Gerador hidrovoltaico produz energia da evaporao da gua doce ou do mar

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 12/03/2024

Energia hidrovoltaica

Nos ltimos anos, vrias abordagens tm sido desenvolvidas para tentar tirar proveito da hidrovoltaica, um efeito que pode ser explorado quando a gua se evapora. um potencial enorme, bastando lembrar que aproximadamente metade da energia solar que chega Terra alimenta processos evaporativos.

O efeito hidrovoltaico (HV) permite que a eletricidade seja colhida quando um fluido passa sobre a superfcie eletricamente carregada de um dispositivo com poros em nanoescala. A evaporao estabelece um fluxo contnuo dentro dos nanocanais, que atuam como mecanismos de bombeamento passivos – a gua flui por capilaridade. Esse efeito tambm observado nos microcapilares das plantas, onde o transporte de gua ocorre graas a uma combinao de presso capilar e evaporao natural.

J existem geradores hidrovoltaicos funcionais, mas ainda estamos longe de compreender os meandros dessa gerao de eletricidade em nanoescala.

Foi nisso que trabalharam Tarique Anwar e Giulia Tagliabue, da Escola Politcnica Federal de Lausanne, na Sua, fazendo uma combinao de experimentos e modelagem multifsica para caracterizar fluxos de fluidos, fluxos de ons e efeitos eletrostticos devidos a interaes slido-lquido, com o objetivo de otimizar os geradores hidrovoltaicos.

O resultado foi melhor do que o esperado, abrindo pela primeira vez a possibilidade da gerao hidrovoltaica usando gua comum, incluindo a gua do mar.

“Graas nossa nova plataforma altamente controlada, este o primeiro estudo que quantifica esses fenmenos hidrovoltaicos, destacando a importncia de vrias interaes interfaciais. Mas, no processo, tambm fizemos uma descoberta importante: Que os dispositivos hidrovoltaicos podem operar em uma ampla faixa de salinidades, contradizendo o entendimento anterior de que era necessria gua altamente purificada para obter o melhor desempenho,” disse Tagliabue.

O detalhamento do processo envolvido na gerao hidrovoltaica permitir a fabricao de geradores mais eficientes.
[Imagem: Tarique Anwar et al. – 10.1016/j.device.2024.100287]

Mecanismo da gerao hidrovoltaica

O trabalho da equipe tambm alcanou resultados em termos prticos, especificamente na tcnica de fabricao dos dispositivos hidrovoltaicos.

A dupla usou pela primeira vez em uma aplicao hidrovoltaica uma tcnica chamada litografia coloidal de nanoesferas, o que lhes permitiu criar uma rede hexagonal de nanopilares de silcio espaados com preciso. Os espaos entre os nanopilares criaram os canais perfeitos para a evaporao, alm de poderem ser ajustados para compreender melhor os efeitos do confinamento do fluido e da rea de contato slido/lquido.

E era justamente aqui que estava o pulo da gato para permitir usar guas no purificadas. “Na maioria dos sistemas fludicos contendo solues salinas, voc tem um nmero igual de ons positivos e negativos. No entanto, quando voc confina o lquido a um nanocanal, apenas os ons com polaridade oposta da carga superficial permanecero,” explicou Anwar. “Isso significa que, se voc permitir que o lquido flua atravs do nanocanal, voc gerar correntes e tenses.”

“Isso remonta nossa principal descoberta, de que o equilbrio qumico da carga superficial do nanodispositivo pode ser explorado para estender a operao de dispositivos hidrovoltaicos em toda a escala de salinidade,” acrescentou Tagliabue. “Na verdade, medida que a concentrao de ons fluidos aumenta, tambm aumenta a carga superficial do nanodispositivo. Como resultado, podemos usar canais de fluido maiores enquanto trabalhamos com fluidos de concentrao mais alta. Isso torna mais fcil fabricar dispositivos para uso com gua da torneira ou do mar, em vez de apenas gua purificada.”

Imagem de microscpio eletrnico de varredura dos nanopilares de silcio usados na gerao hidrovoltaica.
[Imagem: Tarique Anwar/LNET EPFL]

Gerao de energia e dessalinizao da gua do mar

Como a evaporao pode ocorrer continuamente em uma ampla faixa de temperaturas e umidades – e at mesmo noite – h muitas aplicaes potenciais interessantes para dispositivos hidrovoltaicos mais eficientes. Os pesquisadores esperam explorar este potencial com o apoio Fundao Nacional de Cincias da Sua, que j est apoiando o desenvolvimento de um projeto para a recuperao de calor residual e gerao de energia renovvel em grande e pequena escala, incluindo um prottipo do gerador hidrovoltaico operando em condies reais.

E, como lida com a salinidade da gua, o projeto tambm poder ser estendido para outras aplicaes, como a dessalinizao da gua do mar ou a limpeza de guas residuais.

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