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Camadas ultrafinas de ferrugem podem gerar eletricidade

por Kamila Jessie | 06/09/2019

Pesquisas conduzidas por cientistas da Caltech e Northwestern University mostraram que filmes finos de ferrugem – óxido de ferro – podem gerar eletricidade quando a água salgada flui sobre eles. Esses filmes representam uma maneira inteiramente nova de gerar eletricidade e podem ser usados ​​para desenvolver novas formas de produção de energia de uma maneira possivelmente sustentável.

Geração de
eletricidade pela interação entre sais e metais:

Ok, mas isso
já se sabia? Bem, interações entre compostos metálicos e água salgada geralmente
geram eletricidade, mas isso costuma ser o resultado de uma reação química na
qual um ou mais compostos são convertidos em novos compostos. Reações como
essas são o que promove o funcionamento das baterias. A novidade é que o
fenômeno descoberto por Tom Miller, professor de química da Caltech, e Franz
Geiger, professor de química na Northwestern, não envolve reações químicas, mas
converte a energia cinética da água salgada em eletricidade.

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filmes ferrugem
Imagem: pnas.org

Efeito
eletrocinético:

Trata-se do efeito eletrocinético, que já foi observado antes em filmes finos de grafeno – as famosas “folhas” de átomos de carbono dispostas em uma rede hexagonal – e é notavelmente eficiente. Em números, o efeito apresenta cerca de 30% de eficiência na conversão de energia cinética em eletricidade.

No entanto, é
difícil fabricar filmes de grafeno e dimensioná-los para tamanhos utilizáveis,
o famigerado problema da migração de escala. Mas os filmes de óxido de ferro,
ou seja, ferrugem, são simples de produzir, o que os torna fáceis de fazer em
grandes áreas. Isso caracterizaria uma implementação mais robusta da coisa
vista no grafeno.

Filmes de ferrugem:

Embora a
ferrugem se forme em ligas de ferro por conta própria, a equipe precisava
garantir sua formação em uma camada fina e consistente. Para fazer isso, eles
usaram um processo chamado de deposição de vapor físico (PVD), que normalmente
transforma materiais sólidos, neste caso óxido de ferro, em um vapor que se
condensa em uma superfície desejada. O PVD permitiu que eles criassem uma
camada de óxido de ferro de 10 nanômetros de espessura, cerca de 10 mil vezes
mais fina que um fio de cabelo humano! Quando eles pegaram aquele ferro
revestido de ferrugem e lançaram soluções de água salgada de concentrações
variadas sobre ele, descobriram que ele gerou várias dezenas de milivolts e microampères
por centímetro quadrado, o que dá uma noção de voltagem e densidade de energia.

ferrugem
Imagem: pnas.org

O mecanismo
por trás da geração de eletricidade é complexo, envolvendo adsorção e dessorção
de íons, mas essencialmente funciona assim: os íons presentes na água salgada
atraem elétrons no ferro sob a camada de ferrugem. À medida que a água salgada
flui, o mesmo acontece com esses íons, e através dessa força atrativa, eles
arrastam os elétrons no ferro junto com eles, gerando uma corrente elétrica.

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Aplicações:

Miller diz
que esse efeito pode ser útil em cenários específicos onde há soluções salinas
em movimento, como no oceano ou… no corpo humano! Essas perspectivas podem
parecer visionárias, mas são muito engenhosas. A equipe explica a ideia usando
o exemplo da energia das marés, ou coisas flutuando no oceano, como boias, que
poderiam ser usadas para conversão de energia elétrica passiva. Além disso,
você tem soluções salinas, ou seja, água salgada fluindo em suas veias em
pulsos periódicos. Isso poderia ser usados para gerar eletricidade para
alimentar implantes em escalas nanométricas!

Fonte: Phys.org. PNAS.

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Kamila Jessie

Doutoranda e mestre em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo, é formada em Engenharia Ambiental e Sanitária.