Precisamos de baterias duráveis

Baterias ecológicas: Três tecnologias baratas e duráveis

Redação do Site Inovação Tecnológica -  27/03/2017

Verde de bilhões de dólares

Enquanto as baterias dos aparelhos eletrônicos retomam sua indesejável mania explosiva, sem alternativas à vista à atual tecnologia de íons de lítio, um outro campo do armazenamento de energia continua florescendo com um vigor invejável.

As baterias estacionárias estão sendo desenvolvidas para atuar junto à rede elétrica, guardando grandes quantidades de energia de forma química, em grandes tanques.

Isso deverá amenizar o problema da intermitência das fontes renováveis de energia e abrir caminho para a geração distribuída, em que cada consumidor poderá se transformar em um produtor de energia.

Como a geração nessas duas fontes pode ser errática, as baterias líquidas - nas quais a energia é guardada não na própria bateria, mas em tanques - deverão eliminar as oscilações e garantir que a rede de distribuição receba sempre um suprimento constante de eletricidade.

Como é um setor emergente, tem havido uma preocupação de que ele já nasça mais verde do que as fontes de energia que deverão ser substituídas, e pelo menos tão ecológico quanto as fontes solar, eólica ou das ondas e marés. Aqui estão três dessas novas tecnologias estão se candidatando para ocupar essa posição. Quem vencer, deverá herdar um mercado na casa das centenas de bilhões de dólares.

Bateria de água do mar

 Com vistas ao uso residencial, a equipe está usando sua célula básica (esquerda) para construir pequenas baterias de água do mar (direita). [Imagem: UNIST]

Os engenheiros do Instituto de Ciência e Tecnologia de Ulsan, na Coreia do Sul, estão trabalhando em uma bateria que usa água do mar.

A bateria usa sódio como meio de armazenamento da eletricidade. A vantagem é que o uso da água do mar reduz o risco de incêndios, já que essa tecnologia exige temperaturas de funcionamento muito elevadas, na casa das centenas de graus.

Como não exige nenhuma fonte externa de energia para funcionar, exceto a água e o sal, a bateria sul-coreana poderá ser fabricada em escala menor, podendo servir a indústrias e até residências, e como sistema de suprimento de energia de emergência.

Para demonstrar essa possibilidade, além dos protótipos em larga escala, a equipe pretende construir versões portáteis, capazes de produzir cerca de 20 Wh - para comparação, uma família de quatro pessoas consome cerca de 10 Wh por dia.

Bateria atóxica e não-corrosiva

 No protótipo a energia está em frascos minúsculos - na prática deverão ser tanques do tamanho dos usados em refinarias. [Imagem: Kaixiang Lin]

A equipe da Universidade de Harvard, nos EUA, está apostando em uma bateria de fluxo redox que armazena a eletricidade em moléculas orgânicas dissolvidas em água com pH neutro.

Essa nova química permite fabricar uma bateria não-corrosiva e atóxica com um tempo de vida excepcionalmente longo

O protótipo funcionou por mais de 1.000 ciclos perdendo apenas 1% de sua capacidade original, menor até do que as baterias de lítio.

"Como conseguimos dissolver os eletrólitos em água neutra, esta é uma bateria de longa duração que você poderia colocar em seu porão. Se ela vazar no chão, não vai corroer o concreto, e, como o meio é não-corrosivo, você pode usar materiais mais baratos para construir os componentes das baterias, como os tanques e bombas," disse o professor Roy Gordon.

Bateria de ureia

[Imagem: Michael Angell et al. - 10.1073/pnas.1619795114]

Para construir sua biobateria, Michael Angell e Hongjie Dai, da Universidade de Stanford, nos EUA, estão apostando na ureia, o mesmo composto usado para fabricar fertilizantes.

"Então, essencialmente, o que você tem é uma bateria feita com alguns dos materiais mais baratos e mais abundantes que você pode encontrar na Terra. E ela de fato tem bom desempenho," disse Dai. "Quem teria pensado que você poderia pegar grafite, alumínio, ureia e construir uma bateria que pode ciclar por um tempo bastante longo?"

O protótipo de demonstração da bateria carrega em 45 minutos e já suportou milhares de ciclos. O objetivo da equipe é chegar a uma versão que possa durar por pelo menos 10 anos, para justificar os investimentos em sistemas de armazenamento de energia em larga escala.

Bibliografia:

A Neutral pH Aqueous Organic/Organometallic Redox Flow Battery with Extremely High Capacity Retention
Eugene S. Beh, Diana De Porcellinis, Rebecca Gracia, Kay Xia, Roy G Gordon, Michael Aziz
Energy Letters
Vol.: 114 (5) 834-839
DOI: 10.1021/acsenergylett.7b00019

High Coulombic efficiency aluminum-ion battery using an AlCl3-urea ionic liquid analog electrolyte
Michael Angell, Chun-Jern Pan, Youmin Rong, Chunze Yuan, Meng-Chang Lin, Bing-Joe Hwang, Hongjie Dai
Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.1619795114

Marte, queremos saber!

O Paradoxo de Marte: Por que ainda não entendemos as águas de Marte

Baseado em artigo de Chelsea Whyte - New Scientist -  22/03/2017

A simulação à esquerda é como Marte deveria ser no passado para explicar sua geologia atual. Mas nada indica que ele já tenha sido tão parecido com a Terra.[Imagem: NASA]

Sinais de água sem água

Alguma coisa não está batendo.

Marte tem calotas de gelo de água nos polos e há marcas no solo que indicam que a água fluiu em rios e lagos há bilhões de anos - há poucos dias, a agência espacial europeia apresentou um estudo detalhado sobre uma megainundação em Marte. De fato, temos uma compreensão decente de como a água se comporta na Terra, e não há razão para pensar que as leis da física ou a geologia sejam diferentes em Marte.

Contudo, mais do que não encontrar água hoje no planeta, ninguém consegue explicar sequer como a água poderia ter existido em forma líquida em Marte mesmo no passado.

Este mistério é conhecido como o "Paradoxo de Marte" - os dados e as teorias mostram que parece ter havido água lá, mas os dados e as teorias também indicam que nunca houve condições de ter havido água lá. Se, e quando esse paradoxo for resolvido, provavelmente será necessário jogar fora um monte de livros didáticos.

Paradoxo de Marte

O atual terreno frio e rochoso de Marte, seco e coberto de poeira, apresenta minerais de argila e sedimentos que devem ter sido depositados por lagos e rios entre 3,5 e 4 bilhões de anos atrás.

O problema começa quando se olha para as condições em Marte naquele tempo. Ainda hoje, a fina atmosfera do planeta e a distância do Sol mantêm-no a uma temperatura média por volta dos -60° C, frio o suficiente para manter água congelada em depósitos polares permanentes.

Há bilhões de anos, contudo, quando a água deveria estar fluindo pela superfície, o Sol era mais jovem e mais frio, o que significa que Marte também era ainda mais frio do que é hoje.

Assim, dado que o ponto de congelamento da água é o mesmo aqui e lá, como é que Marte pode ter sido algum dia quente o suficiente para que a água líquida fluísse em sua superfície e formasse o relevo e as rochas que encontramos lá hoje?

Um dos planos da NASA para tornar Marte habitável é dar-lhe um escudo magnético que permita aumentar a densidade da sua atmosfera. [Imagem: NASA]

Efeito estufa improvável

Uma hipótese plausível seria que os gases de efeito estufa prenderiam o calor como o fazem na Terra. O problema é que nenhuma quantidade de CO2 conseguiria aquecer Marte o suficiente para manter a água líquida. Mesmo com uma atmosfera de CO2 puro sua temperatura só subiria até perto dos -33° C.

Mas este cenário hipotético é impensável - Thomas Bristow e seus colegas do Centro de Pesquisas Ames da NASA acabam de calcular, com base em sedimentos formados há 3,5 bilhões de anos, que a atmosfera marciana naquela época continha apenas quantidades-traço de dióxido de carbono.

Então talvez pudéssemos adicionar um pouco de metano ou hidrogênio - também não dá certo porque, com essa escassez de CO2, não importa quanto hidrogênio ou metano ou outros gases sejam adicionados à equação, seria preciso uma atmosfera tremendamente espessa para blindar esses gases de efeito estufa sensíveis contra a radiação solar.

Bristow e seus colegas apresentaram agora uma outra alternativa: água salgada o suficiente para permanecer líquida mesmo a temperaturas muito abaixo de 0º C. Nesse caso, a atmosfera não precisaria de muito CO2.

Também não parece plausível ou suficiente. Uma água ultrassalina pode até fluir - na Terra, pelo menos - mas o frio do planeta não permitiria chuvas suficientes para explicar a água parada gravada no arenito e no xisto de Marte ao longo de milhões de anos.

Mistérios da água

Então, será que existe algum mecanismo planetário que ainda não entendemos? Uma mistura de gases de efeito estufa que ainda não identificamos?

Talvez o verdadeiro problema seja a nossa compreensão da própria água. Nós já sabemos que a água tem mais de 70 "anomalias", muitas delas incomodando algumas das nossas bem-amadas leis da física - como quando a água mais fria flui para o topo de um copo, por exemplo.

Seja qual for a resposta, estamos ficando sem soluções óbvias para o Paradoxo de Marte. Quando ele for resolvido, talvez nos vejamos em territórios ainda mais estranhos e desafiadores do que o solo do planeta vizinho.

Bibliografia:

Low Hesperian PCO2 constrained from in situ mineralogical analysis at Gale Crater, Mars
Thomas F. Bristow, Robert M. Haberle, David F. Blake, David J. Des Marais, Jennifer L. Eigenbrode, Alberto G. Fairén, John P. Grotzinger, Kathryn M. Stack, Michael A. Mischna, Elizabeth B. Rampe, Kirsten L. Siebach, Brad Sutter, David T. Vaniman, Ashwin R. Vasavada
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 114 no. 9 - 2166-2170
DOI: 10.1073/pnas.1616649114

Estaremos breve lá

SpaceX vende primeiras passagens turísticas para a Lua

• 28/02/2017 16h24
• São Paulo

Da Radio France Internationale

A companhia americana SpaceX informou ontem (27), ter assinado contrato com duas pessoas interessadas em fazer uma viagem ao redor da Lua no final de 2018. As informações são da Radio France Internationale.

"Estamos felizes em anunciar que fechamos um acordo com dois cidadãos para realizar uma viagem ao redor da Lua no final do ano que vem", explicou em nota o fundador e presidente da empresa, Elon Musk. "Os clientes já depositaram uma quantia importante para uma missão lunar”.

"Prevemos realizar exames de saúde, avaliar a condição física dos passageiros e começar os seus primeiros treinamentos ainda este ano", informou a SpaceX. Os primeiros turistas da Lua voarão a bordo da nave espacial “Dragon 2”, uma cápsula que fará este ano o seu primeiro voo sem astronautas para a Estação Espacial Internacional.

A “Dragon 2” será lançada pela versão pesada do foguete Falcon 9, da Spacex, o "Falcon Heavy", atualmente em desenvolvimento.

Os Estados Unidos não enviam astronautas à Lua desde o fim das missões Apolo, no início dos anos 1970.

Edição: Lidia Neves