Materiais termoelétricos têm eficiência aumentada em 40%

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.