Você caminha para um local de acampamento indescritível, pacote cheio de equipamento suficiente para mantê-lo satisfeito por um retiro de três dias longe da vida da cidade caótica. Mas quando você está pronto para sair, você percebe que não apenas seu celular morreu, sua bateria gasta depois de procurar por um sinal o tempo todo, mas você não consegue lembrar onde você entrou, o que significa que o GPS no seu telefone é a sua linha de vida de volta à realidade. Felizmente, por causa de um novo material embutido em sua panela, tudo que você precisa fazer é ligar a panela, aquecer a água dentro e ligar o telefone na porta conectada a ele. Em apenas algumas horas, seu telefone será cobrado e você poderá voltar com segurança ao seu caminhão estacionado no início da trilha.
Pesquisadores da Universidade de Utah descobriram recentemente que o material não-tóxico composto de três elementos químicos - cálcio, cobalto e térbio - gera energia termoelétrica a partir do calor residual. Inserindo o Ca3Co4Og entre uma camada que é quente, como uma panela e uma camada que é fria, como a comida ou água dentro do pote, a carga da extremidade quente se move através da extremidade fria, produzindo uma tensão elétrica.
A energia é gerada através de um processo termoelétrico usando diferenças de temperatura. Neste caso, a pesquisadora de pós-doutorado e ciência de materiais, Shrikant Saini, afirma que mesmo um grau de diferença de temperatura produz uma voltagem detectável.
“Em materiais termoelétricos, quando uma extremidade do material está quente e a outra extremidade está fria, os transportadores de carga da extremidade quente se movem através do material para a extremidade fria, gerando uma voltagem elétrica”, diz Saini, principal autor do artigo recentemente. publicado em Relatórios Científicos . "Alguns miligramas deste material fornecerão aproximadamente um microwatt de eletricidade."
Porque o material é uma descoberta tão nova, Saini diz que eles estão no meio de analisar a medida exata de gramas para watts; no entanto, sua estimativa aproximada mostra que, para um watt de energia a ser gerada, eles precisam de cerca de cinco gramas do material.
Neste gráfico, o calor de um fogão quente, juntamente com a água mais fria ou comida em uma panela, poderia gerar eletricidade suficiente para carregar um telefone celular. (Ashutosh Tiwari) Um velho provérbio nos adverte para "não desperdiçar, não querer". Mas desperdício - desperdício de energia - é difícil de capturar. Nos EUA, quase metade de nossa energia é perdida devido à ineficiência, e a maior parte de nossa energia ainda é gerada a partir de petróleo não renovável, gás natural e carvão. De acordo com um gráfico de energia dos EUA montado pelo Laboratório Nacional Lawrence Livermore, dos 97, 4 quatrilhões de unidades térmicas britânicas (ou quádruplos) de energia bruta gerada em 2013 de energia solar, nuclear, hídrica, eólica, geotérmica, gás natural, carvão, biomassa e petróleo, apenas 38, 4 quads foram realmente utilizados. Isso significa que 59 quads foram desperdiçados. Encontrar uma maneira de coletar e usar essa energia desperdiçada poderia fornecer um recurso sustentável para o futuro.
“O calor desperdiçado é, na verdade, um reservatório amplamente negligenciado, embora vasto, de energia possível”, diz Jeffrey Urban, diretor de instalações inorgânicas da Molecular Foundry, em Berkeley Labs. “As termoelétricas são uma rota promissora para aproveitar e aproveitar esse recurso - elas convertem calor diretamente em eletricidade sem partes móveis, fluidos de trabalho ou outras complexidades mecânicas”.
Urban observa que a eficiência, os custos dos materiais e a facilidade de implementação são considerações de engenharia importantes, acrescentando que, “devido à complexa física de transporte, as termelétricas tendem a operar de maneira ideal em apenas uma temperatura específica”.
Composições anteriores de material termoelétrico eram compostas de cádmio, telureto ou mercúrio - elementos que eram todos tóxicos para os seres humanos e, de acordo com a pesquisa de Saini, não tão estáveis quanto a combinação de Ca3Co4Og. Além disso, os materiais termoelétricos anteriores não eram escalonáveis porque eram derivados da fabricação ou fabricação de cristais individuais, o que é caro e desafiador. A combinação química de Saini pode permitir a aplicação em grande escala desta tecnologia termoelétrica, pois os produtos químicos estão prontamente disponíveis para misturar e cozinhar para derivar o material atóxico, facilitando a fabricação em lotes maiores. Isso faz com que a descoberta seja uma possível mudança no jogo.
“Nós antecipamos muitas aplicações deste material”, diz Saini. A Universidade de Utah solicitou uma patente. Saini é incapaz de revelar alguns detalhes específicos, mas acrescenta que o material recém descoberto poderia ser usado em joalheria, panelas e automóveis - ou até mesmo ter futuras aplicações médicas.
A termoeletricidade - ou eletricidade produzida por diferenças de temperatura - teve origem em 1821, quando Thomas Seebeck e Jean Peltier descobriram a conversão de calor em eletricidade. Três décadas depois, em 1851, William Thomson (também conhecido como Lord Kelvin) descobriu que a execução de uma corrente elétrica através de um material pode aquecê-lo ou resfriá-lo, dependendo de como os elétrons são difundidos. Desde então, o campo continuou a evoluir à medida que os cientistas trabalham para levar termoelétricas a uma tecnologia escalável.
Joshua Zide, professor associado de ciência e engenharia de materiais da Universidade de Delaware, estuda elementos de terras raras, particularmente térbio, que faz parte da combinação de elementos químicos para a descoberta de Saini. Ele diz que o térbio não é necessariamente tão abundante quanto os pesquisadores sugerem, embora a quantidade usada dentro da composição química possa tornar grandes quantidades um ponto discutível.
“O [térbio] é, de fato, muito mais comum que o telúrio, que é comumente usado em termoelétricas, mas na verdade é um tanto raro”, diz Zide. “Isso resultou em grandes aumentos de preços nos últimos anos, à medida que a demanda aumentou tanto para as células solares fotovoltaicas termelétricas quanto para as células solares fotovoltaicas de CdTe - as segundas mais comuns no mercado.”
Saini diz que esta tecnologia termoelétrica demorou quase dez anos para se concretizar, com o objetivo inicial de criar um material eficiente antes que a equipe adicionasse bio-friendly às suas necessidades finais. Uma vez que o produto é patenteado, eles querem introduzi-lo comercialmente. "Neste ponto, só podemos dizer que nos carros há muito calor desperdiçado, que pode ser usado para converter em eletricidade", diz Saini.
O futuro da energia termelétrica é promissor, especialmente com essa nova descoberta. Art Gossard, professor emérito de materiais e engenharia elétrica e de computação da Universidade da Califórnia-Santa Bárbara, acredita que a nova tecnologia poderia ter futuras aplicações no avanço militar, particularmente o navio totalmente elétrico.
“Você poderia usar o calor que vinha de suas caldeiras e reatores para gerar eletricidade que acionaria o motor elétrico e acionaria o navio elétrico”, diz Gossard. “Este navio teria a vantagem de não deixar uma nuvem de água quente para trás, o que facilita o rastreamento. Mas isso exigiria megawatts de energia, e a termoelétrica ainda não foi ampliada até esse ponto ”.
Com este material, talvez cheguemos lá.
