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Camadas ultrafinas de ferrugem podem gerar eletricidade

por Kamila Jessie | 06/09/2019
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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.

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.

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

Engenheira ambiental e sanitarista, MSc. e atualmente doutoranda em Engenharia Hidráulica e Saneamento pela Universidade de São Paulo. http://orcid.org/0000-0002-6881-4217

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