Turbinas usam vento produzido pelos automóveis nas rodovias para gerar energia

 Pelo site Engenharia É

Turbinas que geram energia estão sendo instaladas em postes de rodovias na Inglaterra. A grande inovação é o projeto do equipamento, que aproveita o vento produzido pela movimentação dos veículos para fazer as pás girarem e produzirem eletricidade – sem a dependência de vento natural.

Barry Thompson, CEO da Alpha 311, empresa que desenvolveu o projeto, garante que a solução é inédita e pode ser uma resposta para gerar grande quantidade de energia renovável. De acordo com a fabricante, as turbina acopladas a postes em um rodovia poderiam gerar, em conjunto, cerca de pode 6MW – o suficiente para abastecer uma pequena cidade.

A casa de Barry Thompson é abastecida com eletricidade de protótipos da turbina. “Quando você está ao lado de uma rodovia e passa um caminhão, dá para sentir o ar que ele movimenta. Nós captamos a energia que vem deste vento”, diz.

Como exemplo, o CEO cita a Thanet Way, rodovia com menos de 30 quilômetros de extensão que tem 1.114 postes de iluminação.  As turbinas poderiam ser instaladas na parte central da rodovia e aproveitar o vento Gerado pelos carros que passam nas duas vias. Conforme ilustração abaixo:

Crédito: Alpha 311/SWNS

“A geração de energia usaria a infraestrutura que já existe no local”, explica Thompson. “Não estamos colocando turbinas enormes na paisagem, estamos aproveitando o que está disponível”.

Com 2 metros de altura, cada turbina gera a mesma quantidade de eletricidade que 21 metros quadrados de painéis solares. De acordo com a empresa, o tamanho dos equipamentos pode ser reduzido de acordo com a configuração do projeto.

Thompson diz que já está em contato com autoridades inglesas para testar as turbinas em estradas. Algumas cidades dos Estados Unidos declararam interesse no uso do dispostivo.

No vídeo abaixo, conheça a revolucionária turbina:

https://youtu.be/lUNju4fdpUQ

Aparelho resfria o ar e aquece água - ao mesmo tempo e sem gastar eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica

Este aparelho simples faz o que os pesquisadores chamam de "mágica do gelo e do fogo".
[Imagem: University at Buffalo]

Ar-condicionado e aquecimento sem gastar energia

Com a melhoria dos materiais, tem crescido o interesse na refrigeração passiva, ou refrigeração radiativa, aquele tipo de resfriamento que manda o calor para o espaço sem gastar energia.

Além de diminuir o gasto de energia dos sistemas de ar-condicionado, várias equipes estão tentando mesclar a refrigeração radiativa com materiais trabalhados em nanoescala para refletir ou para aproveitar o calor do Sol que incide sobre os edifícios.

Lyu Zhou e seus colegas da Universidade de Buffalo, nos EUA, acabam de fazer um progresso significativo nessa área.

Zhou criou um sistema híbrido muito simples que conseguiu feitos notáveis - e sem gastar nada de eletricidade. O equipamento:

• reduziu a temperatura dentro de um sistema de teste em um ambiente externo, sob luz solar direta, em mais de 12 ºC;
• baixou a temperatura de uma caixa de teste projetada para simular a noite em mais de 14 ºC;
• e capturou simultaneamente calor solar suficiente para aquecer água a cerca de 60 ºC.

Embora o protótipo tenha apenas 70 centímetros quadrados, a equipe garante que ele pode ser ampliado para cobrir telhados inteiros, permitindo reduzir a dependência de combustíveis fósseis e eletricidade usados pelos sistemas de ar-condicionado e aquecimento. E também pode ajudar comunidades com acesso limitado à eletricidade.

"É importante ressaltar que nosso sistema não desperdiça a entrada de energia solar. Em vez disso, a energia solar é absorvida pelos espelhos seletivos do espectro solar e pode ser usada para aquecimento solar de água, algo que é amplamente usado como um dispositivo energético eficiente em países em desenvolvimento. Ele pode reter os efeitos do aquecimento solar e do resfriamento radiativo em um único sistema sem a necessidade de eletricidade. É realmente uma espécie de sistema 'mágico' de gelo e fogo," disse o professor Qiaoqiang Gan, coordenador da equipe.

O segredo da "mágica de gelo e fogo" está nos painéis nanoestruturados em formato de V, formados por múltiplas camadas que lidam com os diversos comprimentos de onda da luz solar.
[Imagem: Lyu Zhou et al. - 10.1016/j.xcrp.2021.100338]

2 em 1: Refrigerador e aquecedor

O refrigerador/aquecedor consiste essencialmente de dois espelhos, feitos com 10 camadas extremamente finas de prata e dióxido de silício, dispostos em formato de V.

Esses espelhos absorvem a luz do Sol, transformando a energia solar das ondas visíveis e do infravermelho próximo em calor, que é então usado para aquecer a água.

Os espelhos também refletem as ondas do infravermelho médio de um "emissor" - uma caixa vertical entre os dois espelhos -, que então reflete o calor para o céu em um comprimento de onda para o qual a atmosfera terrestre é transparente, ou seja, o calor vai literalmente para o espaço.

"Uma das principais inovações do nosso sistema é a capacidade de separar e reter o aquecimento solar e o resfriamento radiativo em diferentes componentes em um único sistema," disse Zhou. "Durante a noite, o resfriamento radiativo é fácil porque não temos entrada solar, então as emissões térmicas simplesmente cessam e executamos o resfriamento radiativo com facilidade. Mas o resfriamento diurno é um desafio porque o Sol está brilhando. Nessa situação, você precisa encontrar estratégias para separar o aquecimento solar da área de resfriamento. "

Esse é justamente o papel do emissor de calor, a caixa que fica no centro do "V".

O protótipo alcançou uma densidade de potência de resfriamento de 280 watts por metro quadrado. A capacidade de aquecimento (60 ºC) é significativa, mas a equipe planeja trabalhar para superar os 100 ºC, o que permitirá a geração de vapor, que pode ser usado não apenas para aquecimento, mas também para gerar eletricidade.

Bibliografia:

Artigo: Hybrid concentrated radiative cooling and solar heating in a single system
Autores: Lyu Zhou, Haomin Song, Nan Zhang, Jacob Rada, Matthew Singer, Huafan Zhang, Boon S. Ooi, Zongfu Yu, Qiaoqiang Gan
Revista: Cell Reports Physical Science
DOI: 10.1016/j.xcrp.2021.100338

Novo motor magnético levará naves mais rápido e mais longe

Redação do Site Inovação Tecnológica

Fatima Ebrahimi posa diante da concepção artística de uma nave para viagens espaciais de longa duração.
[Imagem: Elle Starkman/PPPL/ITER]

Motor-foguete

Um novo tipo de motor-foguete pode ajudar a levar a humanidade para além das cercanias da Terra.

Esta é a proposta de Fatima Ebrahimi, do Laboratório Princeton de Física do Plasma, nos EUA.

O novo motor é uma variação dos conhecidos motores iônicos, já usados em várias missões.

A diferença é que, em lugar da eletricidade usada para acelerar o plasma nos motores iônicos atuais, o novo motor usará magnetismo.

Os campos magnéticos serão usados para fazer com que partículas de plasma - um gás eletricamente carregado, também conhecido como quarto estado da matéria - sejam ejetadas para fora do foguete e, por causa da conservação do momento, impulsionem o veículo para frente.

O conceito envolve acelerar as partículas do plasma usando a reconexão magnética, um processo encontrado em todo o Universo, incluindo a superfície do Sol, onde as linhas do campo magnético convergem, separam-se repentinamente e depois se unem novamente, produzindo muita energia. A reconexão também ocorre dentro dos reatores de fusão nuclear em forma de anel, conhecidos como tokamaks.

"Eu venho cozinhando esse conceito há algum tempo," disse Ebrahimi. "Tive a ideia em 2017 enquanto estava sentada em uma varanda e pensando sobre as semelhanças entre o escapamento de um carro e as partículas de escapamento de alta velocidade criadas pelo Experimento Nacional Torus Esférico (NSTX), o precursor da principal instalação de fusão do laboratório. Durante sua operação, este tokamak produz bolhas magnéticas, chamadas plasmoides, que se movem a cerca de 20 quilômetros por segundo, o que me pareceu um bocado com um impulso."

Princípio de funcionamento do motor alfvênico, em que campos magnéticos ejetam o plasma para produzir empuxo.
[Imagem: Fatima Ebrahimi]

Motor de plasma magnético

Os atuais motores de plasma, que usam campos elétricos para impulsionar as partículas, produzem um impulso específico muito baixo, o que limita seu uso a naves sem muita pressa, que podem aguardar longos períodos de aceleração, até atingir uma velocidade razoável.

Mas as simulações feitas em computador por Ebrahimi indicam que seu novo conceito pode gerar escapes do motor com velocidades de centenas de quilômetros por segundo, o que é pelo menos 10 vezes mais do que os motores iônicos atuais.

Esse ganho deve-se às chamadas ondas de Alfvén (Hannes Alfvén [1908-1995]), um tipo de onda magnetohidrodinâmica de baixa frequência que se propaga na direção do campo magnético, através da oscilação dos íons no plasma - por isso Ebrahimi chama seu conceito de "motor alfvênico".

"As viagens de longa distância levam meses ou anos porque o impulso específico dos motores de foguetes químicos é muito baixo, então a nave demora um pouco para ganhar velocidade," disse ela. "Mas se fizermos propulsores baseados na reconexão magnética, poderemos concluir missões de longa distância em um período de tempo mais curto."

Os plasmoides são um elemento importante para o ganho de potência do motor magnético de plasma.
[Imagem: Fatima Ebrahimi]

Vantagens do motor iônico magnético

O conceito de motor iônico magnético tem algumas outras vantagens.

A primeira delas é que é possível acelerar e desacelerar o motor-foguete, o que pode ser feito simplesmente variando a intensidade dos campos magnéticos aplicados.

Além disso, o novo propulsor produz movimento ejetando não apenas as partículas de plasma, mas também as tais bolhas magnéticas, ou plasmoides, que adicionam potência à propulsão.

Finalmente, ao contrário dos motores iônicos elétricos, os campos magnéticos no conceito de Ebrahimi permitem que o plasma dentro do propulsor consista em átomos pesados ou leves, uma flexibilidade que permitirá ajustar a quantidade de impulso para cada missão específica. "Enquanto outros propulsores requerem gás pesado, feito de átomos como o xenônio, neste conceito você pode usar qualquer tipo de gás que quiser," disse Ebrahimi. E gases mais leves são interessantes porque átomos menores podem se mover mais rapidamente.

"O próximo passo é construir um protótipo," anunciou a pesquisadora.

Bibliografia:

Artigo: An Alfvenic reconnecting plasmoid thruster
Autores: Fatima Ebrahimi
Revista: Journal of Plasma Physics

DOI: 10.1017/S0022377820001476 

Descoberto método mais barato para criar combustíveis a partir de plantas

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O segredo está em um material à base de níquel e cobre.
[Imagem: 10.1038/s41598-020-79761-6]

Biocombustíveis mais baratos

Cientistas afirmam ter descoberto uma maneira mais barata e mais eficiente e produzir biocombustíveis a partir de plantas.

"O processo de conversão do açúcar em álcool tem que ser muito eficiente se você quer que o produto final seja competitivo com os combustíveis fósseis. O processo de como fazer isso está bem estabelecido, mas o custo o torna pouco competitivo, mesmo com significativos subsídios do governo. Este novo desenvolvimento pode ajudar a reduzir os custos," disse o professor Venkat Gopalan, da Universidade Estadual de Ohio, nos EUA.

A descoberta consiste em um método mais simples e mais barato para criar as chamadas "moléculas auxiliares", que permitem que o carbono nas células seja transformado em energia.

Essas moléculas ajudantes - que os químicos chamam de cofatores - são o dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NADH) e seu derivado NADPH (fosfato de dinucleotídeo de adenina e nicotinamida). Esses cofatores, em suas formas reduzidas (perda de oxigênio, ou o inverso da oxidação), são parte fundamental na transformação do açúcar das plantas em butanol ou etanol para combustíveis.

O problema é que tanto o NADH quanto o NADPH são caros quando produzidos em escala industrial.

Níquel e cobre

Para baratear o processo, a equipe criou um eletrodo com camadas superpostas de níquel e cobre, que são elementos muito mais baratos do que os materiais comumente usados. Esse eletrodo permitiu recriar NADH e NADPH a partir de suas formas oxidadas.

A equipe conseguiu usar o NADPH como cofator na produção de um álcool a partir de outra molécula, um teste que fizeram intencionalmente para mostrar que o eletrodo que construíram pode ajudar a converter biomassa - células vegetais - em biocombustíveis.

E, como o NADH e o NADPH estão no centro de muitos processos de conversão de energia dentro das células, essa descoberta pode ajudar em outras aplicações. Por exemplo, ambos os cofatores desempenham um papel importante na desaceleração do metabolismo das células cancerosas e têm sido alvo de tratamento para alguns tipos de câncer.

Mas a equipe acredita que a aplicação mais imediata de sua descoberta será no campo dos biocombustíveis.

Bibliografia:

Artigo: Copper oxide-based cathode for direct NADPH regeneration
Autores: J. T. Kadowaki, T. H. Jones, A. Sengupta, V. Gopalan, V. V. Subramaniam
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: 11, Article number: 180
DOI: 10.1038/s41598-020-79761-6

Cimento inspirado em madeira fica mais forte e multifuncional

 Com informações da Phys.org

Depois de curar, o cimento lembra as fibras da madeira.
[Imagem: Faheng Wang et al. - 10.1002/advs.202000096]

Cimento com estrutura de madeira

A natureza sempre foi a fonte básica de inspiração para as criações humanas.

As rochas sedimentares consolidadas, por exemplo, serviram de inspiração para a criação do cimento e do concreto com que nossa civilização pôde deixar de usar diretamente rochas, que precisam ser cortadas e carregadas, além de ser muito difícil fazê-las assumir as formas que queremos.

Agora, uma equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia da China descobriu que é possível melhorar muito o concreto buscando inspiração em outro material natural: a madeira.

Para isso, eles desenvolveram um processo simples para fabricar cimento que apresenta uma estrutura que imita a arquitetura unidirecional dos poros da madeira. O material resultante é cimento puro, diferente de outra técnica recente, que recicla concreto junto com madeira - só que um cimento muito melhor.

Há muito tempo os engenheiros sabem que cimentos porosos são melhores, apresentando um elevado índice de isolamento térmico, alta eficiência na absorção de sons e excelente permeabilidade para o ar e a água, além de ser simultaneamente mais leve e mais resistente ao fogo. No entanto, ninguém havia conseguido até hoje desenvolver um método fabril que conseguisse produzir cimentos com todas essas características de forma economicamente viável.

Mas parece que Faheng Wang e seus colegas conseguiram cruzar essa linha de chegada em primeiro lugar.

O processo de resfriamento e cura é crucial para que o cimento adquira suas multifuncionalidades.
[Imagem: Faheng Wang et al. - 10.1002/advs.202000096]

Cimento multifuncional

Wang e seus colegas produziram um cimento semelhante à madeira - com arquiteturas unidirecionalmente porosas - usando uma técnica de tratamento por congelamento bidirecional. O congelamento permitiu que se formassem "pontes" entre os constituintes da estrutura, criando os poros que surgem quando o material é descongelado e o cimento endurece.

O processo de hidratação subsequente produziu novos minerais e géis dentro do cimento, incluindo hidróxido de cálcio hexagonal, etringita e géis de hidrato de silicato de cálcio. Essas fases se originaram principalmente nas lamelas de cimento e cresceram em seu espaçamento durante o processo de descongelamento e cura, dando uma melhor integridade estrutural ao material poroso.

Em comparação com o cimento comum, o cimento que imita a madeira apresentou maior resistência, isolamento térmico mais eficaz e fácil ajuste para repulsão de água.

E, segundo a equipe, além de produzir um novo material de construção promissor para projetos arquitetônicos biomiméticos e construções civis mais leves e mais resistentes, a técnica de fabricação por congelamento pode ser aplicada a outros materiais, como cerâmicas, metais, polímeros e seus compósitos.

Bibliografia:

Artigo: Wood-Inspired Cement with High Strength and Multifunctionality
Autores: Faheng Wang, Yuanbo Du, Da Jiao, Jian Zhang, Yuan Zhang, Zengqian Liu, Zhefeng Zhang
Revista: Advanced Science
DOI: 10.1002/advs.202000096

Os discos solares que podem garantir energia à Terra a partir do espaço

Pela BBC - Brasil 

Parece ficção científica: usinas solares gigantescas flutuando no espaço que enviam enormes quantidades de energia para a Terra. E por muito tempo, o conceito — desenvolvido pela primeira vez pelo cientista russo Konstantin Tsiolkovsky, na década de 1920 — foi sobretudo uma inspiração para escritores.

Um século depois, no entanto, os cientistas estão fazendo grandes avanços para transformar o conceito em realidade.

A Agência Espacial Europeia percebeu o potencial desses esforços e agora está buscando financiar projetos nesta área, prevendo que o primeiro recurso industrial que obteremos do espaço será "energia irradiada".

A mudança climática é o maior desafio do nosso tempo, então há muita coisa em jogo. Do aumento das temperaturas globais até as alterações nos padrões climáticos, os impactos das mudanças climáticas já estão sendo sentidos em todo o mundo. Superar esse desafio exigirá mudanças radicais na forma como geramos e consumimos energia.

As tecnologias de energia renovável se desenvolveram drasticamente nos últimos anos, com maior eficiência e menor custo. Mas uma grande barreira para sua adoção é o fato de que não fornecem um abastecimento constante de energia. As fazendas eólicas e solares produzem energia apenas quando o vento sopra ou o sol brilha — mas precisamos de eletricidade 24 horas por dia, todos os dias.

Em última análise, precisamos de uma forma de armazenar energia em grande escala antes de fazer a troca para fontes renováveis.

Benefícios do espaço

Uma possível maneira de contornar isso seria gerar energia solar no espaço. Há muitas vantagens nisso. Uma estação de energia solar baseada no espaço poderia orbitar a face do Sol 24 horas por dia. A atmosfera da Terra também absorve e reflete parte da luz do Sol, de modo que as células fotovoltaicas acima da atmosfera vão receber mais luz solar e produzir mais energia.

Mas um dos principais desafios a serem vencidos é como montar, lançar e implantar estruturas tão grandes. Uma única estação de energia solar pode ter que cobrir 10 km2 — o equivalente a 1,4 mil campos de futebol. Usar materiais leves também será fundamental, já que a maior despesa será o custo de lançar a estação ao espaço em um foguete.

Uma solução proposta é desenvolver uma série de milhares de satélites menores que vão se unir e se configurar para formar um único grande gerador solar. Em 2017, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) esboçaram designs para uma estação de energia modular, consistindo de milhares de telhas de células fotovoltaicas ultraleves. Eles também apresentaram um protótipo de telha que pesa apenas 280g por metro quadrado, semelhante ao peso de um cartão.

Recentemente, avanços nos processos de fabricação, como a impressão 3D, também estão sendo analisados no que se refere ao seu potencial para energia espacial. Na Universidade de Liverpool, no Reino Unido, estamos explorando novas técnicas para imprimir células fotovoltaicas ultraleves em velas solares.

Uma vela solar é uma membrana dobrável, leve e altamente refletora, capaz de aproveitar o efeito da pressão da radiação do Sol para impulsionar uma espaçonave sem combustível. Estamos explorando como incorporar células fotovoltaicas em estruturas de velas para criar grandes estações de energia sem combustível.

Esses métodos nos permitiriam construir as usinas de energia no espaço. Na verdade, um dia poderá ser possível fabricar e implantar unidades no espaço a partir da Estação Espacial Internacional ou da futura estação lunar, chamada Gateway, que orbitará a Lua. Esses dispositivos poderiam, na verdade, ajudar a fornecer energia à Lua.

As possibilidades não param por aí. Embora atualmente dependamos de materiais da Terra para construir usinas de energia, os cientistas também estão considerando o uso de recursos do espaço para a fabricação das mesmas, como materiais encontrados na Lua.

Mas um dos maiores desafios pela frente será fazer com que a energia seja transmitida de volta à Terra. O plano é converter a eletricidade das células fotovoltaicas em ondas de energia e usar campos eletromagnéticos para transferi-los para uma antena na superfície da Terra. A antena converteria então as ondas de volta em eletricidade.

Pesquisadores liderados pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão já desenvolveram designs e apresentaram um sistema orbital que deve ser capaz de fazer isso.

Ainda há muito trabalho a ser feito nessa área, mas o objetivo é que as usinas solares no espaço se tornem uma realidade nas próximas décadas.

Pesquisadores na China desenvolveram um sistema chamado Omega, que eles pretendem que esteja operacional em 2050. Esse sistema deve ser capaz de fornecer 2 GW de energia à rede da Terra em seu pico de desempenho, o que é uma quantidade enorme. Para produzir tanta energia com painéis solares na Terra, você precisaria de mais de seis milhões deles.

Satélites de energia solar menores, como aqueles projetados para abastecer os rovers (veículos robóticos) lunares, podem estar operacionais mais cedo ainda.

Em todo o mundo, a comunidade científica está dedicando tempo e esforço ao desenvolvimento de usinas solares no espaço. Nossa esperança é que um dia elas possam ser uma ferramenta vital em nossa luta contra as mudanças climáticas.

Humanidade poderá extrair energia de buracos negros

Redação do Site Inovação Tecnológica

"Daqui a milhares ou milhões de anos, a humanidade poderá sobreviver ao redor de um buraco negro, sem precisar da energia das estrelas. É um problema essencialmente tecnológico. Se olharmos para a física, não há nada que impeça isso."
[Imagem: ParallelVision/Pixabay]

Extrair energia de um buraco negro

Físicos descobriram uma nova maneira de extrair energia dos buracos negros.

Luca Comisso (Universidade de Colúmbia, nos EUA) e Felipe Asenjo (Universidade Adolfo Ibañez, no Chile) propõem quebrar e reconectar as linhas do campo magnético perto do horizonte de eventos, o ponto de onde nada, nem mesmo a luz, pode escapar da atração gravitacional do buraco negro.

"Os buracos negros são comumente cercados por uma 'sopa' quente de partículas de plasma que carregam um campo magnético," explica Comisso. "Nossa teoria mostra que, quando as linhas do campo magnético se desconectam e se reconectam, da maneira certa, elas podem acelerar as partículas de plasma para energias negativas, e grandes quantidades de energia do buraco negro podem ser extraídas. "

Isso pode fornecer uma fonte de energia virtualmente inesgotável para uma civilização suficientemente avançada. Para nós, por enquanto, poderá permitir aos astrônomos estimar melhor a rotação dos buracos negros e medir suas emissões de energia.

Energia negativa

Comisso e Asenjo construíram sua teoria com base na premissa de que a reconexão de campos magnéticos acelera as partículas de plasma em duas direções diferentes.

Um fluxo de plasma é empurrado contra o giro do buraco negro, enquanto o outro é impulsionado na direção da rotação e pode escapar das garras do buraco negro, o que irá liberar energia se o plasma engolido pelo buraco negro tiver energia negativa.

Essencialmente, um buraco negro libera energia ao engolir partículas de energia negativa - tudo o que precisamos fazer é recolher essa energia liberada.

"É como se uma pessoa pudesse perder peso comendo doces com calorias negativas. Isso pode parecer estranho, mas pode acontecer em uma região chamada ergosfera, onde o contínuo do espaço-tempo gira tão rápido que todos os objetos giram na mesma direção que o buraco negro," explica Comisso.

Dentro da ergosfera, a reconexão magnética é tão extrema que as partículas de plasma são aceleradas a velocidades próximas da velocidade da luz.

É a alta velocidade relativa entre os fluxos de plasma capturados e em fuga que permite extrair grandes quantidades de energia do buraco negro.

"Nós calculamos que o processo de energização do plasma pode atingir uma eficiência de 150%, muito maior do que qualquer usina em operação na Terra," estima Asenjo. "Alcançar uma eficiência superior a 100% é possível porque vaza energia dos buracos negros, que é distribuída gratuitamente para o plasma que escapa do buraco negro."

Ilustração esquemática do mecanismo de extração de energia de um buraco negro em rotação por reconexão magnética na ergosfera.
[Imagem: 10.1103/PhysRevD.103.023014]

Ficção realística

Embora possa parecer coisa de ficção científica, a mineração da energia de buracos negros pode ser a resposta para nossas necessidades futuras de energia.

"Daqui a milhares ou milhões de anos, a humanidade poderá sobreviver ao redor de um buraco negro, sem precisar da energia das estrelas," disse Comisso. "É um problema essencialmente tecnológico. Se olharmos para a física, não há nada que impeça isso."

Mas o processo de extração de energia imaginado por Comisso e Asenjo pode já estar operando naturalmente em um grande número de buracos negros. Pode ser ele que está causando as erupções de buracos negros, explosões poderosas de radiação que podem ser detectadas da Terra.

"Nosso conhecimento crescente de como a reconexão magnética ocorre nas vizinhanças de um buraco negro pode ser crucial para guiar nossa interpretação das observações atuais e futuras dos buracos negros, como as feitas pelo Telescópio Horizonte de Eventos," disse Asenjo.

Extrair energia de buracos negros

Na verdade, esta não é a primeira proposta para extrair energia de buracos negros. Nos últimos 50 anos, vários físicos têm tentado encontrar métodos para tirar proveito desses monstros cósmicos.

O físico Roger Penrose teorizou que a desintegração de uma partícula poderia extrair energia de um buraco negro; Stephen Hawking propôs que os buracos negros poderiam liberar energia por meio de emissões quânticas; e Roger Blandford e Roman Znajek sugeriram o torque eletromagnético como o principal agente de extração de energia.

Bibliografia:

Artigo: Magnetic reconnection as a mechanism for energy extraction from rotating black holes
Autores: Luca Comisso, Felipe A. Asenjo
Revista: Physical Review D
Vol.: 103, 023014
DOI: 10.1103/PhysRevD.103.023014

Bateria com água do mar pode revolucionar armazenamento de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica

Em vez dos solventes comumente usados, a nova bateria funciona até com água do mar.
[Imagem: Zhenxing Feng Lab]

Bateria aquosa

Pesquisadores desenvolveram um novo componente para baterias que pode revolucionar a maneira como os dispositivos de armazenamento de energia são projetados e fabricados.

A liga à base de zinco e manganês permite substituir os solventes comumente usados como eletrólitos nas baterias por algo muito mais seguro e barato, além de abundante: Água do mar.

Embora as baterias de estado sólido sejam as mais promissoras para substituir as baterias de aparelhos portáteis, há demandas por formas de armazenamento de energia de grande porte, onde um eletrólito líquido não representa problemas.

Por exemplo, a energia renovável - como eólica e solar - pode ser guardada na forma de energia química, em tanques que podem ser ampliados conforme a necessidade; posteriormente, reações químicas adequadas convertem o composto de volta na energia elétrica necessária para alimentar veículos, celulares, laptops e muitos outros dispositivos e máquinas, sem as restrições de intermitência dos ventos e do Sol.

Positivo, negativo e meio de transporte

Uma bateria consiste em dois terminais - o anodo (negativo) e o catodo (positivo), normalmente feitos de materiais diferentes - e um eletrólito, um meio químico que permite o fluxo de carga elétrica - há também separadores adequados entre esses materiais.

Nas conhecidas baterias de íons de lítio, como seu nome sugere, uma carga elétrica é transportada por meio de íons de lítio conforme eles se movem através do eletrólito, indo do anodo para o catodo durante o uso, e de volta durante a recarga.

"Os eletrólitos nas baterias de íons de lítio são normalmente dissolvidos em solventes orgânicos, que são inflamáveis e muitas vezes se decompõem em altas tensões de operação. Portanto, há obviamente preocupações de segurança, incluindo o crescimento de dendritos de lítio na interface eletrodo-eletrólito, que podem causar um curto entre os eletrodos," explica o professor Zhenxing Feng, da Universidade Estadual do Oregon, nos EUA.

Embora a água do mar chame a atenção, o segredo da inovação está em uma liga nanoestrutura de zinco e manganês.
[Imagem: Huajun Tian et al. - 10.1038/s41467-020-20334-6]

Liga nanoestruturada mais água do mar

É por isso que Feng e sua equipe estão propondo uma solução aquosa para a sua bateria, justificando que os eletrólitos aquosos são competitivos em termos de custos, ambientalmente benignos, permitem carregamento rápido e suportam altas densidades de energia.

A solução consiste em uma liga nanoestruturada de zinco e manganês, que forma uma espécie de cerâmica porosa.

"O uso de zinco permite transferir duas vezes mais cargas [elétricas] do que o lítio, melhorando assim a densidade de energia da bateria. O uso da liga com sua nanoestrutura especial não apenas suprime a formação de dendritos, ao controlar a termodinâmica da reação de superfície e a cinética da reação, mas também demonstra uma estabilidade superelevada ao longo de milhares de ciclos sob condições eletroquímicas severas.

"Nós também testamos nossa bateria aquosa usando água do mar, em vez de água desionizada de alta pureza, como eletrólito. Nosso trabalho demonstrou o potencial comercial para a fabricação em larga escala dessas baterias," finalizou Feng.

Bibliografia:

Artigo: Stable, high-performance, dendrite-free, seawater-based aqueous batteries
Autores: Huajun Tian, Zhao Li, Guangxia Feng, Zhenzhong Yang, David Fox, Maoyu Wang, Hua Zhou, Lei Zhai, Akihiro Kushima, Yingge Du, Zhenxing Feng, Xiaonan Shan, Yang Yang
Revista: Nature Communications
Vol.: 12, Article number: 237
DOI: 10.1038/s41467-020-20334-6

Gerador flexível tira eletricidade da temperatura da pele

 Redação do Site Inovação Tecnológica

Ilustração conceitual do nanogerador termoelétrico, com eletrodos macios e condutores flexíveis.
[Imagem: KIST]

Eletricidade pelo calor da pele

Usar o próprio calor do seu corpo para alimentar seus eletrônicos portáteis está mais perto da realidade.

Engenheiros coreanos criaram um gerador termoelétrico - que converte diferenças de temperatura em eletricidade - que funciona de forma eficiente usando apenas o calor da pele humana.

Quando conectado à pele humana, o nanogerador forneceu 7 μW/cm2 de eletricidade usando apenas o calor corporal.

Outro fator importante é que a equipe conseguiu manter todo o processo de fabricação compatível com técnicas usadas industrialmente - é basicamente impressão, embora as "tintas" sejam diferentes materiais em solução. Mesmo o circuito eletrônico a ser alimentado foi construído com uma placa de circuito impressor flexível.

"Os resultados da nossa pesquisa são significativos porque o material composto funcional, a plataforma do dispositivo termoelétrico e o processo automatizado de alto rendimento desenvolvido neste estudo poderão contribuir para a comercialização de dispositivos vestíveis sem bateria no futuro," disse o professor Seungjun Chung, do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia.

A equipe cuidou para que tudo pudesse ser fabricado em escala industrial.
[Imagem: Byeongmoon Lee et al. - 10.1038/s41467-020-19756-z]

Eficiência e produção industrial

O rendimento excepcionalmente elevado do gerador de vestir foi possível porque a equipe conseguiu melhorar a flexibilidade, ao mesmo tempo em que reduzia a resistência do dispositivo termoelétrico.

Isto foi feito conectando o material termoelétrico propriamente dito, de natureza inorgânica - telureto de bismuto (Bi2Te3) -, a um substrato de nanofios de prata que pode ser esticado.

O gerador termoelétrico resultante apresentou excelente flexibilidade, permitindo um funcionamento estável mesmo quando dobrado ou esticado.

Além disso, partículas de metal com alta condutividade térmica foram inseridas dentro do substrato extensível para aumentar a capacidade de transferência de calor em 800% (1,4 W/mK) e a geração de energia por um fator acima de três.

Simultaneamente, os pesquisadores automatizaram todo o processo, desde a criação da plataforma macia flexível até o desenvolvimento do dispositivo termoelétrico, o que viabiliza a produção em massa do dispositivo.

Bibliografia:

Artigo: High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics
Autores: Byeongmoon Lee, Hyeon Cho, Kyung Tae Park, Jin-Sang Kim, Min Park, Heesuk Kim, Yongtaek Hong, Seungjun Chung
Revista: Nature Communications
Vol.: 11, Article number: 5948
DOI: 10.1038/s41467-020-19756-z

Bateria para carros elétricos recarrega em 10 minutos

Redação do Site Inovação Tecnológica

A nova bateria é menor, mais barata e recarrega em apenas 10 minutos.
[Imagem: Chao-Yang Wang Lab/PSU]

Bateria que recarrega em 10 minutos

Pesquisadores da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA, afirmam ter criado a bateria que vai acabar com a chamada "ansiedade de autonomia" dos carros elétricos.

A ansiedade de autonomia se refere ao medo de rodar até o limite das baterias e ficar sem energia antes de poder recarregar um veículo elétrico.

"Nós desenvolvemos uma bateria muito inteligente para o mercado de massa dos veículos elétricos com paridade de custo em relação aos veículos com motor a combustão," disse o professor Chao-Yang Wang. "Acabou a ansiedade de autonomia, e esta bateria é viável."

A grande promessa da nova bateria, baseada em uma mistura de lítio e fosfato de ferro, é que ela pode ser recarregada em 10 minutos. Mas ela também é menor e pode fornecer até 40 kW/h.

Bateria com autoaquecimento

Os ganhos foram possíveis garantindo que a bateria possa chegar rapidamente, e com segurança, a uma temperatura operacional de 60 ºC, seja no uso, seja na recarga.

A bateria usa um mecanismo de autoaquecimento feito com uma fina folha de níquel. Uma das extremidades da folha é conectada ao terminal negativo e a outra estende-se para fora da célula de energia, criando um terceiro terminal.

Conforme os elétrons fluem, eles aquecem rapidamente a folha de níquel, que funciona como uma resistência elétrica, que então aquece o interior da bateria. Quando a temperatura interna da bateria atinge 60 ºC, um interruptor se abre, desligando a resistência, e a bateria está pronta para carga ou descarga rápidas.

Sem cobalto

O principal ganho desse autoaquecimento é se livrar da deposição irregular de lítio no polo negativo, o que pode gerar os chamados dendritos, que causam curtos-circuitos e podem fazer a bateria se incendiar.

Além disso, a equipe afirma que o uso deste método de autoaquecimento permite usar materiais de baixo custo para o catodo e o anodo da bateria, além de um eletrólito de baixa voltagem, mais seguro.

O catodo (positivo) é composto de fosfato de ferro-lítio, que é termicamente estável e não contém nenhum dos materiais caros e críticos, como o cobalto, usados nas baterias atuais. O anodo (negativo) é feito de grafite de partículas muito grandes, um material seguro, leve e barato.

"Esta bateria tem peso, volume e custo reduzidos," disse Wang. "Estou muito feliz que finalmente encontramos uma bateria que beneficiará o mercado de massa de consumo [de veículos elétricos]."

Bibliografia:

Artigo: Thermally modulated lithium iron phosphate batteries for mass-market electric vehicles
Autores: Xiao-Guang Yang, Teng Liu, Chao-Yang Wang
Revista: Nature Energy
DOI: 10.1038/s41560-020-00757-7