Investigadores da Universidade Nova estão a produzir eletricidade a partir do ar

Com a União Europeia a lutar pela neutralidade climática até meados do século, uma equipa de mãe e filho está a ajudar a enfrentar um obstáculo potencial: o número limitado de fontes de energia renováveis que permitem o afastamento da UE dos combustíveis fósseis. Andriy Lyubchyk é um parceiro no projeto CATCHER, que visa expandir uma mistura de energia limpa, aperfeiçoando a conversão da humidade atmosférica em eletricidade.

Sonho antigo

A técnica envolve a recolha das pequenas cargas de eletricidade estática contidas nas moléculas de água gasosa, que são omnipresentes na atmosfera. O processo é conhecido como eletricidade de higroeletricidade ou de humidade.

"Com esta nova fonte de energia renovável, acreditamos que vamos aumentar drasticamente a eficiência e as possibilidades da transição de energia verde", afirma Lyubchyk, diretor executivo da empresa portuguesa Cascatachuva Lda. É também engenheiro químico na Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias em Lisboa, Portugal.

No início dos anos 1900, o inventor sérvio-americano Nikola Tesla sonhava em aproveitar a energia do ar. Fez uma série de experiências tentando captar cargas elétricas da atmosfera e transformá-las em corrente elétrica.

Desde a época de Tesla, os cientistas aprenderam mais sobre como a eletricidade é formada e libertada na atmosfera e descobriram que o vapor de água pode transportar uma carga elétrica. O know-how poderia ser um impulso para a UE, que obtém cerca de 22% da sua energia a partir de energias renováveis, estando em vias de conseguir o objetivo de fim de década para tais fontes, que também incluem a energia hidroelétrica, até 45%. Mas, para que a Europa se torne neutra para o clima até 2050, as energias renováveis terão de desempenhar um papel ainda maior e a higroeletricidade daria à UE mais opções à medida que esta procura abandonar o petróleo, o gás natural e o carvão.

Nova tecnologia

Financiado pelo programa Pathfinder do Conselho Europeu da Inovação, o CATCHER reúne oito parceiros de seis países da Europa para explorar essa possibilidade. Embora a ideia geral possa ser a mesma, a tecnologia específica utilizada por CATCHER é muito diferente da de Tesla. O projeto utiliza células tipo painel feitas de óxido de zircónio - um material cristalino duro - para capturar energia da humidade atmosférica. O óxido de zircónio é um material cerâmico amplamente utilizado para coisas tais como implantes dentários, materiais avançados semelhantes ao vidro, eletrónica e revestimentos para varetas de combustível nuclear. Ao explorar as propriedades dos nanomateriais feitos de óxido de zircónio há sete anos, os investigadores começaram a ver indícios de higroeletricidade, segundo Svitlana Lyubchik, que coordena o CATCHER e é a mãe de Andriy Lyubchyk. São ambos engenheiros químicos na Universidade Lusófona. Empreenderam várias iniciativas para tentar explorar este potencial.

Os investigadores estão agora no ponto em que uma placa de 8 por 5 centímetros do seu material pode gerar cerca de 0,9 volts num laboratório com uma humidade de cerca de 50%. Isto é comparável à saída de energia de meia pilha AA.

A trabalhar para tornar o seu material de higroeletricidade mais eficiente, a equipa espera que, uma vez aperfeiçoadas, as células possam colher a mesma quantidade de eletricidade que as células fotovoltaicas de tamanho semelhante.

Os investigadores também acreditam que as células serão implantadas de forma semelhante aos painéis solares - quer como explorações de eletricidade em grande escala, quer como fonte de energia para edifícios individuais

Estados estáveis

As células são criadas produzindo nanopartículas uniformes de óxido de zircónio e depois comprimindo-as numa folha de um material com uma estrutura semelhante, incluindo uma série de canais, ou capilares.

A nanoestrutura gera campos elétricos dentro dos capilares que separam a carga das moléculas de água absorvidas da atmosfera, de acordo com Andriy Lyubchyk. O resultado é uma cascata de processos físico-químicos, físicos e eletrofísicos que captam a energia elétrica. A nova tecnologia terá uma vantagem sobre a energia solar e eólica: enquanto os painéis e turbinas têm de ser posicionados de modo a captar a luz solar e o vento, as células de higroelectricidade não precisam de uma colocação específica, porque existe pouca variação nos níveis de humidade local.

Dito isto, as células de higroeletricidade não serão necessariamente uma opção em todo o lado porque requerem níveis mínimos de humidade para funcionar. "Por exemplo, se estiverem -15 graus no exterior, estará tudo congelado e não haverá água no ar", disse Andriy Lyubchyk.

Soluções no teto

Andriy coordena ainda com a sua mãe o projeto SSHARE, financiado pela UE, que está a trabalhar numa aplicação no mundo real ao incorporar células de higroeletricidade num sistema de aquecimento e arrefecimento.

"Combinamos ambas as tecnologias e tornamo-las auto-suficientes", disse Andriy Lyubchyk.

O sistema de aquecimento e arrefecimento baseia-se num painel radiante avançado que pode ser montado no teto de uma sala.

Os tubos de água perfurada passam por cima do painel alimentando-o com água quente ou fria, dependendo se o objetivo é aquecer ou arrefecer a sala. O painel irradia ou absorve calor da sala através da humidade atmosférica, tal como a pele emite calor através da transpiração.

O sistema deve ser capaz de alimentar as bombas que circulam a água utilizando a higroeletricidade gerada pela passagem de vapor de água dentro e fora do painel.

O sistema de aquecimento autossuficiente destaca como a hidroeletricidade pode ajudar a impulsionar a transição de energia zero rede, dizem os investigadores. "Podemos contribuir para a política da UE em termos de independência energética", disse Svitlana Lyubchik.

A investigação neste artigo foi financiada pela UE. Este artigo foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE.