Calor corporal e recuperação de energia para tecnologia vestível
Se você já se viu numa câmara de imagem térmica, sabe que o corpo humano irradia muito calor. Na prática, isso é um subproduto do nosso metabolismo. Cada pé quadrado do corpo (cerca de 0,093 m²) liberta uma quantidade de calor equivalente à de aproximadamente 19 fósforos acesos por hora.
O problema é que grande parte desse calor simplesmente se dissipa para a atmosfera. E se fosse possível aproveitá-lo para gerar energia? As minhas pesquisas indicam que isso é, sim, viável. Eu e os meus colegas estamos a encontrar formas de capturar e armazenar calor corporal para produção de energia, recorrendo a materiais ecológicos.
A ideia é desenvolver um dispositivo que gere e, ao mesmo tempo, armazene energia - funcionando como uma espécie de power bank integrado para wearables. Assim, equipamentos como smartwatches, pulseiras de atividade ou rastreadores GPS poderiam operar por muito mais tempo, ou até por tempo indefinido, ao aproveitar o calor do próprio corpo.
Esse tipo de perda não acontece apenas connosco. No mundo tecnologicamente avançado em que vivemos, forma-se diariamente uma enorme quantidade de calor desperdiçado: dos motores dos veículos às máquinas usadas para fabricar produtos.
Em geral, esse calor também é libertado no ar, o que representa uma grande oportunidade perdida de recuperação energética. O conceito emergente de "recuperação de calor residual" procura justamente reduzir essa ineficiência. Ao aproveitar energia que hoje é descartada, as indústrias podem aumentar a eficiência das operações e, ao mesmo tempo, contribuir para um ambiente mais sustentável.
Do calor residual à eletricidade: o efeito termoelétrico
Um fenómeno capaz de converter calor em eletricidade é o efeito termoelétrico. Ele funciona porque uma diferença de temperatura gera um potencial elétrico: os eletrões deslocam-se do lado mais quente para o lado mais frio, produzindo energia elétrica utilizável.
O entrave é que os materiais termoelétricos convencionais costumam ser fabricados com cádmio, chumbo ou mercúrio. Esses elementos trazem riscos ambientais e de saúde, o que limita o uso prático dessas soluções.
O poder da madeira
No entanto, descobrimos que também é possível criar materiais termoelétricos a partir da madeira - uma alternativa mais segura e sustentável.
Há séculos a madeira é essencial para as civilizações humanas, seja como material de construção, seja como combustível. Agora, estamos a revelar o potencial de materiais derivados da madeira para transformar o calor residual, muitas vezes perdido em processos industriais, em eletricidade valiosa.
Além de melhorar a eficiência energética, esta abordagem muda a forma como encaramos materiais do dia a dia, passando a vê-los como componentes-chave de soluções energéticas sustentáveis.
A nossa equipa na Universidade de Limerick, em colaboração com a Universidade de Valência, desenvolveu um método sustentável para converter calor residual em eletricidade usando produtos madeireiros irlandeses - em especial a lignina, um subproduto da indústria papeleira.
O nosso estudo mostra que membranas à base de lignina, quando embebidas numa solução salina, conseguem converter de forma eficiente calor residual de baixa temperatura (abaixo de 200°C) em eletricidade. A diferença de temperatura ao longo da membrana de lignina faz com que os iões (átomos carregados) na solução de sal se movimentem.
Os iões positivos deslocam-se em direção ao lado mais frio, enquanto os iões negativos migram para o lado mais quente. Essa separação de cargas cria uma diferença de potencial elétrico na membrana, que pode ser aproveitada como energia elétrica.
Como cerca de 66 por cento do calor residual industrial está dentro dessa faixa de temperatura, esta inovação abre uma oportunidade relevante para soluções energéticas ecológicas.
A nova tecnologia pode ter impacto em várias frentes. Setores como a indústria transformadora, que geram grandes volumes de calor excedente, poderiam beneficiar bastante ao converter esse calor desperdiçado em eletricidade - reduzindo o consumo de energia e diminuindo o impacto ambiental.
Também há potencial de uso em diversos contextos, desde fornecimento de energia em áreas remotas até alimentação de sensores e dispositivos em aplicações quotidianas. O carácter ecológico desta solução ainda a torna promissora para geração sustentável de energia em edifícios e infraestruturas.
O desafio do armazenamento
Gerar energia a partir de calor residual é apenas a primeira etapa; armazená-la de forma eficiente é igualmente decisivo. Supercapacitores são dispositivos de armazenamento que carregam e descarregam eletricidade muito rapidamente. Por isso, são fundamentais em aplicações que exigem entrega de potência imediata.
Contudo, a dependência de materiais de carbono derivados de combustíveis fósseis levanta preocupações de sustentabilidade, reforçando a necessidade de alternativas renováveis para a sua produção.
O nosso grupo de pesquisa descobriu que o carbono poroso à base de lignina pode funcionar como elétrodo em supercapacitores, armazenando a energia obtida pela colheita de calor residual com uma membrana de lignina.
Nesse processo, a membrana de lignina capta e converte o calor residual em energia elétrica, enquanto a estrutura de carbono poroso permite o movimento rápido e o armazenamento de iões. Ao oferecer uma alternativa verde - sem químicos nocivos e sem dependência de combustíveis fósseis -, esta abordagem apresenta uma solução sustentável para armazenar energia gerada a partir de calor residual.
Esta inovação em tecnologia de armazenamento de energia pode alimentar desde eletrónicos de consumo e tecnologia vestível até veículos elétricos.
Muhammad Muddasar, doutorando, School of Engineering, Universidade de Limerick
Este artigo foi republicado de The Conversation sob licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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