Aquecer óxidos metálicos simples, como a ferrugem,
pode se tornar a base para uma tecnologia solar que iria fazer e armazenar
energia elétrica através da separação dos átomos de hidrogênio e oxigênio que
compõem a água.
Devido à recente queda nos preços do petróleo, uma
economia baseada em combustíveis fósseis parece insustentável. Fornecimentos de
petróleo, carvão e combustíveis semelhantes são finitos, e mesmo que novas
fontes sejam encontradas, o aquecimento global deve ser considerado. A energia
solar ilimitada continua a ser o Santo Graal, mas entre outros obstáculos à
adoção generalizada, a sociedade precisa de formas de armazenar energia solar e
oferecer energia quando o sol não está brilhando.
Agora, uma equipe liderada por William Chueh, um
professor assistente de ciência de materiais e engenharia, e Nicholas Melosh,
um professor associado no mesmo departamento, fizeram uma descoberta que
poderia fazer o armazenamento de energia solar em larga escala uma realidade.
A descoberta baseia-se no fato de os óxidos de
metais comuns, tais como a ferrugem, podem ser formados em células solares
capazes de separar água em hidrogênio e oxigênio.
Usar células solares para dividir H2O durante o dia
é uma forma de armazenar energia para uso durante a noite. Os fótons capturados
pela célula são convertidos em elétrons que fornecem a energia para separar a
água. Recombinar hidrogênio e oxigênio após o anoitecer seria uma maneira de
recuperar essa energia e poder "despachar" de volta para a rede elétrica
- sem queima de combustíveis fósseis e sem liberar mais carbono na atmosfera.
O potencial de energia solar de óxidos de metais
era anteriormente conhecido. Mas as células solares de óxido de metal eram
também conhecidas por serem menos eficientes na conversão de fótons em elétrons
do que as células solares de silício.
Uma descoberta na revista Energy &
Environmental Science faz das células solares de óxido de metal melhores
candidatas para o armazenamento de energia. A equipe de Stanford mostrou que as
células solares de óxido de metal ficam mais quentes, elas convertem os fótons
em elétrons de forma mais eficiente. O oposto é verdadeiro com células solares
de silício, que perdem eficiência conforme aquecem.
"Nós mostramos que os óxidos de metal baratos,
abundantes e prontamente processados poderiam tornar-se melhores produtores de
eletricidade do que era previamente suposto", disse Chueh. Esta descoberta
inesperada poderia levar a uma mudança revolucionária na maneira como produzir,
armazenar e consumir energia.
"Ao combinar calor e luz, as células solares
separadoras de água baseadas em óxidos de metal tornaram-se significativamente
mais eficientes em armazenar o poder inesgotável do sol para o uso sob
demanda", disse ele.
Alcançar relação custo-eficiência Até agora tem
sido impraticável a utilização de separação de água como uma forma de armazenar
a energia do sol. Uma das razões é o custo-eficiência. As células solares à
base de silicone, tais como as utilizadas em telhados de painéis solares, são
boas em converter luz visível e ultravioleta em eletricidade. Mas as células de
silício desperdiçam a luz infravermelha, que carrega calor, batendo nelas.
"As células padrão utilizam uma porção do
espectro relativamente pequena, e o resto é perdido na forma de calor",
disse Chueh. Até os últimos experimentos de Stanford, acreditava-se que os
óxidos de metal também se tornam menos eficientes à medida que se tornam mais
quentes. E já que eles eram menos eficientes do que o silício, para começar,
isso os fez menos interessantes como uma tecnologia de separação de água.
Os experimentos de Stanford mudam esse equívoco. Os
pesquisadores testaram três óxidos de metal - óxido de bismuto vanádio, óxido
de titânio e óxido de ferro, mais comumente conhecido como ferrugem. Eles
queriam ver o quão eficientes estes óxidos eram na conversão de fótons em
elétrons - e separar a água em hidrogênio e oxigênio - a diferentes
temperaturas.
"Em todos os três casos, observamos aumento da
produção de hidrogênio e oxigênio em temperaturas mais altas", disse Zhang
Liming, um pós-escolar no laboratório de Chueh e co-autor importante do papel.
"Nos demos conta de que as temperaturas mais elevadas foram aumentando a
mobilidade dos portadores destas células - a velocidade a que os elétrons podem
passar através dos óxidos de metal"
Chueh acredita que esta descoberta vai recentrar a
atenção no desenvolvimento de óxidos metálicos como alternativas de baixo custo
para células solares de silício. Independentemente do seu uso potencial em um
cenário de armazenamento de energia no dia-até-noite, ele prevê que o gás
hidrogênio puro produzido pela separação da água poderia ser utilizado para
mover veículos ou outras máquinas diretamente e sem poluição. "Podemos
armazenar esses gases, podemos transportá-los através de gasodutos, e quando
queimá-los não liberar qualquer carbono extra," disse Chueh. "É um
ciclo de energia neutra em carbono."
Fonte: Standford News
Nenhum comentário:
Postar um comentário