O cimento que pode transformarvaidebet o que écasa numa bateria gigante:vaidebet o que é

A promessa da maioria das fontes de energia renovável ​​é o fornecimento inesgotávelvaidebet o que éenergia limpa, aquela que nos é concedida pelo Sol, pelo vento e pela água.

No entanto, o Sol nem sempre brilha, o vento nem sempre sopra, e a água nem sempre está disponívelvaidebet o que éabundância. Isso quer dizer que são fontesvaidebet o que éenergia intermitentes, o que, no nosso mundo moderno, sedentovaidebet o que éenergia, representa um problema.

Isso significa que precisamos armazenar essa energiavaidebet o que ébaterias. Mas as baterias dependemvaidebet o que émateriais como o lítio, cuja oferta é muito menor do que o que seria provavelmente necessário para satisfazer a demanda gerada pelo esforço mundial para descarbonizar seus sistemasvaidebet o que éenergia evaidebet o que étransporte.

Existem 101 minasvaidebet o que élítio no mundo, e os analistas econômicos são pessimistas quanto à capacidade destas minasvaidebet o que éacompanhar a crescente demanda global.

Analistas ambientais observam que a mineraçãovaidebet o que élítio utiliza muita energia e água, o que compromete os benefícios ambientaisvaidebet o que émigrar para fontesvaidebet o que éenergia renováveis. Os processos envolvidos na extraçãovaidebet o que élítio também podem, às vezes, levar ao vazamentovaidebet o que éprodutos químicos tóxicos no abastecimentovaidebet o que éágua local.

Apesarvaidebet o que énovas reservasvaidebet o que élítio terem sido descobertas, a oferta finita deste material, a dependência excessivavaidebet o que éapenas um punhadovaidebet o que éminas no mundo todo e seu impacto ambiental, impulsionaram a busca por materiais alternativos para baterias.

É aqui que entram Stefaniuk e seu concreto. Ele e seus colegas do Institutovaidebet o que éTecnologiavaidebet o que éMassachusetts (MIT, na siglavaidebet o que éinglês) descobriram uma maneiravaidebet o que écriar um dispositivovaidebet o que éarmazenamentovaidebet o que éenergia conhecido como supercapacitor, a partirvaidebet o que étrês materiais básicos e baratos: água, cimento e uma substância parecida com fuligem, chamada negrovaidebet o que éfumo ou negrovaidebet o que écarbono.

Os supercapacitores são altamente eficientes no armazenamentovaidebet o que éenergia, mas diferem das bateriasvaidebet o que éalguns aspectos importantes. Eles podem recarregar muito mais rápido do que uma bateriavaidebet o que éíonvaidebet o que élítio, e não sofrem os mesmos níveisvaidebet o que édegradação no desempenho. Mas os supercapacitores também liberam rapidamente a energia que armazenam, tornando-os menos úteisvaidebet o que édispositivos como celulares, laptops ou carros elétricos,vaidebet o que éque é necessário um fornecimento constantevaidebet o que éenergia durante um período prolongadovaidebet o que étempo.

No entanto,vaidebet o que éacordo com Stefaniuk, estes supercapacitores poderiam contribuirvaidebet o que éforma significativa para os esforçosvaidebet o que édescarbonizar a economia global. "Se puder tervaidebet o que éescala ampliada, esta tecnologia pode ajudar a resolver uma questão importante — o armazenamentovaidebet o que éenergia renovável", diz ele.

Ele e seus colegas pesquisadores do MIT e do Instituto Wyssvaidebet o que éEngenharia Biologicamente Inspirada, da Universidadevaidebet o que éHarvard, também nos EUA, vislumbram uma sérievaidebet o que éaplicações para seus supercapacitores.

Uma delas poderia ser criar estradas que armazenem energia solar, e depois liberá-la para recarregar (sem fio) carros elétricos, enquanto passam pela estrada. A rápida liberaçãovaidebet o que éenergia do supercapacitorvaidebet o que écimento-carbono permitiria que os veículos dessem uma carga rápidavaidebet o que ésuas baterias.

Outra aplicação seriavaidebet o que éfundaçõesvaidebet o que écasas que armazenam energia.

"Ter paredes, fundações ou colunas que atuem não só no suportevaidebet o que éuma estrutura, mas também no armazenamentovaidebet o que éenergia dentro delas", diz Stefaniuk.

Mas ainda é cedo. Por enquanto, o supercapacitorvaidebet o que éconcreto é capazvaidebet o que éarmazenar pouco menosvaidebet o que é300 watts-hora por metro cúbico — o suficiente para abastecer uma lâmpada LEDvaidebet o que é10 watts por 30 horas.

A produçãovaidebet o que éenergia "pode ​​parecer baixavaidebet o que écomparação com baterias convencionais, [mas] uma fundação comvaidebet o que é30 a 40 metros cúbicosvaidebet o que éconcreto, pode ser suficiente para atender às necessidades diáriasvaidebet o que éenergiavaidebet o que éuma casa residencial", explica Stefaniuk.

"Dado o uso generalizadovaidebet o que éconcretovaidebet o que étodo o mundo, este material tem potencial para ser altamente competitivo e útil no armazenamentovaidebet o que éenergia."

Stefaniuk e seus colegas do MIT comprovaram inicialmente este conceito criando supercapacitoresvaidebet o que é1 volt do tamanhovaidebet o que éuma moeda, a partir do material, antesvaidebet o que éconectá-losvaidebet o que ésérie para fornecer energia a um LEDvaidebet o que é3 volts. Desde então, eles aumentaram a escala para produzir um supercapacitorvaidebet o que é12 volts. Stefaniuk também conseguiu usar versões maiores do supercapacitor para abastecer um consolevaidebet o que égames portátil.

E a equipevaidebet o que épesquisa está planejando agora construir versões maiores, incluindo umavaidebet o que éaté 45 metros cúbicosvaidebet o que étamanho, que seria capazvaidebet o que éarmazenar cercavaidebet o que é10 kWhvaidebet o que éenergia, que seria o necessário para abastecer uma casa por um dia.

O supercapacitor funciona devido a uma propriedade incomum do negrovaidebet o que écarbono — ele é altamente condutor. Isso significa que quando o material é combinado com póvaidebet o que écimento e água, forma-se um tipovaidebet o que éconcreto repletovaidebet o que éredesvaidebet o que ématerial condutor, assumindo uma forma que lembra raízes minúsculas ramificadas.

Os capacitores são formados por duas placas condutoras com uma membrana entre elas. Neste caso, ambas as placas são feitasvaidebet o que écimentovaidebet o que énegrovaidebet o que écarbono, que foram embebidasvaidebet o que éum sal eletrolítico chamado cloretovaidebet o que épotássio.

Quando uma corrente elétrica foi aplicada às placas embebidasvaidebet o que ésal, as placas carregadas positivamente acumularam íons carregados negativamente do cloretovaidebet o que épotássio. E como a membrana impedia a trocavaidebet o que éíons carregados entre as placas, a separação das cargas criou um campo elétrico.

Como os supercapacitores podem acumular grandes quantidadesvaidebet o que écarga muito rápido, isso poderia tornar os dispositivos úteis para armazenar o excessovaidebet o que éenergia produzido por fontes renováveis ​​intermitentes, como a energia eólica e solar.

Isto reduziria a pressão sobre a redevaidebet o que éabastecimentovaidebet o que éenergia nos momentosvaidebet o que éque o vento não sopra e o Sol não brilha. Como diz Stefaniuk: "Um exemplo simples seria uma casa fora da redevaidebet o que éabastecimento, abastecida por painéis solares: usando energia solar diretamente durante o dia, e a energia armazenada nas fundações, por exemplo, durante a noite".

Os supercapacitores não são perfeitos. As versões existentes descarregam rapidamente, e não são ideais para uma produção constante, que seria necessária para abastecer uma casa ao longo do dia. Stefaniuk diz que ele e seus colegas estão trabalhandovaidebet o que éuma solução que permitiria refinarvaidebet o que éversãovaidebet o que écimento-carbono ajustando a mistura, mas eles só vão divulgar os detalhes após finalizarem os testes e publicarem um artigo.

Pode haver ainda outros obstáculos a serem superados — adicionar mais negrovaidebet o que écarbono permite que o supercapacitor resultante armazene mais energia, mas também torna o concreto um pouco mais frágil. Os pesquisadores dizem que seria necessário encontrar a combinação idealvaidebet o que énegrovaidebet o que écarbono para qualquer uso que pressuponha uma função estrutural, assim comovaidebet o que éarmazenamentovaidebet o que éenergia.

E embora os supercapacitoresvaidebet o que écimento-carbono possam ajudar a reduzir nossa dependênciavaidebet o que élítio, eles têm seu próprio impacto ambiental. A produçãovaidebet o que écimento é responsável porvaidebet o que é5% a 8% das emissõesvaidebet o que édióxidovaidebet o que écarbono provenientes da atividade humana a nível mundial, e o cimento-carbono necessário para os supercapacitores teria que ser fabricado na hora,vaidebet o que évezvaidebet o que éser reaproveitadovaidebet o que éestruturas existentes.

No entanto, parece ser uma inovação promissora, diz Michael Short, que lidera o Centrovaidebet o que éEngenharia Sustentável da Universidadevaidebet o que éTeesside, no Reino Unido. A pesquisa, segundo ele, "abre muitos possíveis caminhos interessantesvaidebet o que étorno da utilização do próprio ambiente construído como meiovaidebet o que éarmazenamentovaidebet o que éenergia".

"Como os materiais também são comuns, e a fabricação relativamente simples, isso oferece uma ótima indicaçãovaidebet o que éque esta abordagem deve ser mais investigada, e pode potencialmente ser uma parte muito útil da transição para um futuro mais limpo e sustentável."

Mas vão ser necessárias mais pesquisas para migrar tudo isso do laboratório para o mundo real.

"Muitas vezes, novas descobertas são problemáticas quando se considera passarvaidebet o que éuma escala reduzida,vaidebet o que élaboratório, para uma implementação mais ampla,vaidebet o que émaior escala e volume. Isso pode ser devido a complexidades na fabricação, à escassezvaidebet o que érecursos ou, às vezes, à física ou química subjacente. Propriedades desejáveis que ocorremvaidebet o que éescalas menores podem ser reduzidas ou até mesmo desaparecer quando são feitas tentativas para aumentá-las."

Mas pode haver uma maneiravaidebet o que éresolver o problema ambiental do cimento, acrescenta Short. Seus colegas da Universidadevaidebet o que éTeesside já estão trabalhandovaidebet o que éum cimentovaidebet o que ébaixa emissão, feito a partirvaidebet o que éprodutos derivados das indústrias siderúrgica e química.

Projetos como o do cimentovaidebet o que ébaixa emissão e do concreto para armazenamentovaidebet o que éenergia aumentam a perspectivavaidebet o que éum futurovaidebet o que éque nossos escritórios, estradas e casas vão desempenhar um papel significativo num mundo abastecido por energia limpa.

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