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Ciência

Novo meio de gerar eletricidade pode alimentar cem lâmpadas LED a partir de gotas

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A chuva pode se tornar uma nova fonte renovável de eletricidade, com perspectiva de boa capacidade de geração, segundo uma nova pesquisa publicada na Nature. 

Aproveitar o ciclo da água e gerar eletricidade a partir da chuva pode ser uma maneira de aumentar o uso de energia renovável. Contudo, os cientistas não conseguiram que os pingos de chuva produzissem uma quantidade significativa de energia elétrica. Mas finalmente temos novidades nas pesquisas científicas que procuram desenvolver a geração de eletricidade a partir das gotas de chuva.  

Os cientistas já estudam esse tipo de produção de energia há anos, um exemplo é este paper de 2014. Isso por que a física para a conversão a energia das gotas de chuva em eletricidade é muito mais difícil do que coletar a energia de uma maré alta ou da correnteza de um rio, por exemplo. Apesar de ainda estarmos longe de guarda-chuvas que também são geradores de eletricidade e capazes de carregar o smartfone enquanto se caminha sob a chuva, a abordagem mais recente mostra que pode haver uma maneira de obter energia das gotas de chuvas com um nível de eficiência que pode tornar este sistema capaz de ser utilizado em larga escala.  

Os cientistas da Universidade da Cidade de Hong Kong (CityU) usaram uma superfície revestida de Teflon e um fenômeno chamado triboeletricidade para gerar eletricidade a partir de gotas de chuva. E as estimativas são animadoras. Segundo essa nova pesquisa, cujo artigo científico foi publicado na prestigiada revista Nature (é possível ler o artigo neste endereço), o método usando triboeletricidade  poderia gerar energia suficiente a partir de uma única gota de chuva para acender cem pequenas lâmpadas do tipo LED. Esse número é um grande salto em eficiência, na razão de várias milhares de vezes, ao que se tinha até aqui. 

 “Nossa pesquisa mostra que uma gota de 100 microlitros de água liberada a uma altura de 15 centímetros pode gerar uma tensão acima de 140V, e a energia gerada pode acender cem pequenas luzes LED”, diz o engenheiro da CityU, Wang Zuankai. Um microlitro equivale a um milionésimo do litro, ou seja, 0,001 mililitros (ml). Por isso, essa tensão obtida soa como uma quantidade surpreendente de tensão, mas os engenheiros usaram alguns truques engenhosos para fazer isso acontecer. 

Um gerador de energia de gota convencional baseado no efeito triboelétrico pode gerar eletricidade induzida por eletrificação por contato e indução eletrostática quando uma gota atinge uma superfície. E a equipe de pesquisadores autora do artigo incorporou melhorias ao seu gerador de eletricidade baseado em gotículas. O método é conhecido pela sigla DEG, do inglês droplet-based electricity generator), ao qual foi acrescido o uso de um microfilme de politetrafluoretileno, ou PTFE, capaz de acumular uma carga superficial à medida que é continuamente atingida por gotículas de água, até que, gradativamente, se atinja a saturação desse filme. Ou seja, esse projeto da equipe do Professor Wang se caracterizado por uma estrutura do tipo semelhante a transistor de efeito de campo (FET), o que permite alta eficiência de conversão de energia e a densidade instantânea de energia aumentou milhares de vezes em comparação com suas contrapartes sem estrutura semelhante ao FET. 

A figura “a” é o diagrama esquemático do DEG: uma lâmina de vidro ITO é revestida com uma película fina de PTFE e um eletrodo de alumínio é colocado sobre ela. Gotas de água atuam como porta do transistor e completam o circuito quando atingem a superfície do vidro. A figura “b” é a imagem que mostra quatro dispositivos DEG paralelos fabricados no substrato de vidro. (City University of Hong Kong – CityU, Wanghuai et al., Nature) 

Com isso, a equipe descobriu que, as gotículas de água agem como uma “ponte” que conecta dois eletrodos quando elas atingem a superfície e se espalham. Um eletrodo é de alumínio e o outro eletrodo é o filme de oxido de indio dopado com estanho (ITO), com o PPTE como cobertura. Assim, a ponte de gotículas, por sua vez, cria uma superfície de circuito fechado para que toda a energia coletada possa ser liberada. Desse modo, as gotículas atuam como resistores e o revestimento da superfície como capacitor. 

Melhora considerável 

 A eficiência da conversão da queda de gotas de chuva em energia elétrica melhorou bastante. No entanto, a quantidade de cargas geradas na superfície é limitada pelo efeito interfacial e, como resultado, a eficiência de conversão de energia é bastante baixa. Para melhorar a eficiência da conversão, a equipe da CityU passou dois anos desenvolvendo o DEG. Sua densidade instantânea de energia pode atingir até 50,1 W / m2, milhares de vezes superior a outros dispositivos similares sem o uso de um design semelhante ao FET. E a eficiência de conversão de energia é notavelmente mais alta. 

O professor Wang apontou que existem dois fatores cruciais para o avanço observado na invenção. Primeiro, a equipe descobriu que as gotículas contínuas que atingem o microfilme de PTFE, um material de eletreto com uma carga elétrica quase permanente, fornecem uma nova rota para o acúmulo e armazenamento de cargas na superfície de alta densidade. Eles descobriram que quando as gotas de água atingem continuamente a superfície do PTFE, as cargas superficiais geradas se acumulam e gradualmente atingem uma saturação. Essa nova descoberta ajudou a superar o gargalo de baixa densidade de carga encontrado no trabalho anterior. 

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A pesquisa da equipe da CityU mostrou que uma gota de água liberada a uma altura de 15 cm pode gerar uma tensão acima de 140V, que pode acender 100 pequenas luzes LED. Clique na imagem para ver o vídeo. (City University of Hong Kong – CityU, Wanghuai et al., Nature)

Pesquisas mostram que uma gota de água liberada a uma altura de 15 cm pode gerar uma tensão acima de 140V, que pode acender 100 pequenas luzes LED. Clique na imagem para ver o vídeo.

Outra característica importante o projeto é um conjunto único de estruturas semelhantes a um FET, que foi objeto de um prêmio Nobel de Física em 1956 pela sua inovação e hoje se tornou o alicerce básico dos modernos dispositivos eletrônicos. O dispositivo consiste em um eletrodo de alumínio e um eletrodo de óxido de índio e estanho (ITO) com uma película de PTFE depositada nele. O eletrodo PTFE / ITO é responsável pela geração, armazenamento e indução de cargas elétricas. Quando uma gota d’água cai e se espalha na superfície de PTFE / ITO, ela “liga” naturalmente o eletrodo de alumínio e o eletrodo de PTFE / ITO, convertendo o sistema original em um circuito elétrico de circuito fechado. 

A equipe de pesquisadores explicou que “com esse desenho especial, uma alta densidade de cargas de superfície pode ser acumulada no PTFE através de uma colisão contínua de gotículas. Enquanto isso, quando a água espalhada conecta os dois eletrodos, todas as cargas armazenadas no PTFE podem ser totalmente liberadas para a geração da corrente elétrica. Como resultado, a densidade instantânea de energia e a eficiência de conversão de energia são muito maiores”. 

O professor Wang ressalta que o aumento da densidade instantânea de potência não resulta de energia adicional no material eletreto (PTFE), mas da conversão da energia cinética da própria água. “A energia cinética envolvida na queda de água é devida à gravidade e pode ser considerada livre e renovável. Essa energia pode ser melhor utilizada”, explicou.  

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Pesquisadores membros da City University of Hong Kong (CityU) no laboratório com o aparato capaz de gerar de energia elétrica a partir de gotas de água. Na foto (a partir da esquerda) Zheng Huanxi, Xu Wanghuai, Professor Wang Zuankai, Dr Zhang Chao e Song Yuxin, autores do artigo científico publicado na Nature. (CityU/Reprodução)

O professor Wang disse esperar que o resultado desta pesquisa ajude a aumentar a capacidade de geração de energia proveniente da água para responder ao problema global da falta de energia renovável. “Ele acreditava que, a longo prazo, o novo design poderia ser aplicado e instalado em diferentes superfícies, onde o líquido está em contato com um sólido, para utilizar totalmente a energia cinética de baixa frequência proveniente da água. Isso pode variar da superfície do casco de uma balsa à superfície de guarda-chuvas ou até dentro de garrafas de água”, publicou a CityU. “Gerar energia a partir de gotas de chuva em vez de petróleo e energia nuclear pode facilitar o desenvolvimento sustentável do mundo”, acrescentou. 

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Ciência

Este mineral raro é mais antigo que a própia Terra

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mineral krotite é um tesouro cósmico fascinante que desafia nossa compreensão sobre a formação do universo. E não estamos falando de diamantes ou rubis. Essa substância rara surgiu há bilhões de anos, muito antes do nascimento da Terra, em condições extremas que mal podemos imaginar.

Sua descoberta oferece aos cientistas uma janela única para os primórdios do Sistema Solar. O krotite é tão incomum que sua existência parece quase fictícia, rivalizando com as gemas mais preciosas em termos de raridade e valor científico. Sua origem extraterrestre o coloca em uma categoria própria entre os minerais conhecidos pela humanidade.

O krotita é um mineral verdadeiramente extraordinário. Sua formação ocorreu em temperaturas extremamente altas, comparáveis às encontradas no interior de estrelas moribundas ou no disco de material que deu origem ao nosso Sol.

Em 2011, cientistas fizeram uma descoberta notável ao encontrar krotita em um fragmento de meteorito na África. Esse meteorito, denominado NWA 1934, viajou pelo cosmos por bilhões de anos antes de cair na Terra. A krotita não pode se formar naturalmente em nosso planeta devido às condições específicas necessárias para sua criação.

As circunstâncias que deram origem à krotita são semelhantes às dos primórdios do Sistema Solar, há cerca de 4,6 bilhões de anos. Isso sugere que esse mineral seja um dos mais antigos em nossa vizinhança cósmica.

Os meteoritos funcionam como cápsulas do tempo, preservando minerais como a krotita em seu estado original. Diferentemente da crosta terrestre, que está em constante transformação, os meteoritos permanecem praticamente inalterados. Isso permite aos cientistas estudar a krotita como era há bilhões de anos.

O krotita, um mineral raro encontrado em meteoritos, oferece pistas fascinantes sobre o início do sistema solar. Essa substância, composta por cálcio, alumínio e oxigênio, só poderia se formar em temperaturas extremamente altas, semelhantes às da nebulosa solar primitiva.

Os pesquisadores têm uma teoria sobre como esse mineral se formou. Primeiro, ele se cristalizou no ambiente quente da nebulosa solar. Depois, reagiu com um gás rico em alumínio, criando camadas de minerais diferentes. Eventos de derretimento parcial causaram a corrosão de alguns minerais e a formação de outros. Por fim, processos mais frios introduziram cloro e ferro.

Curiosamente, os humanos criaram algo muito parecido sem perceber. Certos tipos de cimento aluminoso têm uma composição química quase idêntica à do krotita. A diferença está no arranjo dos átomos, assim como o diamante e o grafite são feitos do mesmo elemento, mas têm estruturas diferentes.

Outro mineral meteorítico, o dmitryivanovita, também se assemelha ao krotita em sua fórmula química. Ambos receberam nomes em homenagem a cientistas importantes: Alexander Krot, que estudou os processos do sistema solar primitivo, e Dmitriy Ivanov, respectivamente.

Essa semelhança entre minerais extraterrestres e materiais terrestres destaca como a natureza às vezes imita a si mesma em escalas cósmicas e humanas. O estudo desses compostos pode revelar segredos sobre a formação de planetas e o desenvolvimento de novos materiais aqui na Terra.

A krotita pode ser mais antiga que a Terra. Ela nos lembra das forças surpreendentes que moldaram o universo. A geologia não está apenas sob nossos pés, mas também sobre nossas cabeças. Basta olhar com atenção para perceber.

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Ciência

NASA descobre base secreta do exército enterrada por décadas sob o gelo da GroelÂndia

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Quando os seres humanos entram em conflito, as situações podem se tornar bastante obscuras. Abrigos secretos e instalações clandestinas se tornam comuns – e nem sempre podem ser reutilizados após o fim das hostilidades.

Cientistas da NASA, a bordo de um jato Gulfstream III, estavam realizando medições do gelo ártico com radar quando se depararam com uma instalação secreta, há muito abandonada e encoberta pela camada de gelo na Groenlândia.

“Estávamos analisando o leito de gelo e, de repente, surgiu o Camp Century”, relata Alex Gardner, cientista da criosfera no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. “No início, não fazíamos ideia do que era.”

O Camp Century foi erguido no noroeste da Groenlândia pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA entre 1959 e 1960, com a escavação de um sistema de 21 túneis que se estendiam por cerca de 3 quilômetros sob o gelo, conferindo à base o apelido de “cidade sob o gelo”.

Essa instalação foi projetada para acomodar até 200 soldados durante todo o ano e armazenar até 600 mísseis balísticos nucleares de médio alcance. Devido à sua localização remota, a base era alimentada por um reator nuclear.

O Camp Century representava a primeira fase do Projeto Iceworm, uma iniciativa audaciosa para criar uma rede de locais de lançamento nuclear que fossem capazes de suportar um ataque inicial. Contudo, a estabilidade da camada de gelo não era a esperada, e o Camp Century nunca chegou a ser finalizado.

Em vez disso, os EUA abandonaram a instalação após apenas oito anos, em 1967, deixando para trás milhares de toneladas de resíduos, incluindo material radioativo. Desde então, a camada de gelo acumulada sepultou o Camp Century sob 30 metros de gelo.

Na verdade, a base nunca foi completamente perdida. Cientistas expressam sérias preocupações sobre o que poderá ocorrer com todo esse resíduo caso a camada de gelo continue a derreter.

Há o risco de que líquidos – 200.000 litros de combustível fóssil e 24 milhões de litros de outros resíduos, como esgoto, deixados no local – possam infiltrar-se ainda mais na camada de gelo à medida que esta se degrada, possivelmente chegando ao oceano. Pesquisas de radar frequentemente revelam indícios da base, que permanece oculta como uma bomba-relógio ambiental sob o gelo. Contudo, em abril de 2024, utilizando o Radar de Abertura Sintética de Veículo Aéreo Desabitado (UAVSAR) da NASA, os cientistas conseguiram obter imagens do Camp Century com um nível de detalhe sem precedentes.

“Com os novos dados, estruturas individuais da cidade secreta tornam-se visíveis de uma maneira nunca antes observada”, afirma Chad Greene, cientista da criosfera no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.

Na década de 1960, acreditava-se que a camada de gelo resolveria o problema do descarte de resíduos. Não havia necessidade de tomar medidas, pois a neve os enterraria e congelaria indefinidamente. Assim, ao invés de seguir um processo cuidadoso para desativar completamente o Camp Century, a base foi simplesmente deixada à mercê das intempéries.

Essa decisão, como a retrospectiva dolorosa nos mostra agora, foi extremamente míope. Desde 1978, as plataformas de gelo da Groenlândia perderam 35% de seu volume, e essa perda de gelo está ocorrendo de maneira alarmante. O derretimento do gelo e o subsequente aumento do nível do mar podem acelerar a contaminação dos resíduos deixados para trás.

Por enquanto, no entanto, as imagens do Camp Century obtidas com o UAVSAR não serão utilizadas para abordar diretamente o problema. Os pesquisadores estão concentrados em medir a espessura da camada de gelo em geral, a fim de entender melhor como o derretimento do gelo impactará nosso planeta.

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Ciência

O único reator nuclear natural conhecido na Terra tem 2 bilhões de anos

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Um fenômeno fascinante foi revelado em Oklo, Gabão, há décadas atrás. Cientistas encontraram evidências de um reator nuclear natural que operou há mais de 2 bilhões de anos. Esta descoberta surpreendente ocorreu em 1972, quando um físico francês notou algo incomum em amostras de urânio.

O urânio normalmente contém três isótopos: urânio-238, urânio-234 e urânio-235. O urânio-235 geralmente representa 0,72% do total. Mas nas amostras de Oklo, essa porcentagem era menor. Em alguns locais, chegava a apenas 0,4%.

Essa diferença pequena mas significativa levantou questões. Os cientistas investigaram mais a fundo e chegaram a uma conclusão impressionante: um reator nuclear natural havia funcionado naquele local há bilhões de anos.

“Todo o urânio natural hoje contém 0,720 por cento de U-235”, 
explica a Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) . “Se você o extraísse da crosta terrestre, ou de rochas da Lua ou em meteoritos, é isso que você encontraria. Mas aquele pedaço de rocha de Oklo continha apenas 0,717 por cento.”

As condições para esse evento eram raras. O urânio-235 era mais abundante no passado distante. Além disso, água subterrânea era essencial para sustentar a reação. A água desempenhava um papel crucial, assim como nos reatores nucleares modernos.

O processo funcionava em ciclos. A água aquecia e virava vapor, interrompendo a reação. Depois esfriava, voltava ao local e a reação recomeçava. Isso continuou por milhares de anos até que o “reator” natural parou de funcionar.

https://www.youtube.com/watch?v=WV9xUvcvjG8&embeds_referring_euri=https%3A%2F%2Fwww.iflscience.com%2F&source_ve_path=MjM4NTE

Esta descoberta mostra como a natureza pode criar fenômenos incríveis. Muito antes dos humanos dominarem a energia nuclear, processos naturais já haviam produzido reações semelhantes. O reator de Oklo oferece uma visão única da história da Terra e dos processos físicos que moldam nosso planeta.

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