Espelho parabólico de baixo custo poderá viabilizar energia termo-solar

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Nem sempre a tecnologia mais avançada é a solução ideal. Com esta idéia em mente, um grupo de estudantes do MIT, nos Estados Unidos, decidiu construir o protótipo daquele que poderá se tornar o sistema de geração de energia solar mais eficiente do mundo quando se leva em conta o custo de geração da energia.

Coletor solar com espelho de banheiro

O sistema foi montado inteiramente com peças compradas no comércio. O prato parabólico, com 3,6 metros de diâmetro, foi feito com tubos de alumínio e recoberto com espelhos comuns, do tipo usado em banheiros. Ele é capaz de concentrar a luz do Sol por um fator de 1.000, criando um foco de calor suficiente para fundir uma barra de aço.

O formato parabólico da estrutura é obtido fazendo-se furos em locais precisos nos tubos de alumínio. Quando a estrutura é montada esses furos fazem com que ela assuma automaticamente a curvatura parabólica.

Geração termo-solar de eletricidade

A idéia, porém, não é construir um forno solar, mas um sistema de geração de eletricidade. O calor será dirigido para o núcleo de um sistema de serpentinas, fazendo com que a água que circula em seu interior se transforme instantaneamente em vapor, girando uma turbina que acionará o gerador de energia.

Energia solar barata

O segredo para construir um sistema tão eficiente em termos de custos foi encontrar um tamanho ótimo para o prato coletor. Os pesquisadores descobriram que menor é realmente melhor neste caso. Ao contrário do que acontece com várias tecnologias, onde são os ganhos de escala que viabilizam sua utilização, um prato parabólico menor exige uma estrutura de suporte muito mais simples.

O resultado é que o coletor pequeno custa apenas um terço do que custaria um prato parabólico de grandes dimensões quando se compara a geração de energia por área do coletor.

http://www.inovacaotecnologica.com.br

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Asfalto de estradas e ruas será usado para gerar energia (14.08.2008)

Pesquisadores descobriram uma forma eficiente de transformar o calor do asfalto de rodovias, ruas e estacionamentos em uma fonte barata e não-poluente de energia. O asfalto, que fica extremamente quente sob o Sol, é utilizado como um coletor térmico da energia solar para gerar eletricidade.

Eliminação das “ilhas de calor”

Além de usar os milhões de quilômetros quadrados de asfalto já disponíveis em rodovias e ruas, gerando eletricidade ou água quente, o projeto ainda beneficia o meio ambiente e a qualidade de vida nas cidades, capturando o calor do asfalto e minimizando um efeito conhecido pelos urbanistas como “ilhas de calor.”

Os pesquisadores do Instituto Politécnico Worcester, nos Estados Unidos, utilizaram testes em pequena e em larga escala, além de modelos computadorizados, para mensurar o potencial de captura do calor acumulado no asfalto e sua utilização para geração de energia.

Água quente e eletricidade

Os testes utilizaram termopares incorporados no asfalto, para medir a penetração do calor, e canos de cobre, para medir a eficiência com que o calor pode ser transferido para um fluxo de água. A água quente gerada pode ser utilizada diretamente em residências e indústrias, ou ser direcionada para um gerador termoelétrico para produzir eletricidade.

Outra vantagem verificada durante as pesquisas é que o asfalto retém o calor por várias horas depois que o Sol se pôs, transformando o sistema em uma opção mais eficiente do que as células solares fotovoltaicas.

Eficiência e custos

Testando várias composições de asfalto, os pesquisadores descobriram que a adição de agregados eficientes na condução de calor, como o quartzito, pode aumentar significativamente a absorção do calor do Sol pelas rodovias e ruas. Uma tinta especial também foi avaliada, reduzindo a reflexão da superfície do asfalto e fazendo com que ele absorva ainda mais calor.

Os pesquisadores estão agora passando para a etapa de avaliação dos custos de implantação do sistema. Para viabilizar economicamente o projeto, eles afirmam que será necessário substituir os tubos de cobre usados na pesquisa por um trocador de calor metálico projetado especificamente para essa tarefa, capaz de capturar a maior quantidade possível de calor do asfalto.

O trocador de calor será projetado de forma a poder ser incorporado nas rodovias e ruas já existentes durante o seu recapeamento, um processo de recuperação que normalmente ocorre a cada 10 anos de vida útil do asfalto.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=asfalto-de-estradas-e-ruas-sera-usado-para-gerar-energia-solar&id=010115080814

Taiwan cria vidro autolimpante e gerador de energia

Uma equipe de pesquisadores taiuaneses anunciou hoje o desenvolvimento de um vidro para janelas autolimpante, com isolamento térmico e que produz eletricidade.

O professor da Universidade de Ciência e Tecnologia de Taiwan Chin-huai Young iniciou a pesquisa em 2003 e explicou ao jornal Diário Econômico de Taiwan que “o projeto busca proteger o meio ambiente”.

O vidro tem três camadas: um nanômetro de dióxido de titânio que funciona como um limpador ao produzir oxigênio e íon OH que retira substâncias orgânicas, uma camada de silicone que gera eletricidade e uma camada isolante. Um metro quadrado deste tipo de vidro produz “6,8 quilowatts por hora a um custo de US$ 0,30 ao mês”, diz Young.

A camada isolante bloqueia 90% do calor e das radiações, deixando passar apenas 7% da luz visível, enquanto outros vidros isolantes “bloqueiam 63% da luz e dos raios ultravioleta, mas permitem a passagem de raios infravermelhos, levando ao aquecimento”, acrescentou.

Um modelo de casa com este tipo de vidro manteve uma temperatura média de 25ºC em experimentos realizados por Young em Taiwan, quando a temperatura exterior era de 34ºC. O projeto foi financiado pelo Ministério da Educação de Taiwan com US$ 1,5 bilhão.

Fonte: http://noticias.terra.com.br

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Técnica gera eletricidade a partir de calor desperdiçado

Processos industriais que dependem de combustíveis fósseis, seja carvão, diesel ou gás natural têm, na melhor das hipóteses, uma eficiência de 35%. Isto significa que 65% da energia contida no combustível utilizado é desperdiçada, sendo lançada no ambiente na forma de fluidos ou gases em alta temperatura.

De olho nessa oportunidade, dois pesquisadores norte-americanos criaram uma nova tecnologia, que está em processo de patenteamento, que é capaz de gerar “energia nova” a partir dessa energia desperdiçada. Os cientistas cunharam o termo “energia reutilizável”, para diferenciar esse reaproveitamento da utilização de energias renováveis, já que o que seu método faz é, na verdade, reaproveitar uma energia que está sendo jogada fora.

A tecnologia, batizada de CCLC (“Cascading Closed Loop Cycle”: ciclo fechado em cascata), é capaz de gerar energia a partir de fluidos exauridos a temperaturas acima de 450º C. Isto significa que a CCLC pode ser utilizada acoplada a sistemas de geração de eletricidade tradicionais, que operam a temperaturas acima de 1000º C.

Uma segunda turbina CCLC, segundo os criadores da técnica, será capaz de aproveitar praticamente toda a energia desperdiçada pela primeira turbina, liberando gases a apenas 55º C. Isso significará um incremento na geração de eletricidade de até 35% na mesma instalação, com o mesmo gasto de combustível.

Daniel Stinger e Farouk Mian criaram uma empresea, a Wow Energy, para comercializar a nova tecnologia.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br

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Materiais termoelétricos têm eficiência aumentada em 40% (24.03.2008)

Pesquisadores conseguiram o maior avanço em mais de 50 anos lidando com materiais termoelétricos. Agora estas ligas, capazes de transformar diretamente calor em eletricidade, tiveram sua eficiência aumentada em 40%.

Ineficiência energética

Quando se fala em eficiência energética, é fácil constatar que a maioria da energia dos combustíveis hoje utilizados se perde na forma de calor: dos motores de automóveis às caldeiras industriais, passando pelos chips de computador, apenas uma parte da energia utilizada é realmente transformada em trabalho – a maior parte é dissipada na forma de calor.

Os materiais termoelétricos têm potencial para gerar uma gama inteiramente nova de produtos, capazes de transformar o calor desperdiçado em eletricidade aproveitável. Desde sua descoberta, no século XIX, porém, essas ligas metálicas têm sido responsáveis por grandes frustrações dos engenheiros, devido à sua eficiência muito baixa.

Liga termoelétrica de baixo custo

O maior entrave técnico acontece porque os materiais termoelétricos são capazes de gerar tanto eletricidade a partir do calor, quanto calor a partir da eletricidade. Só que a maioria dos materiais que transportam bem a eletricidade também são bons condutores de calor. Desta forma, sua temperatura se equaliza rapidamente e o processo deixa de funcionar.

Os pesquisadores das universidades MIT e Boston College, ambas nos Estados Unidos, construíram minúsculas nanoestruturas que são boas condutoras de eletricidade mas não tão boas condutoras de calor. Elas funcionam como micro-exaustores e geradores de energia elétrica.

Eles utilizaram a já tradicional liga telureto de bismuto-antimônio. Ao invés de estruturá-la pelos processos-padrão com que são feitas as ligas metálicas, os pesquisadores geraram nanopartículas do material e então o reconstruíram de baixo para cima. Em termos bem simples, eles moeram o material até reduzí-lo a nanopartículas e depois o refundiram.

O resultado é uma liga barata, fácil de ser fabricada e que opera desde temperaturas ambientes até 250º C.

Elétrons e fónons

O fenômeno da termoeletricidade junta os lados “quente e frio” da Física. Quando se aquece uma das extremidades de um fio, os elétrons se deslocam para o lado frio, gerando uma corrente elétrica. Da mesma forma, ao se aplicar uma corrente elétrica no fio, o calor se deslocará de uma seção mais quente para uma seção mais fria do fio.

Os fónons – um modo quântico de vibração – desempenham um papel crucial nesse processo, porque é através deles que o calor é conduzido nos sólidos isolantes. As nanopartículas reconstituídas na forma de liga metálica restrigem a passagem dos fónons através do material, alterando radicalmente seu desempenho termoelétrico ao bloquear o calor e deixar permitir passar a eletricidade.

Para conhecer outra pesquisa recente sobre materiais termoelétricos, veja Gerador do futuro: moléculas orgânicas convertem calor em eletricidade.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=materiais-termoeletricos-tem-eficiencia-aumentada-em-40-&id=010115080324

Moléculas orgânicas convertem calor em eletricidade

Quando se fala dos motores dos carros mais modernos, é comum o uso de adjetivos como “alta tecnologia”, “super rendimento”, “alta potência” e uma série de outros ufanismos. Mas, quando vistos do ponto de vista da eficiência energética – sua capacidade de transformar um tipo de energia em outro – temos que concordar que eles estão bem mais próximos das antigas máquinas a vapor do que gostaríamos de admitir.

Um motor a combustão tem uma eficiência energética de pouco mais do que 20%. Isso significa que quase 80% da energia contida no seu combustível será simplesmente perdida na forma de calor. E isso é verdade também para as caldeiras industriais e para as turbinas a gás de última geração que fazem funcionar as usinas termoelétricas.

Para piorar a situação, 90% de toda a energia utilizada no mundo – das usinas de geração de eletricidade até os motores de carros – é criada por meio da conversão indireta do calor.

“Gerar 1 watt de energia requer cerca de 3 watts de calor e envolve o lançamento no meio-ambiente do equivalente a 2 watts de energia na forma de calor,” explica o pesquisador Arun Majumdar, da Universidade da Califórnia, Estados Unidos.

Com todos esses dados, é facilmente perceptível que uma pequena alteração na eficiência da conversão de calor em energia poderá ter um impacto enorme não apenas no consumo de combustíveis, principalmente os fósseis, mas também na quantidade de calor lançada constantemente na atmosfera pelas atividades humanas.

Conversores termoelétricos

Tudo o que precisamos é de um conversor termoelétrico, um equipamento capaz de converter diretamente o calor em eletricidade, sem a necessidade de que um motor a combustão ou uma turbina queimem um combustível para gerar energia mecânica e, a seguir, fazer girar um gerador que é quem efetivamente gera a eletricidade. Parece simples, mas esse tem sido o cálice sagrado dos engenheiros eletricistas nos últimos 50 anos.

Um conversor termoelétrico é um gerador de energia que funciona com base no chamado Efeito de Seebeck – um fenômeno no qual uma tensão elétrica é criada quando junções de dois metais diferentes são mantidos sob temperaturas diferentes. Mas os maiores esforços dos cientistas têm sido vãos, e esses conversores continuam sendo considerados os geradores do futuro – de um futuro ainda não visível no horizonte.

Já foram construídos diversos equipamentos desse tipo. Mas o melhor deles apresenta uma eficiência de meros 7 por cento. Sem contar que eles são feitos de ligas metálicas exóticas, normalmente utilizados pela indústria de semicondutores, mas extremamente caras. O bismuto e telúrio são os metais mais utilizados nesses protótipos.

Geração orgânica de eletricidade

Agora, a equipe do Dr. Majumdar fez um progresso significativo na área da conversão direta de calor em eletricidade. Eles conseguiram gerar o efeito Seebeck utilizando moléculas orgânicas, lançando as bases para o desenvolvimento de um novo tipo de conversor termoelétrico cujo custo será diminuído em várias ordens de magnitude.

“O objetivo é fazer as coisas a partir de materiais que são mais abundantes e mais facilmente processáveis,” diz Rachel Segalman, outra partipante da pesquisa. “[Materiais] orgânicos são baratos e podem ser processados facilmente.”

Moléculas de Benzeno

O conversor orgânico de calor em eletricidade foi criado recobrindo-se dois eletrodos de ouro com moléculas de benzenoditiol, dibenzenoditiol e tribenzenoditiol. O calor foi aplicado a um dos eletrodos, de forma a criar um diferencial de temperatura. A ilustração acima mostra uma molécula de benzenoditiol presa entre as duas superfícies de ouro. Quando um dos lados é aquecido, gera-se uma corrente elétrica.

Para cada grau de diferencial de temperatura, os pesquisadores conseguiram gerar 8,7 microvolts de eletricidade com o benzenoditiol, 12,9 microvolts, com o dibenzenoditiol e 14,2 microvolts com o tribenzenoditiol. A diferença máxima de temperatura testada foi de 30º C.

“O efeito pode parecer muito pequeno agora, mas esta é uma prova de conceito significativa, o primeiro passo na termoeletricidade orgânica,” comenta Pramod Reddy, outro pesquisador do grupo.

Geradores do futuro

Quando falam em prova de conceito, os pesquisadores se referem ao fato de que eles conseguiram provar que sua teoria funciona. Agora eles terão que trabalhar duro no sentido de otimizar as reações e testar outros materiais orgânicos.

Ainda não é possível dizer se estamos diante dos geradores de eletricidade do futuro. Vários anos de pesquisas ainda serão necessários para se aperfeiçar a tecnologia e descobrir as moléculas orgânicas que produzem os melhores resultados.

Mas o que é mais promissor é o fato de que, ainda que esses conversores termoelétricos orgânicos não se tornem um primor de eficiência, eles estarão trabalhando na recuperação de uma parte de calor que hoje é totalmente desperdiçada e lançada na atmosfera.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br

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Motor termoacústico gera eletricidade a partir do calor

Físicos da Universidade de Utah, Estados Unidos, desenvolveram mais uma técnica para transformar calor em eletricidade. A técnica utiliza ondas sonoras como um passo intermediário entre o calor e a geração de energia.

Motores de calor

Várias pesquisas têm procurado gerar eletricidade a partir do calor. Uma tecnologia assim permitiria, por exemplo, substituir radiadores de automóveis e coolers de computadores por sistemas que, ao invés de jogar o calor fora, o utilizariam para gerar uma parte da energia que o próprio equipamento consome.

Para alguns exemplos dessas pesquisas, veja Técnica gera eletricidade a partir de calor desperdiçado, Energia elétrica gerada a partir do calor, Cerâmica termoelétrica gera eletricidade a partir do calor e Gerador do futuro: moléculas orgânicas convertem calor em eletricidade.

Já a criação da equipe do Dr. Orest Symko é chamada de “motor acústico de calor” e ele espera que seu equipamento já possa estar sendo comercializado dentro de um ano. “Nós estamos convertendo calor desperdiçado em eletricidade de uma forma eficiente e simples, utilizando ondas sonoras,” afirma ele. “É uma nova fonte de energia renovável a partir do calor desperdiçado.”

Ele afirma também que, dentro de cerca de dois anos, o novo gerador de eletricidade a partir do calor poderá ser utilizado como uma alternativa às células solares fotovoltaicas para converter a luz do Sol em energia. Os motores de calor também poderão ser utilizados para resfriar computadores e até antenas de radar.

Convertendo calor em eletricidade

O processo de geração de eletricidade a partir do calor consiste em dois passos. O primeiro passo é a conversão do calor em som e é aqui que está a novidade da pesquisa. Os cientistas desenvolveram novos motores de calor, ou motores termoacústicos.

O segundo passo utiliza tecnologia convencional, já disponível, para converter o som em eletricidade por meio de materiais piezoelétricos – que se encolhem quando sofrem a ação da pressão das ondas sonoras. Ao mudar de tamanho, esses materiais geram eletricidade.

O equipamento inteiro, chamado de ressonador, cabe na palma da mão e é acondicionado no interior de um cilindro. Quando o cilindro é aquecido, o calor aumenta até atingir um limite. Então o ar quente em movimento gera ondas sonoras a uma freqüência fixa, de forma similar ao que acontece quando sopramos uma flauta. As ondas sonoras então pressionam o material piezoelétrico, gerando uma corrente elétrica. Para gerar energia de forma útil, será necessário construir conjuntos com grandes quantidade de ressonadores, da mesma forma que os painéis solares fotovoltaicos consistem em inúmeras células solares.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010115070613

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