Materiais termoelétricos têm eficiência aumentada em 40%

[ajosemor]

in inovação tecnológica
e-boletim - ano 8 - 26 de março de 2008

materiais termoelétricos têm eficiência aumentada em 40%
da redação
24/03/2008
seção da liga termoelétrica nanocristalina vista por meio de um microscópio eletrônico[imagem: boston college]



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.

nota: foi mantida a grafia original. por isso aparecerem termos como electróns que escrevemos electrões e fónons que me parece serem os fotões.

[ajosemor]

embora o título destacado me parecer ser o mais importante parece-me que do mesmo folheto informativo merece ser divulgada a introdução.
podem ler tudo em:
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fontes alternativas

temos visto progressos contínuos na eficiência de várias fontes alternativas de energia. infelizmente, como se fossem recordes mundiais em um esporte, esses progressos têm vindo numa escala muito pequena. o caso das células solares é um ótimo exemplo, onde cada décimo por cento de incremento é comemorado.

isso dá a verdadeira dimensão do avanço agora experimentado pelos materiais termoelétricos - um aumento de 40% em sua eficiência. esses materiais, capazes de converter calor em eletricidade, poderão ser utilizados em qualquer aplicação onde haja desperdício de calor, do motor dos automóveis às caldeiras industriais, e até mesmo para aproveitar o calor do sol. mais interessante ainda é a simplicidade da técnica que permitiu esse avanço.

ainda na área das fontes alternativas de combustível, temos duas boas notícias relativas ao hidrogênio. uma em nível de ciência básica, demonstrando que uma molécula de carbono em forma de esfera consegue armazenar hidrogênio numa pressão semelhante à que existe no núcleo do planeta júpiter. a outra, muito mais prática, já está sendo analisada em termos de viabilidade econômica - trata-se de um micro-reator capaz de produzir o hidrogênio a partir da gasolina diretamente nos postos de combustível.

e, enquanto você faz experiências estéticas no salão de beleza virtual, pode ficar pensando nos organismos multi-robóticos, que terão um sistema imunológico por software e até poderão evoluir. e nos componentes eletrônicos feitos a partir de folhas com apenas um átomo de carbono de espessura, capazes de conduzir eletricidade 100 vezes mais rápido do que os componentes atuais.

boa leitura.

agostinho rosa

[Bluesky]

os materiais termoelectricos cristalinos (conversao calorifica em electricidade) já existem à muitos anos, mas tem andada desaparecida e nao por falta de eficácia. só me aborreçe que seja falada como uma nova descoberta, de onde vai a minha pergunta: quantas vezes tem de ser descoberta e redescoberta uma tecnologia revolucionaria ate a vermos implementada na vida real? é sem duvida uma tecnologia extremamente promissora e talvez por isso seja inconveniente enquanto vivermos para o desperdicio #

[ajosemor]

de acordo com o facto de que estes materiais já existem há muito tempo. lembro-me de um professor que para nos motivar para o assunto encostava uma ponta do seu cigarro a uma ligação (par) termoeléctrico tendo as outras extremidades ligadas a um milivoltímetro que indicava a existência de uma d.d.p. ao que um colega comentava: "mas então com tantos cigarros que há por aqui para quê centrais termoeléctricas?"
mais tarde encontrá-los-ía em número elevado na medição de temperaturas na indústria.
mesmo recentemente comprei, pelo ebay, várias células baseadas no efeito de peltier e usadas tanto para a produção de calor/frio por aplicação de uma ddp (12 v) nos seus terminais como, o inverso, a geração de uma ddp quando mantida uma diferença de temperatura entre as suas faces. ainda não brinquei com eles
o que me parece que será novo, é que devido a um espectacular aumento de eficiência (40%) torna-se possível a produção de energia eléctrica por aproveitamento de fontes de calor existentes.

in wikipedia

o efeito peltier é a produção de um gradiente de temperatura em duas junções de dois condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando submetidos a uma tensão elétrica em um circuito fechado (conseqüêntemente, percorrido por uma corrente elétrica).

é também conhecido como força eletromotriz de peltier e é o reverso do efeito seebeck em que ocorre produção de diferença de potencial devido à diferença de temperatura neste mesmo tipo de circuito.

estes dois efeitos podem ser também considerados como um só e denominado de efeito peltier-seebeck ou efeito termelétrico. na verdade, são dois efeitos que podem ser considerados como diferentes manifestações do mesmo fenômeno físico.

história
o efeito peltier foi observado em 1834 por jean charles athanase peltier, 13 anos após o físico thomas johann seebeck ter descoberto o efeito seebeck em 1821.

saudações

[Bluesky]

"mas então com tantos cigarros que há por aqui para quê centrais termoeléctricas?"

sim, mas nao sei se resolveriamos o problema das emissoes...

o que me parece que será novo, é que devido a um espectacular aumento de eficiência (40%) torna-se possível a produção de energia eléctrica por aproveitamento de fontes de calor existentes.

exacto tens razao, pena que eu ja tinha descoberto um site à uns anos atras sobre uma descoberta na nova zelandia que reclamava eficiencias identicas. falava que uns japoneses tinham continuado a pesquiza mas o assunto morreu por ai. bom, nao interessa pois nao? é historia...

[Njay]

são amplamente usados hoje em dia dispositivos exactamente chamados "peltier", mas normalmente são usados "ao contrário", para "gerar" calor ou frio. são dispositivos que qualquer um pode comprar "por aí"...

[celsomenaia]

à uns anos comprei umas coisas dessas, para arrefecer o cpu dum pc, na generalidade tem um rendimento de cerca de 80% , mas como geradores tem cerca de 5 a 6 % , mas já vi aplicaçóes deste genero para sustituir o alternador de veiculos, pois ai não falta calor !!1

cumprimentos

[Njay]

à uns anos comprei umas coisas dessas, para arrefecer o cpu dum pc, na generalidade tem um rendimento de cerca de 80% , mas como geradores tem cerca de 5 a 6 % ,

pois, também é preciso não esquecer que esses foram feitos para consumir e logo para serem eficientes nessa faceta.

mas já vi aplicaçóes deste genero para sustituir o alternador de veiculos, pois afi não falta calor !!

uiii!!!! muito bom!!!! isso é electricidade "de borla" no veículo!!! tens algum link?

[ajosemor]

celsomenaia disse:

à uns anos comprei umas coisas dessas, para arrefecer o cpu dum pc, na generalidade tem um rendimento de cerca de 80% , mas como geradores tem cerca de 5 a 6 % , mas já vi aplicaçóes deste genero para sustituir o alternador de veiculos, pois ai não falta calor !!1

ora imaginemos agora as aplicações com um aumento de 40% na eficiência (rendimento).

[celsomenaia]

ora ai vai

http://www.hi-z.com/documents/hi-z.brochure.2006.pdf

http://www.hi-z.com/index.php

pelo menos é o que eu conheço , há mais empresas do genero, mas o desafio é ter dispositivos deste genero, que suportem temperaturas mais elevadas, para aplicar directamente à saida do colector de um carro (por exemplo)

cumprimentos

[Bluesky]

sim, resistencia e sobretudo eficiencia, pois aplicaçoes nao faltam.