Ondas eletromagnéticas do ambiente viram fonte de energia
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| As antenas, projetadas para captar diversos comprimentos de onda, são impressas sobre plástico ou papel. [Imagem: Gary Meek] |
Colheita de ondas
Estamos literalmente mergulhados em um mar de ondas eletromagnéticas.
Rádios, TVs, telefones celulares, redes de computador, satélites artificiais e uma infinidade de outros equipamentos emitem essas ondas continuamente.
Agora, um grupo de pesquisadores desenvolveu uma forma de coletar essa energia do ar, transformando-a em eletricidade pronta para ser usada em outros equipamentos.
É mais um elemento da chamada "colheita de energia", um conceito que vem chamando a atenção dos pesquisadores pela possibilidade de extrair energia do meio ambiente, disponível na forma de luz, vibrações, calor - e ondas de rádio.
Captando energia do ar
Para coletar a energia das ondas eletromagnéticas do ar, a equipe do Dr. Manos Tentzeris, da Universidade da Geórgia, nos Estados Unidos, criou um novo tipo de antena.
As antenas foram fabricadas por uma técnica de impressão por jato de tinta, que aplica tintas condutoras sobre plástico ou papel. Isso permitirá que as antenas sejam construídas junto com o aparelho que deverão alimentar.
Com uma banda ultra-larga, a antena permite captar uma grande variedade de sinais em diferentes faixas de frequência, o que aumenta a capacidade de captação das ondas.
No estágio atual, elas são capazes de captar energia da faixa de frequência das rádios FM até a frequência dos radares - de 100 megahertz (MHz) a 15 gigahertz (GHz).
Na faixa de frequência de TV, os testes mostraram uma capacidade de "colheita" de várias centenas de microwatts - com a antena de colheita de energia posicionada a 500 metros da antena da estação de TV.
As antenas multibanda podem gerar até um miliwatt, o que é suficiente para alimentar circuitos miniaturizados ou sensores sem fios. Ou podem ser usadas para alimentar circuitos menores com mais segurança, uma vez que a antena captará energia de outras faixas de frequência quando uma delas for interrompida ou diminuir de potência.
Transformar ondas eletromagnéticas em energia
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| Uma das antenas e o circuito eletrônico utilizado para aproveitamento da energia que ela capta. [Imagem: Gary Meek] |
O processo de captar ondas eletromagnéticas e usá-las para alimentar um circuito não é novo: ele está na base do funcionamento das etiquetas RFID, por exemplo.
Essas chamadas etiquetas inteligentes não possuem baterias: sua antena capta a energia do leitor que está querendo ler seus dados e usa essa energia para "acordar" seu circuito, fazê-lo funcionar e transmitir de volta a informação solicitada.
A ideia do Dr. Tentzeris é fazer isso em maior escala, criando fontes de energia versáteis que possam ser usadas para alimentar qualquer pequeno aparelho, incluindo sensores, microprocessadores e chips de comunicação.
Segundo ele, usando supercapacitores e operação cíclica, será possível, numa próxima etapa, alcançar uma capacidade de geração na casa dos 50 miliwatts.
Geração híbrida
O dispositivo de colheita de energia poderia ser usado sozinho ou em conjunto com outras tecnologias de geração.
Por exemplo, a energia coletada das ondas eletromagnéticas do ar poderia ajudar um painel solar a carregar uma bateria durante o dia.
À noite, quando as células solares não fornecem energia, a energia coletada continuaria a aumentar a carga da bateria ou impediria sua descarga.
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| Em uma das demonstrações, um avião de papel foi construído com a folha fotoelétrica e começou a gerar energia tão logo acabou de ser dobrado. [Imagem: MIT] |
Fabricar células solares diretamente em papel ou tecido, de um modo simples e rápido.
Este é o objetivo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos.
Eles já construíram diversos protótipos funcionais, com alguns mantendo o funcionamento depois de diversos meses e muitas dobraduras.
Impressão de circuitos eletrônicos
Há uma forte tendência no sentido de trazer os circuitos eletrônicos para mais próximo ao que as pessoas usam no dia-a-dia, o que inclui sobretudo papel e e tecido das roupas, mas também plásticos, sobretudo folhas flexíveis, que possam ser enroladas e dobradas.
Antenas capazes de capturar a energia do ar e até uma caneta capaz de desenhar circuitos eletrônicos foram demonstrados nos últimos dias. Células solares impressas por jato de tinta também já foram demonstradas experimentalmente por diversos grupos.
Tudo isto está sendo possível graças ao desenvolvimento das chamadas tintas eletrônicas, que não são exatamente tintas, mas soluções de partículas capazes de desempenhar a função desejada.
Deposição de vapor
O trabalho do MIT é um pouco mais complexo do que a impressão jato de tinta ou laser, mas também está dando resultados mais robustos.
O processo de impressão usa vapor - e não líquidos ou pó - em um processo que ocorre em temperaturas abaixo de 120 ºC - uma temperatura bastante amena em comparação com a fabricação de uma célula solar fotovoltaica tradicional, que emprega temperaturas elevadas e elementos corrosivos.
Nessas condições mais amenas, é possível empregar materiais como papéis não tratados, tecidos ou plástico como substratos para imprimir as células.
São aplicadas cinco camadas de materiais, que são depositados sobre o papel em etapas sucessivas. Uma máscara, também feita de papel, é usada para formar os padrões das células solares.
O processo ainda exige uma câmara a vácuo, para evitar a contaminação por poeira ou outras impurezas, o que diminuiria o rendimento das células solares.
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| O rendimento das células solares impressas ainda é baixo - em torno de 1% - mas suficiente para alimentar pequenos aparelhos portáteis e sensores ambientais. [Imagem: Patrick Gillooly/MIT] |
Papel fotoelétrico
Terminada a "impressão", basta ligar os eletrodos e colocar o "papel fotoelétrico" sob a luz para que ele comece a gerar energia.
Em uma das demonstrações, um avião de papel foi construído com a folha fotoelétrica e começou a gerar energia tão logo acabou de ser dobrado. Em outra, as células solares foram impressas sobre uma fina folha de plástico PET, que foi dobrada e desdobrada mil vezes, sem perder a funcionalidade.
O rendimento das células solares impressas ainda é baixo - em torno de 1% - mas suficiente para alimentar pequenos aparelhos portáteis e sensores ambientais. Os pesquisadores afirmam que estão trabalhando nesse quesito, ajustando os materiais aplicados na técnica de deposição por vapor para melhoria da eficiência.
"Nós demonstramos a robustez dessa tecnologia. Acreditamos que poderemos fabricar células solares em larga escala capazes de atingir desempenhos recordes em termos de watts por quilo [de material]," disse Vladimir Bulovic, um dos autores da pesquisa.
Bibliografia:
Direct Monolithic Integration of Organic Photovoltaic Circuits on Unmodified Paper
Miles C. Barr, Jill A. Rowehl, Richard R. Lunt, Jingjing Xu, Annie Wang, Christopher M. Boyce, Sung Gap Im, Vladimir Bulovic, Karen K. Gleason
Advanced Materials
8 JUL 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1002/adma.201101263
Tecnologia - Uma nova geração...
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