Cientistas criaram um sistema que armazena energia do sol usando moléculas que mudam de forma, semelhante ao que acontece com a pele queimada pelo sol. Essa tecnologia, chamada de armazenamento solar térmico molecular, pode ser uma forma barata e limpa de gerar calor, e já mostrou resultados promissores, com capacidade de armazenar mais energia que as baterias de lítio comuns.
Jeff Liang, UCSB - O forte sol da Califórnia inspirou a pesquisa de armazenamento de energia de Grace Han
O sol realmente brilha, às vezes, em Boston, mas não como na Califórnia.
Quando a professora de química Grace Han visitou o sul da Califórnia vinda de Boston alguns anos atrás, ela notou a diferença. A pele formigava com os primeiros sinais de irritação depois de apenas algumas horas ao ar livre.
Ano passado, ela se mudou para trabalhar na Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, e passou a usar chapéu de aba larga, óculos escuros e muito protetor solar regularmente. Sendo professora de química, ela já tinha feito sua pesquisa.
- A ideia veio de como o DNA da pele se deforma com o sol, criando uma versão 'esticada' que armazena energia.
- O sistema usa moléculas que mudam de forma ao absorver luz solar, como um 'ratoeira' que prende energia.
- A energia pode ser liberada depois, gerando calor sem queimar nada é limpo e renovável.
- O novo sistema tem densidade energética maior que baterias de lítio: 1,65 megajoules por quilo.
- Por enquanto, usa luz UV forte e ácido para liberar energia, mas os cientistas querem melhorar isso.
'Eu estava lendo sobre fotoquímica do DNA por lazer', ela lembra.
Foi quando percebeu que as moléculas de DNA na pele das pessoas que são danificadas pela queimadura solar poderiam ajudá-la. Essas moléculas mudam de forma quando irradiadas pelo sol, flexionando-se em uma versão tensa de sua forma regular.
Por décadas, cientistas têm procurado moléculas que possam torcer sua forma, armazenando energia no processo, e então serem induzidas a voltar à forma original, liberando a energia armazenada sob demanda.
É como armar e depois disparar uma ratoeira. É conhecido como armazenamento de energia térmica solar molecular (Most) e é uma forma potencialmente muito barata e sem emissões de fornecer calor. Esses sistemas Most podem armazenar energia por muitos meses ou até anos.
Pesquisadores tiveram sucesso limitado com a tecnologia antes, mas graças ao sol da Califórnia, Han sabia o que tentar em seguida.
É importante ativar a mudança de forma das moléculas que armazenam energia de maneira suave e repetível.
Felizmente, milhões de anos de evolução aperfeiçoaram esse processo quando ocorre em certas plantas e animais.
Seres vivos são todos laboratórios de química, de certa forma, e alguns organismos evoluíram para que possam reparar moléculas deformadas pelo sol com a ajuda de uma enzima chamada fotoliase.
Han percebeu que tais moléculas eram, portanto, candidatas perfeitas para um sistema de armazenamento de energia. 'Elas são muito, muito pequenas', explica. 'E podem armazenar uma quantidade massiva de energia por massa.'
Em um artigo publicado em fevereiro, ela e colegas descreveram o sistema de armazenamento de energia mais promissor desse tipo até hoje, pelo menos em termos de densidade de energia. Foi potente o suficiente para fazer uma 'chaleira muito pequena' em um vidro ferver rapidamente uma pequena quantidade de água, diz Han.
Seus alunos, que realizaram essa parte do estudo, correram para contar como foi. 'Quando eu realmente vi o vídeo e vi como toda a solução estava fervendo rapidamente, isso foi realmente notável', lembra Han.
Ela enfatiza que as análises computacionais prevendo como a molécula se sairia, feitas por seu colaborador Kendall Houk na Universidade da Califórnia, Los Angeles, e sua equipe, foram cruciais para o trabalho.
O colega experimentador Most Kasper Moth-Poulsen, que lidera equipes de pesquisa na Universidade Politécnica de Barcelona, na Espanha, e outras instituições, não esteve envolvido no estudo, mas ficou impressionado com os resultados.
'Acho que nossos melhores sistemas tinham um megajoule [de energia por quilograma]. Eles tinham, acho, 1,6, o que é realmente incrível', diz ele, referindo-se à densidade de energia que Han e seus colegas alcançaram.
Os 1,65 megajoules por quilograma registrados em seu artigo de fevereiro são significativamente maiores que a densidade de energia das baterias de íons de lítio, atualmente o tipo de bateria mais popular para celulares e carros elétricos.
O sistema Most que Han e seus colegas criaram tem algumas limitações. Por um lado, o comprimento de onda da luz que faz as moléculas no centro do sistema mudarem de forma é de 300 nanômetros, uma forma de 'luz UV muito forte [ultravioleta]', diz John Griffin da Universidade de Lancaster. 'Isso vem do sol para nós, mas apenas em quantidades muito pequenas.'
Além disso, o gatilho usado para reverter a forma da molécula torcida para liberar sua energia foi ácido clorídrico, uma substância altamente corrosiva que deve ser neutralizada após o uso. 'Não é a escolha mais ideal', admite Han.
Ela diz que está esperançosa de que será possível melhorar a capacidade de resposta do sistema à luz natural, e também acionar a liberação de energia sem exigir um produto químico tóxico.
O objetivo final de trabalhos como este é descarbonizar o aquecimento, o que é notoriamente difícil.
O mundo ainda depende amplamente de combustíveis fósseis para aplicações de aquecimento. Sistemas solares térmicos moleculares e combustíveis fósseis são, na verdade, formas de armazenamento de energia química. Mas a tecnologia Most 'opera sem queimar nada', enfatiza Moth-Poulsen.
Além disso, o Most poderia estar disponível em qualquer lugar da Terra, ao contrário dos combustíveis fósseis, que estão concentrados em algumas localidades. É por isso que o bloqueio do Estreito de Ormuz causou tantos problemas recentemente, ele aponta. Os combustíveis produzidos nessa parte do mundo não conseguem chegar aonde as pessoas precisam.
Moth-Poulsen diz que um sistema de armazenamento de energia Most também poderia armazenar energia a longo prazo, mesmo por várias décadas. A energia térmica armazenada como calor pode durar apenas algumas horas, dias ou meses, na melhor das hipóteses.
Há outra coisa a considerar, no entanto, diz Harry Hoster, da Universidade de Duisberg-Essen, que também é diretor científico do ZBT Center for Fuel Cell Technology, focado em hidrogênio, na Alemanha.
As moléculas sensíveis à luz em um sistema Most devem ser espalhadas de forma relativamente fina. Muito espessas e a luz não conseguirá penetrar em todas as moléculas dentro dele. 'Em um cenário realmente otimista, você poderia provavelmente fazer isso com 5 mm de espessura', estima Hoster.
E, empacotar suas moléculas em um líquido significa que você provavelmente terá que mover ou bombear esse líquido de uma parte do sistema para outra, para armazenar a energia ou transferi-la, por exemplo. Isso adiciona custo e complexidade. 'No momento em que você precisa bombear coisas, você tem mais coisas que podem quebrar', diz Hoster.
Griffin diz que ele e colegas estão trabalhando em versões de estado sólido da tecnologia Most. Han, que também está pesquisando iterações sólidas do Most, diz que elas poderiam assumir a forma de revestimentos de janelas transparentes, por exemplo. Dessa forma, poderiam liberar calor para evitar condensação ou até mesmo aquecer ambientes.
Hoster, no entanto, está cético de que o Most será capaz de fornecer todo o calor necessário em um edifício. Poderia, no entanto, aquecer componentes sensíveis à temperatura em satélites ou aeronaves.
'É uma ótima ciência', acrescenta. 'É lindo que eles conseguiram acertar essa funcionalidade.'
As inovações e pesquisas provavelmente continuarão, embora valha a pena notar que este campo permanece relativamente restrito no momento. Griffin participou de uma conferência no ano passado sobre tecnologia Most com cerca de 70 participantes, ele lembra. 'Essa era basicamente toda a comunidade no mundo trabalhando nisso.'
Correção em 9 de maio: Este artigo foi alterado para esclarecer que apenas alguns organismos usam fotoliase para reparar o DNA.
