Sensor gera eletricidade a partir da umidade do ar

Tudo começou quando um aluno esqueceu de conectar um dispositivo.

A ciência avança às vezes por pura sorte. Isso aconteceu há algum tempo com o professor Jun Yao, da Universidade de Massachusett Amherst (UMass), nos Estados Unidos, enquanto trabalhava em um sensor de umidade do ar. Enquanto trabalhava no dispositivo, um aluno esqueceu de conectá-lo, mas, para espanto de Yao e seus colegas, o conjunto de tubos microscópicos e nanofios continuou a gerar um sinal elétrico fraco.

Gerar eletricidade do “nada”?

A expressão “do nada” é da própria UMAss, que no início de 2020 engrandecia o que seus pesquisadores haviam conquistado: desenvolver um aparelho que utiliza basicamente uma proteína natural para gerar eletricidade a partir do “nada”, uma fórmula enigmática que na verdade se refere a algo muito mais convencional, mas igualmente surpreendente: a umidade do ar.

O trabalho deles foi publicado na Nature, onde o engenheiro Jun Yao e o microbiologista Derek Lovley explicaram como fizeram um dispositivo com nanofios de proteínas cultivados a partir da bactéria Geobacter sulphurreducens. O nome: Air-gen. Ao conectar eletrodos com conduítes muito finos, com apenas alguns mícrons de espessura, uma corrente elétrica é gerada a partir da umidade.

Uma nova fonte de energia limpa?

“Estamos literalmente criando eletricidade do nada”, comemorou Yao.

A tecnologia não é poluente e oferece uma solução renovável e de baixo custo, capaz de gerar energia mesmo em ambientes fechados e em áreas particularmente secas, como o deserto do Saara. Já nessa altura o seu objetivo é ir mais longe e levar a sua invenção à escala comercial, desenvolvendo dispositivos capazes de alimentar pequenos dispositivos eletrônicos, como relógios inteligentes, sensores concebidos para monitorar a saúde dos seus utilizadores ou mesmo smartphones.

E o que há de novo agora?

A equipa da UMass não ficou satisfeita com a constatação divulgada em 2020 e continuou a trabalhar, o que lhes permitiu publicar um artigo na Advanced Materials. E as conclusões de três anos atrás eram promissoras, essas não são menos. O estudo mostrou que quase qualquer material pode ser transformado em um dispositivo capaz de capturar eletricidade da umidade.

Para conseguir isso, eles passaram de nanofios a pequenas perfurações. A chave é que incorpora nanoporos com diâmetro inferior a 100 nanômetros, menos de um milésimo de um fio de cabelo humano.

“O que percebemos depois de fazer a descoberta do Geobacter é que a capacidade de gerar eletricidade a partir do ar, o que chamamos de ‘efeito Air-gen’, acaba sendo genérica: literalmente qualquer tipo de material pode coletar eletricidade do ar”. Desde que tenha uma “determinada propriedade”, explica Yao, que celebra que, apesar de “simples”, a sua ideia “abre todo o tipo de possibilidades”.

Mas como isso funciona?

“O ar contém uma quantidade enorme de eletricidade”, lembra o professor de Engenharia Elétrica e de Computação da UMass antes de usar símiles para explicar sua proposta:

“Pense em uma nuvem, que nada mais é do que uma massa de gotículas de água. Cada uma dessas gotículas contém um carga, e quando as condições são adequadas, a nuvem pode produzir raios, mas não sabemos como capturar a eletricidade de forma confiável, então o que fizemos foi criar uma nuvem de pequena escala construída por humanos que produz eletricidade de forma previsível e contínua para nós colhermos.”

O núcleo dessa “nuvem” se baseia no trabalho desenvolvido por Lovley e Yao quando apontaram as possibilidades de um material feito com nanofios de proteínas cultivados com Geobacter sulphurreducens. Se usam nanoporos de 100 nm é porque esse é o “caminho livre médio” das moléculas de água, o caminho que uma molécula percorre antes de se juntar a outra semelhante.

O que eles propõem é usar uma camada cheia de nanoporos que permitem que as moléculas de água passem de cima para baixo. Como a primeira camada seria “bombardeada” por mais moléculas carregadas, cria-se um desequilíbrio, como em uma nuvem.

Que possibilidades oferece?

Em 2020, os pesquisadores já apontavam as possibilidades do Air-gen, tanto no campo das renováveis quanto no design de certos dispositivos médicos. Sua abordagem três anos depois ainda é ambiciosa: “A umidade no ar é uma grande reserva de energia sustentável que, ao contrário da energia solar ou eólica, está continuamente disponível”, diz o ensaio em Advanced Materials.

Sua proposta de captação de energia da umidade também pode ser aplicada, segundo eles, a uma “ampla gama” de materiais, desde que tenham nanoporos que permitam a passagem da água.

“Abrimos uma porta larga para obter eletricidade limpa do ar”, comemora Xiaomeng Liu, um dos autores do artigo. Da UMass, destacam também que a humidade está sempre presente, o que permitiria obter energia 24 horas por dia, sete dias por semana e resolver um dos handicaps das energias das renováveis como a eólica ou a solar: as intermitências, que resultam em desfasamentos entre quando os sistemas geram energia e quando ela é efetivamente demandada.

Outros pesquisadores entraram no ramo da umidade

A higroeletricidade, eletricidade a partir da umidade, atraiu outros pesquisadores, que também avançaram no caminho. Um projeto apoiado pela União Europeia, chamado Catcher, pretende transformar a humidade da atmosfera em electricidade. Svitlana Lyubckyk e os promotores do CascataChuva, estão envolvidos na iniciativa:

“Desenvolvemos uma solução tecnológica revolucionária para produzir eletricidade por meio da conversão direta da energia de absorção de umidade, desenvolvendo um dispositivo altamente inovador de ‘umidade atmosférica em eletricidade'”, descrição do site CascataChuva.

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