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Transformando pneus em poderosos geradores de energia

A canalização de energia na interface entre o pneu e o asfalto poderia criar uma nova fonte de energia para carros elétricos? Talvez sim, apontam novas pesquisas

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Transformando pneus em poderosos geradores de energia

Uma equipe de engenheiros na Universidade de Wisconsin-Madison, trabalhando com seus colegas, na China, desenvolveu um modo para pneus automobilísticos gerarem energia. 

Esse método consiste em cobrir pequenas partes de cada pneu com uma fina e flexível película de polímero, projetada para agarrar elétrons. Isso é útil porque a maioria das superfícies de estradas geram muitas dessas partículas. A soma dessas duas coisas efetivamente cria um circuito que permite a vazão de uma carga, formando a base de um gerador de energia, o que é de fato chamado de gerador triboelétrico. 

“Triboelétrico” soa algo exótico mas, na verdade, é algo muito familiar, principalmente quando você se lembra que “tribo” significa “esfregar”. Se você passar um pente em seu cabelo e ouvir um estalido, saiba que essa é a carga triboelétrica. Esfregar um balão ou uma blusa de algodão vigorosamente e depois grudar o balão ou a blusa na parede tem esse mesmo efeito.

O movimento de pentear ou esfregar transfere a carga entre os dois materiais e foi primeiramente notada na Grécia antiga. Os intelectuais da época perceberam que esse feito era mais proeminente quando usavam âmbar - note que a palavra grega para âmbar é elektron.

Avançando
A chave para fazer o gerador de energia de pneu funcionar é a estrutura do polímero flexível. Formalmente, é conhecido como um nano-gerador triboelétrico devido à micro engenharia que resolveu tentar entender como ele funciona. 

A maioria dos nano-geradores triboelétricos operam por meio da combinação de dois materiais que trocam elétrons. Isso não ocorre com pneus de carros porque o peso do veículo esmaga os dois juntos e rapidamente destrói suas propriedades de geração de energia. Mas há bastante energia na interface entre o pneu e o asfalto que é desperdiçada, afirma o Professor Xudong Wang de UW-Madison, que liderou a pesquisa. Cerca de 10% do combustível de um veículo é consumido na superação da fricção do encontro entre a borracha e a estrada.

Testes iniciais do gerador ligaram, com sucesso, seis LEDs colocados em um carro de brinquedo. Todas as vezes que os pedaços de polímero tocavam a superfície da estrada, as luzes - pequenas e que usavam pouca energia - piscavam. Veículos maiores, viajando a velocidades maiores, provavelmente recuperariam mais energia, sugere a pesquisa.

“Com base na quantidade de energia de fricção consumida por carros e a eficiência da conversão de energia triboelétrica, a canalização da fricção de energia da rotação do pneu melhoraria a eficiência do combustível em cerca de 5%”, afirma Professor Wang. 

Esse valor é significativo e poderia ser adicionado aos outros métodos usados por carros elétricos e híbridos para recuperar energia. Algumas dessas técnicas, tais como frenagem regenerativa, funcionam melhor se os freios são aplicados devagar e gentilmente, enquanto a energia gerada em pneus funciona com maior consistência. 

Altos e baixos
Entretanto, o Prof. Wang admite que a pesquisa ainda está em sua fase inicial e ainda deve ser testada com um veículo maior. “Desenvolvi o conceito em meu laboratório, mas saber como integrar o componente gerador em um pneu de verdade é uma história completamente diferente”, diz ele. “Isso exige a projeção e a integração de materiais eletrodos dentro do pneu, além do desenvolvimentos de circuitos.”

O Prof. Wang afirma que, com o financiamento adequado, os problemas seriam fáceis de resolver. Ele e seus colegas continuam a refinar seu trabalho, aumentando sua eficiência e aumentando seu tamanho.

Muitos outros grupos de pesquisa ao redor do mundo também estão pesquisando o uso de geradores triboelétricos para criar ou canalizar energia que seria, de outro modo, desperdiçada. Esse trabalho ajudou a melhorar rapidamente a eficácia na captação de energia de muitos materiais em potencial. Em apenas dois anos, um grupo líder no Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos, aumentou a densidade de energia de saída de materiais em potencial de apenas 300 miliwatts por metro quadrado para 500 watts. 

Próximos desafios
Mas nem todos estão convencidos de que materiais que podem ser esfregados e apertados para gerar energia serão tão bem-sucedidos. “Simplesmente, não há tanta energia assim para ser canalizada”, afirma o Dr. Paul Mitcheson, um leitor sobre conversão de energia elétrica na Imperial College London, especialista nessas substâncias que resgatam energia.

Ele acredita que há limites fundamentais em quão bem alguns dos sistemas propostos poderão funcionar, pois eles geralmente envolvem uma pequena deformação ou movimento induzido por vibração. Há um limite máximo para a quantidade de energia que pode ser gerada.

“Mesmo se os materiais forem bons para isolamento, eles acabam sendo parte de todo um sistema que pode tirar um pouco dessa eficiência”, diz ele. 

Aplicações iniciais para esses materiais geraram apenas energia suficiente para ligar sensores pequenos. Contudo, isso significa que mais dados são coletados, o que pode ajudar nas tentativas de fazer com que coisas maiores - sejam carros ou telefones - façam mais com menos energia.
“Essa eficiência a mais não vem somente da energia gerada pelo canalizador”, afirma ele. “Ela também vem das informações adicionais que você tem sobre como ele funciona”.

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