Células termais transformam calor da Terra em eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/07/2019

A célula termal gera eletricidade alternada, com pequenas interrupções para resetar seu funcionamento interno.
[Imagem: S. Matsushita/Titech]

Energia geotérmica

Embora as fontes de energia renovável atualmente utilizadas, como a energia eólica e a energia solar, tenham seus méritos, há uma fonte de energia gigantesca, permanente e inexplorada, literalmente sob nossos pés: a energia geotérmica.

Os países nórdicos estão explorando a energia geotérmica há décadas, mas, para regiões que não possuem fontes derivadas do vulcanismo na superfície, a geração de eletricidade a partir da energia geotérmica requer dispositivos que possam de alguma forma fazer uso do calor dentro da crosta terrestre - em buracos bem profundos.

Existem vários métodos para converter calor em energia elétrica, mas sua aplicação em grande escala ainda não é viável. Por exemplo, as baterias redox quente-e-frio e dispositivos baseados no efeito Seebeck não podem ser simplesmente enterrados dentro de uma fonte de calor para produzir eletricidade.

A Dra. Sachiko Matsushita, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, acaba de fazer um grande progresso em uma outra alternativa emergente, as células termais sensibilizadas (STCs: sensitized thermal cells), um tipo de bateria que pode gerar energia elétrica a 100 ° C ou até menos.

Células termais sensibilizadas

As STCs são derivadas das células solares sensibilizadas por corantes, ou DSCs (dye-sensitized solar cells) - apenas substituindo o corante por um semicondutor para permitir que o sistema opere usando calor em vez de luz.

O problema é que essas células termais, por algum motivo não compreendido, simplesmente paravam de funcionar depois de alguns ciclos.

A Dra. Matsushita descobriu o porquê: Essas baterias não funcionam como um mecanismo perpétuo porque a corrente pára quando reações redox (oxidação e redução ) na camada de eletrólito são interrompidas devido à realocação dos diferentes tipos de íons de cobre que compõem o eletrólito - uma bateria STC é composta por três camadas intercaladas entre eletrodos: uma camada de transporte de elétrons, uma camada de semicondutor (germânio) e uma camada de eletrólito sólido de cobre.

Mas a melhor notícia é que a equipe também descobriu que a bateria pode reverter a própria situação na presença de calor simplesmente abrindo o circuito externo por algum tempo. Em outras palavras, usando um interruptor simples, a simples ação do desliga/religa reativa a bateria.

"Com tal projeto, o calor, geralmente considerado como energia de baixa qualidade, se tornaria uma grande fonte de energia renovável," afirmou Matsushita.

Pesquisas promissoras

A equipe está empolgada com a descoberta por causa de sua aplicabilidade, de seu caráter ecológico e do potencial para ajudar a resolver a crise global de energia.

Antes disso, porém, assim como vem acontecendo com as células solares DSC, as baterias termais STC precisarão de mais refinamento para se tornarem mais robustas e atingirem maior eficiência. Os resultados iniciais, contudo, mostram que essa é uma linha de pesquisa que vale a pena seguir.

"Não há medo de radiação, nem medo de petróleo caro, nem instabilidade de geração de energia como quando se depende do sol ou do vento," observou Matsushita.

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Bibliografia:

Artigo: A sensitized thermal cell recovered using heat
Autores: S. Matsushita, T. Araki, B. Mei, S. Sugawara, Y. Inagawa, J. Nishiyama, T. Isobe, A. Nakajima
Revista: Journal of Materials Chemistry A
DOI: 10.1039/C9TA04060A

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