O cimento que pode transformarbetano com appcasa numa bateria gigante:betano com app

A promessa da maioria das fontes de energia renovável ​​é o fornecimento inesgotávelbetano com appenergia 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 disponívelbetano com appabundância. Isso quer dizer que são fontesbetano com appenergia intermitentes, o que, no nosso mundo moderno, sedentobetano com appenergia, representa um problema.

Isso significa que precisamos armazenar essa energiabetano com appbaterias. Mas as baterias dependembetano com appmateriais 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 sistemasbetano com appenergia ebetano com apptransporte.

Existem 101 minasbetano com applítio no mundo, e os analistas econômicos são pessimistas quanto à capacidade destas minasbetano com appacompanhar a crescente demanda global.

Analistas ambientais observam que a mineraçãobetano com applítio utiliza muita energia e água, o que compromete os benefícios ambientaisbetano com appmigrar para fontesbetano com appenergia renováveis. Os processos envolvidos na extraçãobetano com applítio também podem, às vezes, levar ao vazamentobetano com appprodutos químicos tóxicos no abastecimentobetano com appágua local.

Apesarbetano com appnovas reservasbetano com applítio terem sido descobertas, a oferta finita deste material, a dependência excessivabetano com appapenas um punhadobetano com appminas 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 Institutobetano com appTecnologiabetano com appMassachusetts (MIT, na siglabetano com appinglês) descobriram uma maneirabetano com appcriar um dispositivobetano com apparmazenamentobetano com appenergia conhecido como supercapacitor, a partirbetano com apptrês materiais básicos e baratos: água, cimento e uma substância parecida com fuligem, chamada negrobetano com appfumo ou negrobetano com appcarbono.

Os supercapacitores são altamente eficientes no armazenamentobetano com appenergia, mas diferem das bateriasbetano com appalguns aspectos importantes. Eles podem recarregar muito mais rápido do que uma bateriabetano com appíonbetano com applítio, e não sofrem os mesmos níveisbetano com appdegradação no desempenho. Mas os supercapacitores também liberam rapidamente a energia que armazenam, tornando-os menos úteisbetano com appdispositivos como celulares, laptops ou carros elétricos,betano com appque é necessário um fornecimento constantebetano com appenergia durante um período prolongadobetano com apptempo.

No entanto,betano com appacordo com Stefaniuk, estes supercapacitores poderiam contribuirbetano com appforma significativa para os esforçosbetano com appdescarbonizar a economia global. "Se puder terbetano com appescala ampliada, esta tecnologia pode ajudar a resolver uma questão importante — o armazenamentobetano com appenergia renovável", diz ele.

Ele e seus colegas pesquisadores do MIT e do Instituto Wyssbetano com appEngenharia Biologicamente Inspirada, da Universidadebetano com appHarvard, também nos EUA, vislumbram uma sériebetano com appaplicações 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 liberaçãobetano com appenergia do supercapacitorbetano com appcimento-carbono permitiria que os veículos dessem uma carga rápidabetano com appsuas baterias.

Outra aplicação seriabetano com appfundaçõesbetano com appcasas que armazenam energia.

"Ter paredes, fundações ou colunas que atuem não só no suportebetano com appuma estrutura, mas também no armazenamentobetano com appenergia dentro delas", diz Stefaniuk.

Mas ainda é cedo. Por enquanto, o supercapacitorbetano com appconcreto é capazbetano com apparmazenar pouco menosbetano com app300 watts-hora por metro cúbico — o suficiente para abastecer uma lâmpada LEDbetano com app10 watts por 30 horas.

A produçãobetano com appenergia "pode ​​parecer baixabetano com appcomparação com baterias convencionais, [mas] uma fundação combetano com app30 a 40 metros cúbicosbetano com appconcreto, pode ser suficiente para atender às necessidades diáriasbetano com appenergiabetano com appuma casa residencial", explica Stefaniuk.

"Dado o uso generalizadobetano com appconcretobetano com apptodo o mundo, este material tem potencial para ser altamente competitivo e útil no armazenamentobetano com appenergia."

Stefaniuk e seus colegas do MIT comprovaram inicialmente este conceito criando supercapacitoresbetano com app1 volt do tamanhobetano com appuma moeda, a partir do material, antesbetano com appconectá-losbetano com appsérie para fornecer energia a um LEDbetano com app3 volts. Desde então, eles aumentaram a escala para produzir um supercapacitorbetano com app12 volts. Stefaniuk também conseguiu usar versões maiores do supercapacitor para abastecer um consolebetano com appgames portátil.

E a equipebetano com apppesquisa está planejando agora construir versões maiores, incluindo umabetano com appaté 45 metros cúbicosbetano com apptamanho, que seria capazbetano com apparmazenar cercabetano com app10 kWhbetano com appenergia, que seria o necessário para abastecer uma casa por um dia.

O supercapacitor funciona devido a uma propriedade incomum do negrobetano com appcarbono — ele é altamente condutor. Isso significa que quando o material é combinado com póbetano com appcimento e água, forma-se um tipobetano com appconcreto repletobetano com appredesbetano com appmaterial 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 feitasbetano com appcimentobetano com appnegrobetano com appcarbono, que foram embebidasbetano com appum sal eletrolítico chamado cloretobetano com apppotássio.

Quando uma corrente elétrica foi aplicada às placas embebidasbetano com appsal, as placas carregadas positivamente acumularam íons carregados negativamente do cloretobetano com apppotássio. E como a membrana impedia a trocabetano com appíons carregados entre as placas, a separação das cargas criou um campo elétrico.

Como os supercapacitores podem acumular grandes quantidadesbetano com appcarga muito rápido, isso poderia tornar os dispositivos úteis para armazenar o excessobetano com appenergia produzido por fontes renováveis ​​intermitentes, como a energia eólica e solar.

Isto reduziria a pressão sobre a redebetano com appabastecimentobetano com appenergia nos momentosbetano com appque o vento não sopra e o Sol não brilha. Como diz Stefaniuk: "Um exemplo simples seria uma casa fora da redebetano com appabastecimento, 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 trabalhandobetano com appuma solução que permitiria refinarbetano com appversãobetano com appcimento-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 negrobetano com appcarbono 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 idealbetano com appnegrobetano com appcarbono para qualquer uso que pressuponha uma função estrutural, assim comobetano com apparmazenamentobetano com appenergia.

E embora os supercapacitoresbetano com appcimento-carbono possam ajudar a reduzir nossa dependênciabetano com applítio, eles têm seu próprio impacto ambiental. A produçãobetano com appcimento é responsável porbetano com app5% a 8% das emissõesbetano com appdióxidobetano com appcarbono provenientes da atividade humana a nível mundial, e o cimento-carbono necessário para os supercapacitores teria que ser fabricado na hora,betano com appvezbetano com appser reaproveitadobetano com appestruturas existentes.

No entanto, parece ser uma inovação promissora, diz Michael Short, que lidera o Centrobetano com appEngenharia Sustentável da Universidadebetano com appTeesside, no Reino Unido. A pesquisa, segundo ele, "abre muitos possíveis caminhos interessantesbetano com apptorno da utilização do próprio ambiente construído como meiobetano com apparmazenamentobetano com appenergia".

"Como os materiais também são comuns, e a fabricação relativamente simples, isso oferece uma ótima indicaçãobetano com appque 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 passarbetano com appuma escala reduzida,betano com applaboratório, para uma implementação mais ampla,betano com appmaior escala e volume. Isso pode ser devido a complexidades na fabricação, à escassezbetano com apprecursos ou, às vezes, à física ou química subjacente. Propriedades desejáveis que ocorrembetano com appescalas menores podem ser reduzidas ou até mesmo desaparecer quando são feitas tentativas para aumentá-las."

Mas pode haver uma maneirabetano com appresolver o problema ambiental do cimento, acrescenta Short. Seus colegas da Universidadebetano com appTeesside já estão trabalhandobetano com appum cimentobetano com appbaixa emissão, feito a partirbetano com appprodutos derivados das indústrias siderúrgica e química.

Projetos como o do cimentobetano com appbaixa emissão e do concreto para armazenamentobetano com appenergia aumentam a perspectivabetano com appum futurobetano com appque nossos escritórios, estradas e casas vão desempenhar um papel significativo num mundo abastecido por energia limpa.

betano com app Leia a betano com app versão original desta reportagem betano com app (em inglês) no site betano com app BBC Future betano com app .