O Laboratório de Nanociência e Tecnologia Energética (LNET) da Escola de Engenharia da Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, na Suíça, desenvolveu recentemente um dispositivo experimental de geração de nanoenergia que pode gerar continuamente uma corrente estável usando o processo de evaporação da água do mar. Este dispositivo usa semicondutores de silício como núcleo e consegue geração autônoma de energia regulando o movimento de íons e elétrons e impulsionando a evaporação da água do mar com a ajuda de luz e calor. Os pesquisadores dizem que este mecanismo deverá abrir novos caminhos para a tecnologia de captação de energia ecologicamente correta. Resultados relevantes foram publicados na revista Nature Communications.
Em seu artigo, Giulia Tagliabue, líder da equipe de pesquisa, e Tarique Anwar, pesquisador, propuseram uma “estrutura física e experimental unificada” para sistemas hidrovoltaicos movidos por evaporação. A chave está em separar e controlar com precisão o processo de interface. O processo de interface aqui se refere à interação entre diferentes estados de fase, como sólido, líquido, gás líquido, etc. A equipe de pesquisa espera usar esta estrutura para converter o processo de evaporação em produção de energia elétrica de forma mais eficiente com a participação da luz solar e da energia térmica.
Esta tecnologia baseia-se em pesquisas anteriores da LNET sobre o “efeito hidrovoltaico”. O chamado efeito hidrovoltaico significa que quando o líquido flui através da superfície de nanodispositivos carregados, pode induzir a geração de energia elétrica. O novo dispositivo utiliza ainda as pequenas lacunas entre os nanopilares de silício dispostos hexagonalmente para promover a evaporação do líquido e orientar o movimento dos íons na água do mar no processo. Os investigadores salientaram que o calor e a luz afectarão sempre o desempenho dos dispositivos hidrovoltaicos, e o seu avanço desta vez é converter estes efeitos originalmente inevitáveis em vantagens de desempenho pela primeira vez, utilizando água do mar inesgotável e relativamente amiga do ambiente como meio energético.
Um importante avanço conceitual na pesquisa foi que a equipe descobriu que o aumento da geração de energia não era simplesmente o resultado da evaporação em si. Como o dispositivo utiliza material semicondutor de silício, o calor aumenta a carga negativa na superfície do semicondutor, enquanto a luz solar estimula a atividade eletrônica dentro dele. Em outras palavras, a evaporação, os efeitos térmicos e os efeitos da luz não são independentes entre si, mas formam um efeito sinérgico no dispositivo para promover conjuntamente a melhoria da eficiência da geração de energia.
Segundo a equipe de pesquisa, o ganho proporcionado por esse efeito de carga superficial é bastante significativo. Ao introduzir luz solar e calor, a produção de energia do dispositivo pode ser aumentada em até cinco vezes. Tagliabue disse que este efeito natural sempre existiu, mas eles são os primeiros investigadores a realmente explorá-lo.
Do ponto de vista do projeto estrutural, este dispositivo de geração de energia por evaporação adota uma arquitetura de três camadas, correspondendo aos três processos independentes de evaporação, transporte de íons e coleta de carga. A camada superior é a camada superficial de evaporação, a camada intermediária é responsável pela condução iônica e a parte inferior é o conjunto de nanopilares de silício dielétrico. Esse design em camadas não apenas ajuda os pesquisadores a analisar e calibrar gradualmente o processo e os resultados de cada estágio, mas também melhora ainda mais o desempenho geral de geração de energia do dispositivo e revela mais claramente como o calor e a luz induzem a geração de carga e promovem a migração de íons.
Além das capacidades de geração de energia, esta tecnologia também oferece vantagens claras em termos de durabilidade. Os pesquisadores apontaram que o calor e a luz podem causar a degradação do mecanismo hidrovoltaico, e os problemas de corrosão em ambientes com alto teor de sal podem exacerbar esse processo. No entanto, a superfície dos nanopilares de silício do dispositivo é coberta por um revestimento de óxido que permanece estável sob luz e calor, evitando assim reações químicas desnecessárias e melhorando a confiabilidade do dispositivo em ambientes de água salgada.
A equipe de pesquisa disse que se as iterações subsequentes correrem bem, espera-se que este tipo de dispositivo hidrovoltaico forneça suporte de energia contínuo e autônomo para várias redes de sensores pequenas e sem bateria no futuro, desde que luz solar, calor e água estejam disponíveis para operar. Cenários de aplicação potenciais incluem sistemas de monitoramento ambiental, dispositivos de Internet das Coisas e tecnologias vestíveis atuais e futuras. Os investigadores acreditam que se uma forma móvel e quase “gratuita” de obter electricidade puder ser posta em prática, o valor social que ela trará será imensurável.