Tesla especulou que a eletricidade do nada era possível – agora a questão é se será possível aproveitá-la na escala necessária para abastecer nossas casas
No início do século 20, o inventor sérvio Nikola Tesla sonhava em extrair eletricidade ilimitada e gratuita do ar ao nosso redor. Sempre ambicioso, Tesla estava pensando em grande escala, efetivamente olhando para a Terra e a atmosfera superior como duas pontas de uma enorme bateria. Desnecessário dizer que seus sonhos nunca foram realizados, mas a promessa da eletricidade derivada do ar – higroeletricidade – agora está capturando a imaginação dos pesquisadores novamente. A diferença: eles não estão pensando grande, mas muito, muito pequeno.
Em maio, uma equipe da Universidade de Massachusetts (UMass) Amherst publicou um artigo declarando que havia gerado com sucesso uma corrente elétrica pequena, mas contínua, a partir da umidade do ar. É uma afirmação que provavelmente levantará algumas sobrancelhas, e quando a equipe fez a descoberta que inspirou esta nova pesquisa em 2018, ela o fez.
“Para ser franco, foi um acidente”, diz o principal autor do estudo, Prof Jun Yao. “Na verdade, estávamos interessados em fazer um sensor simples de umidade do ar. Mas, por alguma razão, o aluno que estava trabalhando nisso esqueceu de ligar a energia.”
A equipe da UMass Amherst ficou surpresa ao descobrir que o dispositivo, que incluía uma série de tubos microscópicos, ou nanofios, estava produzindo um sinal elétrico independentemente.
Cada nanofio tinha menos de um milésimo do diâmetro de um fio de cabelo humano, largo o suficiente para que uma molécula de água transportada pelo ar pudesse entrar, mas tão estreito que se chocaria dentro do tubo. Cada solavanco, a equipe percebeu, emprestava ao material uma pequena carga e, à medida que a frequência dos solavancos aumentava, uma extremidade do tubo ficava carregada de forma diferente da outra.
“Portanto, é realmente como uma bateria”, diz Yao. “Você tem uma atração positiva e uma atração negativa, e quando você as conecta, a carga vai fluir.”
Para seu estudo recente, a equipe de Yao passou dos nanofios e, em vez disso, está perfurando materiais com milhões de pequenos orifícios, ou nanoporos. O dispositivo que eles criaram é do tamanho de uma miniatura, um quinto da largura de um cabelo humano e capaz de gerar aproximadamente um microwatt – o suficiente para iluminar um único pixel em uma grande tela de LED.
Então, o que seria necessário para alimentar o restante da tela ou mesmo uma casa inteira? “A beleza é que o ar está em toda parte”, diz Yao. “Embora uma folha fina do dispositivo forneça uma quantidade muito pequena de eletricidade ou energia, em princípio, podemos empilhar várias camadas no espaço vertical para aumentar a potência.”
É exatamente isso que outra equipe, a professora Svitlana Lyubchyk e seus filhos gêmeos, os professores Andriy e Sergiy Lyubchyk, estão tentando fazer. Svitlana Lyubchyk e Andriy fazem parte do projeto Catcher , sediado em Lisboa , cujo objetivo é “transformar a humidade atmosférica em energia renovável”, e juntamente com Sergiy fundaram a CascataChuva , uma startup destinada a comercializar a investigação. Eles começaram a trabalhar na ideia em 2015, algum tempo antes da equipe de Yao na UMass Amherst. “Éramos considerados malucos”, diz Andriy. “Os caras que estavam dizendo algo completamente impossível.”
Na verdade, tentar provar o valor de uma prova de conceito inicial em conferências os deixou literalmente com a cara vermelha. Ele diz: “O sinal não estava estável e estava baixo. Conseguimos gerar 300 miliwatts, mas você teve que colocar todo o seu esforço em seus pulmões para respirar umidade suficiente nas amostras.”
Eles percorreram um longo caminho desde então, com Catcher e projetos relacionados recebendo quase € 5,5 milhões (£ 4,7 milhões) em financiamento do Conselho Europeu de Inovação. O resultado é um disco cinza fino medindo 4 cm (1,5 pol.) de diâmetro. De acordo com os Lyubchyks, um desses dispositivos pode gerar 1,5 volts e 10 miliamperes relativamente modestos. No entanto, 20.000 deles empilhados em um cubo do tamanho de uma máquina de lavar, eles dizem, poderiam gerar 10 quilowatts-hora de energia por dia – aproximadamente o consumo de uma família média no Reino Unido. Ainda mais impressionante: eles planejam ter um protótipo pronto para demonstração em 2024.
Um dispositivo que pode gerar eletricidade utilizável a partir do ar rarefeito (ou abafado) pode parecer bom demais para ser verdade, mas Peter Dobson, professor emérito de ciências da engenharia na Universidade de Oxford, tem acompanhado as pesquisas das equipes UMass Amherst e Catcher e ele é otimista.
“Quando ouvi falar pela primeira vez, pensei: ‘Ah, sim, mais um desses’. Mas não, ele tem pernas, este tem”, diz Dobson. “Se você puder projetar e dimensionar, e evitar que seja contaminado por micróbios atmosféricos, deve funcionar.”
Ele continua sugerindo que a prevenção da contaminação microbiana é mais um “desafio de engenharia empolgante” do que uma falha terminal, mas há problemas muito maiores a serem superados antes que essa tecnologia esteja alimentando nossas casas.
“Como esses dispositivos são fabricados?” pergunta Anna Korre, professora de engenharia ambiental no Imperial College London. “O fornecimento de matérias-primas, o custo, a avaliação da pegada ambiental e a ampliação para implementação levam tempo e convicção.”
Mesmo depois de superado o desafio restante de conectar milhares desses dispositivos, o custo continua sendo um problema significativo. “Todas as novas tecnologias de energia precisam pensar no ‘prêmio verde’”, diz Colin Price, professor de geofísica da Universidade de Tel Aviv, referindo-se ao custo adicional de escolher uma tecnologia limpa em vez de uma que emite mais gases de efeito estufa. “Os prêmios verdes são enormes no momento para esta tecnologia, mas esperamos que sejam reduzidos por P&D [pesquisa e desenvolvimento], investimentos, incentivos fiscais para energias limpas e impostos sobre energias sujas.”
Os Lyubchyks estimam que o custo nivelado da energia – o custo líquido médio atual de geração de eletricidade para um gerador ao longo de sua vida útil – desses dispositivos será realmente alto no início, mas ao passar para a produção em massa, eles esperam reduzi-lo significativamente, em última análise tornando esta energia higroelétrica competitiva com a solar e a eólica. Para que isso funcione, porém, eles precisarão de investimentos, acesso a matérias-primas e equipamentos para processá-las.
Enquanto os pesquisadores da UMass Amherst trabalham com materiais orgânicos, que em teoria podem ser produzidos com relativa facilidade, a equipe do Catcher alcançou resultados superiores usando óxido de zircônio – um material de interesse na pesquisa de células a combustível. Os Lyubchyks esperavam estabelecer um abastecimento de sua Ucrânia natal, que tem depósitos ricos, mas a contínua invasão em grande escala do país pela Rússia os forçou por enquanto a trabalhar com quantidades relativamente pequenas compradas da China.
A equipe aceita que pode levar anos para otimizar um protótipo e aumentar a produção, mas se for bem-sucedido, os benefícios são claros. Ao contrário do solar ou do vento, os geradores higroelétricos podem funcionar dia e noite, dentro e fora de casa e em muitos lugares. A equipe ainda espera um dia fazer materiais de construção com seus dispositivos. “Imagine que você pode construir partes de um prédio usando esse material”, diz Andriy. “Não há necessidade de transferir a energia, não há necessidade de infraestrutura.”
Pode parecer um pensamento de céu azul, e os sonhos de Tesla de eletricidade ilimitada do ar ainda estão muito distantes, mas Yao sugere que podemos encontrar motivos para otimismo entre céus mais nublados. “Muita energia é armazenada em moléculas de água no ar”, diz ele. “É daí que obtemos o efeito do raio durante uma tempestade. A existência deste tipo de energia não é duvidosa. É sobre como nós coletamos isso.”
