Material captura e guarda energia solar por meses
Há cerca de dois anos, cientistas japoneses sintetizaram um
material ultraporoso, que eles chamaram de DMOF-1, pertencente a uma classe de cerâmicas porosas conhecidas como estruturas metal-orgânicas (MOF: metal-organic framework).
Agora, uma equipe da Universidade de Lancaster, no Reino Unido,
confirmou a suspeita da equipe japonesa: o DMOF-1 consegue capturar diretamente
energia do Sol e armazená-la para uso futuro.
A energia pode ser guardada durante meses a temperatura ambiente, e pode ser liberada quando necessária na forma de calor.
Como os desenvolvimentos necessários - aumento de eficiência e
fabricação em larga escala -, esse material poderá ser usado para capturar a energia solar durante o dia e disponibilizá-la à noite, ou
mesmo capturar o calor do Sol no verão e usá-lo para aquecer as casas no
inverno.
Molécula que funciona como mola
As estruturas metal-orgânicas (MOFs) consistem em uma rede de
íons metálicos ligados por moléculas à base de carbono, formando estruturas
3-D. Uma propriedade importante dos MOFs é que eles são porosos, o que
significa que podem formar materiais compostos hospedando outras pequenas
moléculas em suas estruturas.
Kieran Griffiths e seus colegas encheram os poros do DMOF-1
moléculas com azobenzeno, um composto que absorve fortemente a luz. Essas moléculas
funcionam como fotointerruptores - interruptores acionados pela luz -, já que
são um tipo de "máquina molecular" que pode mudar de forma quando um
estímulo externo, como luz ou calor, é aplicado.
Dentro dos poros, as moléculas de azobenzeno se alojam em um
formato distendido, como uma mola esticada. Quando o material é exposto à luz
ultravioleta, as moléculas mudam de forma, assumindo uma configuração
tensionada. Este processo armazena a energia de maneira semelhante à energia
potencial de uma mola comprimida.
Isso significa que a energia potencial pode ser armazenada por
longos períodos de tempo em temperatura ambiente: Os testes conduzidos pela
equipe mostraram que o material é capaz de armazenar energia por pelo menos
quatro meses, antes que as moléculas comecem a voltar ao seu estado original e
a energia se perca.
A energia é liberada novamente com a aplicação de calor, que
funciona como um gatilho para mudar o estado do azobenzeno, e essa liberação
pode ser muito rápida, como uma mola comprimida que volta ao seu estado não
tensionado. Isso fornece um aumento de calor que pode ser usado, por exemplo,
para aquecer água, cujo vapor pode então ser usado para gerar energia.
Armazenamento de energia, de dados e de medicamentos
O conceito de armazenamento de energia solar em
fotointerruptores já foi estudado antes, mas a maioria dos materiais obtidos
até agora exigia que as fotochaves ficassem mergulhadas em um líquido. Como o
composto MOF é um sólido, e não líquido, ele é quimicamente estável e
facilmente contido, tornando muito mais fácil desenvolver revestimentos ou
dispositivos autônomos.
"O material funciona um pouco como os materiais de mudança de fase, que são usados para fornecer calor em
aquecedores de mão. No entanto, embora os aquecedores de mão precisem ser
aquecidos para recarregá-los, o bom desse material é que ele captura energia
'gratuita' diretamente do sol. Também não possui partes móveis ou eletrônicas e,
portanto, não há perdas envolvidas no armazenamento e liberação da energia
solar. Esperamos que, com um maior desenvolvimento, possamos fazer outros
materiais que armazenam ainda mais energia," disse o professor John
Griffin, coordenador da pesquisa.
Outras
aplicações potenciais para materiais cristalinos contendo moléculas de
fotocélulas incluem o armazenamento de dados: o arranjo bem definido dos
fotointerruptores significa que eles podem ser chaveados um por um usando uma
fonte de luz precisa e, portanto, armazenar dados, como em um CD ou DVD, mas em
nível molecular. Eles também têm potencial para a liberação de medicamentos: as
drogas podem ser bloqueadas dentro de um material por meio de fotochaves e
então liberadas sob demanda dentro do corpo usando uma luz ou um gatilho de
calor.
Embora os resultados sejam muito promissores, a densidade de energia do DMOF-1 ainda é modesta. Os próximos passos são pesquisar outras estruturas MOF, bem como tipos alternativos de materiais cristalinos, que apresentem maior densidade no armazenamento de energia.
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