Tecnologias termoelétricas podem ajudar a impulsionar um futuro sem emissões de carbono

POR CHUN-WAN TIMOTHY LO

Os termômetros são uma maravilha subestimada da engenhosidade humana, construída com base na compreensão de princípios físicos relativamente simples. Termômetros de mercúrio e álcool dependem do volume de líquidos que aumentam ou diminuem em reação às mudanças de temperatura. Em contraste, termômetros infravermelhos sem contato leem a radiação térmica emitida por qualquer objeto, desde frigideiras até o corpo humano.

Enquanto termômetros digitais, uma vez que os infravermelhos, são uma invenção relativamente recente, os outros existem há centenas de anos.

Há, no entanto, outro tipo de termômetro do dedo divulgado uma vez que termopar. Os termopares são comumente usados em aplicações industriais e aproveitam um fenômeno oriundo em que o encontro de duas temperaturas diferentes gera manante elétrica. Esse princípio pode ser usado tanto para medir temperaturas quanto, de maneira mais empolgante, para realmente colher eletricidade útil a partir das mudanças de temperatura cotidianas. Eu faço segmento de uma equipe que trabalha para tornar essa tecnologia uma verdade prática.

Termoelétrico

Em 1821, o físico teutónico Thomas Johann Seebeck observou que uma bússola magnética próxima era desviada por um volta elétrico fechado feito de dois metais diferentes. Dois anos depois, os físicos Hans Christian Ørsted e Jean Baptiste Joseph relataram que a interação dos dois metais, uma vez conectados em um volta, havia gerado uma manante elétrica porque um estava mais quente que o outro.

Esse fenômeno físico foi posteriormente nomeado Efeito Seebeck.

Curiosamente, o físico italiano Alessandro Volta – homenageado no termo “volt” – observou e explicou o mesmo fenômeno em 1794 usando nervos de uma rã morta. Volta gerou uma manante elétrica usando um fio de metal, dois copos de chuva (cada um em uma temperatura dissemelhante) e os nervos da rã uma vez que uma ponte elétrica. Uma imagem macabra, mas que antecipou futuras descobertas científicas.

Empolgados com as possibilidades, os cientistas trabalharam para explorar as descobertas, criando e colhendo quantidades úteis de manante elétrica simplesmente conectando dois materiais a diferentes temperaturas. Hoje chamamos isso de termoeletricidade, e ainda a utilizamos em contextos muito específicos.

A Nasa aproveitou as vantagens da tecnologia termoelétrica para viagens de exploração espacial profunda, acoplando geradores termoelétricos a material radioativo uma vez que combustível.

Os lançamentos usando geradores termoelétricos de radioisótopos incluem o astromóvel Curiosity em Marte, em 2011, o Perseverance, em 2020, e o lançamento planejado do Dragonfly, em 2027, para a lua Titã de Saturno.

Essa tecnologia até mesmo invadiu o mundo da cultura popular, uma vez que resultado de seu papel mediano no romance de 2011 – e ulterior filme com o mesmo nome – Perdido em Marte
, escrito por Andy Weir.

Mais próximo de mansão

Cá na Terreno, geradores termoelétricos têm sido usados em áreas remotas para gerar eletricidade. Por exemplo, um pequeno módulo termoelétrico, conectado a um fogão ou aquecedor portátil, pode carregar seu telefone enquanto você está acampando, às custas do combustível. Isso é unicamente um pequeno exemplo; dispositivos termoelétricos poderiam fazer muito mais.

As sociedades humanas geram quantidades excessivas de calor por meio de inúmeros processos, desde o decocção e atividades industriais até mesmo o uso de ar condicionado e refrigeração. Posteriormente esses processos serem concluídos, quase todo esse calor se dissipa sem conquistar a eletricidade que poderia fornecer.

Por exemplo, unicamente murado de um terço da força produzida em um coche a gasolina é utilizada, enquanto os outros dois terços são perdidos uma vez que calor. Esse calor perdido poderia ser conquistado para fomentar dispositivos termoelétricos, o que melhoraria drasticamente a eficiência do combustível.

Poderíamos fazer o mesmo em fábricas e em muitos outros lugares onde o calor é um subproduto esperdiçado de outra função. E a construção desses sistemas nos ajudaria a conseguir nossa meta de neutralidade de carbono até 2050.

Logo, por que não estamos usando a termoeletricidade para reciclar o calor esperdiçado na Terreno?

Simples: um dispositivo termoelétrico requer um material que conduza eletricidade muito e conduza calor mal. Sem essas características, a diferença de temperatura e o potencial gerativo entre os dois lados do dispositivo não serão mantidos.

O fio de cobre, por exemplo, conduz eletricidade muito muito, mas também é um supimpa condutor de calor. Essas qualidades o tornam supimpa para fios, mas também deixam o cobre uma vez que um candidato inadequado para essa emprego.

Construindo os materiais

Os materiais ideais para a termoeletricidade não existem naturalmente. Porquê tal, a prioridade na superfície de pesquisa termoelétrica é produzir materiais que sejam eficientes e baratos, para que possam ser produzidos em larga graduação e amplamente aplicados – idealmente, a um dispêndio mínimo de recursos.

Alguns candidatos conhecidos a materiais termoelétricos incluem o chumbo. No entanto, sua toxicidade e impactos ambientais o descartam uma vez que um candidato viável. Alternativas mais benignas precisam ser encontradas.

Atualmente, alguns materiais termoelétricos parecem ter o potencial de ajudar a mitigar a crise climática
que enfrentamos.

Junto com meus colegas da Universidade McMaster, estou trabalhando com parceiros industriais para ajudar a desenvolver novos materiais mais baratos e confiáveis
. É mediano para isso entender as mudanças no desempenho entre diferentes materiais. Esperamos desenvolver materiais que tenham um bom desempenho tanto no laboratório quanto em grande graduação.

Com muita frequência, a eletricidade é discutida em termos de uma vez que podemos gerar mais. Precisamos de mais usinas, mais combustível, mais força solar – mais de tudo. Sugerimos que isso é unicamente metade do cenário. Também devemos aprender a utilizar de maneira inteligente todas as etapas do ciclo de vida da força, não unicamente para gerar, mas também para armazenar, e usar a tecnologia termoelétrica para conquistar a eletricidade nesse calor esperdiçado.

Somente fazendo isso podemos realmente produzir uma rede elétrica mais eficiente e contribuir para impulsionar um horizonte livre de carbono.

Chun-wan Timothy Lo
– Pesquisador de pós-doutorado McCall MacBain do Departamento de Química e Biologia Química na Universidade McMaster, Canadá.

Leste texto foi republicado de

The Conversation

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Foto: Pixabay

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