Gerador do futuro: moléculas orgânicas convertem calor em eletricidade

Quando se fala dos motores dos carros mais modernos, é comum o uso de adjetivos como "alta tecnologia", "super rendimento", "alta potência" e uma série de outros ufanismos. Mas, quando vistos do ponto de vista da eficiência energética - sua capacidade de transformar um tipo de energia em outro - temos que concordar que eles estão bem mais próximos das antigas máquinas a vapor do que gostaríamos de admitir.
Um motor a combustão tem uma eficiência energética de pouco mais do que 20%. Isso significa que quase 80% da energia contida no seu combustível será simplesmente perdida na forma de calor. E isso é verdade também para as caldeiras industriais e para as turbinas a gás de última geração que fazem funcionar as usinas termoelétricas.
Para piorar a situação, 90% de toda a energia utilizada no mundo - das usinas de geração de eletricidade até os motores de carros - é criada por meio da conversão indireta do calor.
"Gerar 1 watt de energia requer cerca de 3 watts de calor e envolve o lançamento no meio-ambiente do equivalente a 2 watts de energia na forma de calor," explica o pesquisador Arun Majumdar, da Universidade da Califórnia, Estados Unidos.
Com todos esses dados, é facilmente perceptível que uma pequena alteração na eficiência da conversão de calor em energia poderá ter um impacto enorme não apenas no consumo de combustíveis, principalmente os fósseis, mas também na quantidade de calor lançada constantemente na atmosfera pelas atividades humanas.
Conversores termoelétricos
Tudo o que precisamos é de um conversor termoelétrico, um equipamento capaz de converter diretamente o calor em eletricidade, sem a necessidade de que um motor a combustão ou uma turbina queimem um combustível para gerar energia mecânica e, a seguir, fazer girar um gerador que é quem efetivamente gera a eletricidade. Parece simples, mas esse tem sido o cálice sagrado dos engenheiros eletricistas nos últimos 50 anos.
Um conversor termoelétrico é um gerador de energia que funciona com base no chamado Efeito de Seebeck - um fenômeno no qual um tensão elétrica é criada quando junções de dois metais diferentes são mantidos sob temperaturas diferentes. Mas os maiores esforços dos cientistas têm sido vãos, e esses conversores continuam sendo considerados os geradores do futuro - de um futuro ainda não visível no horizonte.
Já foram construídos diversos equipamentos desse tipo. Mas o melhor deles apresenta uma eficiência de meros 7 por cento. Sem contar que eles são feitos de ligas metálicas exóticas, normalmente utilizados pela indústria de semicondutores, mas extremamente caras. O bismuto e telúrio são os metais mais utilizados nesses protótipos.
Geração orgânica de eletricidade
Agora, a equipe do Dr. Majumdar fez um progresso significativo na área da conversão direta de calor em eletricidade. Eles conseguiram gerar o efeito Seebeck utilizando moléculas orgânicas, lançando as bases para o desenvolvimento de um novo tipo de conversor termoelétrico cujo custo será diminuído em várias ordens de magnitude.
"O objetivo é fazer as coisas a partir de materiais que são mais abundantes e mais facilmente processáveis," diz Rachel Segalman, outra partipante da pesquisa. "[Materiais] orgânicos são baratos e podem ser processados facilmente."
Moléculas de Benzeno
O conversor orgânico de calor em eletricidade foi criado recobrindo-se dois eletrodos de ouro com moléculas de benzenoditiol, dibenzenoditiol e tribenzenoditiol. O calor foi aplicado a um dos eletrodos, de forma a criar um diferencial de temperatura. A ilustração acima mostra uma molécula de benzenoditiol presa entre as duas superfícies de ouro. Quando um dos lados é aquecido, gera-se uma corrente elétrica.
Para cada grau de diferencial de temperatura, os pesquisadores conseguiram gerar 8,7 microvolts de eletricidade com o benzenoditiol, 12,9 microvolts, com o dibenzenoditiol e 14,2 microvolts com o tribenzenoditiol. A diferença máxima de temperatura testada foi de 30º C.
"O efeito pode parecer muito pequeno agora, mas esta é uma prova de conceito significativa, o primeiro passo na termoeletricidade orgânica," comenta Pramod Reddy, outro pesquisador do grupo.
Geradores do futuro
Quando falam em prova de conceito, os pesquisadores se referem ao fato de que eles conseguiram provar que sua teoria funciona. Agora eles terão que trabalhar duro no sentido de otimizar as reações e testar outros materiais orgânicos.
Ainda não é possível dizer se estamos diante dos geradores de eletricidade do futuro. Vários anos de pesquisas ainda serão necessários para se aperfeiçar a tecnologia e descobrir as moléculas orgânicas que produzem os melhores resultados.
Mas o que é mais promissor é o fato de que, ainda que esses conversores termoelétricos orgânicos não se tornem um primor de eficiência, eles estarão trabalhando na recuperação de uma parte de calor que hoje é totalmente desperdiçada e lançada na atmosfera.