dos fundamentos de por que isso funciona."

H� tamb�m a quest�o da comercializa��o. Qualquer pessoa que pretenda vender uma tecnologia como essa precisar� provar que esta forma de produ��o de energia � competitiva, autossuficiente e economicamente vantajosa em compara��o com outras fontes renov�veis, diz Sarah Jordaan, engenheira civil da Universidade McGill, no Canad�.

Jordaan estuda os aspectos ambientais e econ�micos das fontes de energia.

As tecnologias de energia renov�vel mais estabelecidas, como a e�lica e a solar, claramente saem em vantagem. Elas provavelmente ser�o ainda mais importantes na pr�xima d�cada, uma �poca em que o distanciamento dos combust�veis f�sseis ser� particularmente urgente.

Apesar desses desafios, Rao afirma que ainda h� um "raio de esperan�a" de que novas tecnologias surgir�o das pesquisas com higroeletricidade.