Aproveitar a energia do Sol é uma das formas mais limpas de gerar eletricidade na Terra. No entanto, ele vem com uma limitação óbvia. Quando anoitece, os painéis solares param de gerar eletricidade, criando uma lacuna entre o momento em que a energia é produzida e o momento em que ela é mais necessária. Para colmatar a divisão, uma equipa de cientistas pode ter encontrado uma forma de capturar e armazenar a energia do Sol, estendendo a sua utilização durante a noite.
Pesquisadores da China redesenharam a estrutura interna da madeira, convertendo-a em uma esponja porosa que pode absorver a luz solar e armazená-la na forma de calor. O material projetado pode ser usado para gerar eletricidade a partir da energia solar, mesmo quando o Sol não brilha mais. As descobertas, publicado em Materiais Energéticos Avançados, poderia ajudar a superar a fraqueza mais flagrante da energia solar.
Sol eterno
Atualmente não há maneira de gerar energia solar no escuro, mas os cientistas desenvolveram truques inteligentes para tentar aumentar a energia térmica depois que o Sol se põe. A solução mais comum é o armazenamento em bateria, onde a eletricidade produzida durante o dia é armazenada em baterias de grande escala e depois liberada à noite.
Os pesquisadores também estão experimentando empilhar diferentes materiais uns sobre os outros para absorver certos comprimentos de onda de luz e ajudar a reduzir o desperdício de energia. Embora o empilhamento de material possa ajudar a ampliar a geração de eletricidade, existem problemas de durabilidade, custo e escalabilidade.
Em vez de combinar camadas de materiais diferentes, os investigadores por detrás do novo estudo recorreram a uma solução escalável e amiga do ambiente: a madeira balsa, um tipo de madeira leve e macio, com uma estrutura naturalmente porosa que pode ser modificada. Também é bom para isolar o calor, tornando-o um sistema ideal de armazenamento de energia.
Por si só, porém, a madeira bruta reflete a luz solar e absorve água. É por isso que os pesquisadores primeiro tiveram que despojá-lo de sua ligninauma molécula complexa que ajuda as árvores a permanecerem em pé, endurecendo sua estrutura. A remoção da lignina ajuda a aumentar a porosidade da madeira e melhora a absorção da luz.
Os pesquisadores então projetou quimicamente as superfícies internas da madeirarevestindo as paredes de seus canais com folhas ultrafinas de fosforeno preto. O fosforeno interage fortemente com uma ampla gama de luz e possui alta condutividade elétrica. No entanto, degrada-se quando exposto ao oxigênio.
Para ajudar a superar as limitações do fosforeno, os pesquisadores envolveram cada nanofolha em uma camada protetora feita de ácido tânico e íons de ferro. Este escudo molecular ajuda a prevenir a oxidação ao mesmo tempo que melhora a absorção da luz.
Isso não é tudo. Em seguida, os pesquisadores adicionaram nanopartículas de prata à madeira para ampliar a forma como o material interage com a luz solar. Eles então colocaram cadeias de hidrocarbonetos, moléculas feitas de hidrogênio e carbono dispostas em uma estrutura semelhante a uma cadeia, na superfície da madeira. As ligações entre o hidrogênio e o carbono podem armazenar grandes quantidades de energia e liberá-la posteriormente na forma de calor. As cadeias de hidrocarbonetos também tornaram a madeira extremamente hidrorrepelente, com ângulo de contato de 153 graus.
Por fim, a equipe responsável pelo novo estudo preencheu os canais internos da madeira com ácido esteárico, que também pode ajudar a armazenar a luz solar quando aquecida e liberá-la quando é resfriada.
Madeira!
Depois que a madeira balsa foi reformada, os pesquisadores a testaram. Quando a luz solar atinge o material, ela aquece o ácido esteárico. Depois que a luz é removida, o calor armazenado é liberado gradualmente e produz eletricidade no escuro.
O material converteu cerca de 91,2% da luz solar em calor, conduzindo calor quase 3,9 vezes mais eficientemente do que no estado natural da madeira. Usando um gerador termoelétrico, a madeira projetada produziu até 0,65 volts de eletricidade durante um ciclo de luz solar.
A madeira também provou ser extremamente durável. Seu desempenho permaneceu mais ou menos o mesmo ao longo de 100 ciclos de aquecimento-resfriamento e autoextinguiu-se em dois minutos para evitar queimaduras. “Nosso trabalho apresenta uma plataforma baseada em madeira escalonável e ecologicamente correta para coleta avançada de energia solar térmica”, escreveram os pesquisadores no estudo.
Os resultados ainda são preliminares, pois os investigadores precisam de provar que o seu novo design pode ser utilizado em larga escala para colher energia do Sol e convertê-la em eletricidade à noite. Se for bem sucedido, no entanto, poderá ser uma fonte eficiente e completa de energia limpa.
