‘Parques eólicos’ baseados em gotículas colhem energia eólica de baixa velocidade – Physics World

Uma técnica para coletar energia eólica de baixa velocidade usando gotículas iônicas ancoradas foi desenvolvida por pesquisadores na China e no Reino Unido. A abordagem – que aproveita ventos demasiado fracos para acionar uma turbina – poderia ser utilizada para alimentar pequenos dispositivos eletrónicos.

A energia eólica tem registado um crescimento explosivo nas últimas décadas, à medida que o mundo passa dos combustíveis fósseis para fontes renováveis ​​de electricidade. Entre 2001 e 2021, a capacidade global estimada de energia eólica aumentou de 24 para 840 gigawatts.

Contudo, devido a limitações técnicas, todas estas instalações exigem que o vento exceda uma determinada velocidade mínima. A razão para isso é que a potência de uma turbina é proporcional ao cubo da velocidade do vento. Assim, uma diminuição na velocidade do vento resulta num declínio dramático na produção de energia, uma vez que as pás não conseguem rodar eficazmente e a turbina torna-se pouco fiável.

Na prática, estas restrições significam que os parques eólicos só podem operar em regiões geográficas específicas – quer em terrenos abertos, quer no mar – e necessitam de velocidades de vento regulares durante todo o ano, de pelo menos 5 metros por segundo, para terem um bom desempenho. Infelizmente, as geografias que não cumprem estes critérios (incluindo florestas e cidades, onde as árvores e os edifícios obstruem o fluxo do vento) são muito mais abundantes e amplamente distribuídas do que as suas congéneres ideais.

Colhendo o vento

Para resolver esta limitação, uma equipe liderada pelo químico inorgânico Shan Peng, da Universidade Hebei, na China, desenvolveu um novo sistema capaz de converter vento de baixa qualidade em eletricidade, mesmo quando a velocidade do vento cai para 0.2 metros por segundo. A abordagem da equipe é baseada em estudos anteriores que mostram que a energia pode ser colhida a partir do movimento das gotas de chuva em uma superfície, redistribuindo a carga em torno da interface entre a gota e a superfície. A nova solução, no entanto, envolve gotas de um líquido iônico, cloreto de 3-metil-1-octilimidazólio, que são parcialmente fixadas por um substrato especial que contém uma série de nanofios feitos de um polímero à base de silicone, o polidimetilsiloxano.

À medida que o vento de baixa velocidade sopra sobre cada gota ancorada, causa um fluxo circulante que redistribui a carga superficial pelo líquido. Essa carga superficial pode então ser aproveitada usando um par de eletrodos colocados sob o centro e a borda da gota. Quando o vento sopra em direções diferentes, a equipe demonstrou que diferentes padrões de circulação de fluxo surgem dentro das gotículas de líquido iônico.

Escrevendo em PNAS, a equipe relata que esse fluxo circulante estratificado dentro de uma única gota pode gerar uma saída de tensão de até ~0.84 V. Usando “parques eólicos” contendo muitas gotas, a equipe conseguiu aumentar a saída para cerca de 60 V. Eles também demonstraram que este parque eólico baseado em gotículas de pequena escala poderia ter aplicações práticas ao usá-lo para produzir eletricidade suficiente para alimentar a tela de uma calculadora de bolso.

“Dada a ampla distribuição e fácil acesso ao vento de baixa qualidade, essas descobertas expandem o grande potencial do vento de baixa velocidade atualmente inexplorado como um recurso energético atraente para alimentar eletrônicos, como telas LCD”, escrevem eles.

Potencial inexplorado

Com o estudo inicial concluído, os pesquisadores estão agora procurando atualizar seu design de gotículas ancoradas para ajustar as interações intermoleculares entre o líquido iônico e a base de suporte. Eles esperam que isso melhore a redistribuição de ânions e cátions direcionada ao fluxo e, assim, melhore a capacidade do projeto para geração de energia.

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De acordo com o Patrick James, físico e especialista em energia da Universidade de Southampton, Reino Unido, que não esteve envolvido no presente estudo, os benefícios do novo design provavelmente serão limitados a aplicações de nicho. “Obviamente, essas velocidades do vento são muito baixas e a velocidade do vento ao cubo é a questão principal aqui”, diz ele. Mundo da Física. “O artigo fala sobre uma aplicação futura de aplicações de energia muito baixa, então acho que uma revisão precisa ser clara sobre esse aspecto.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/droplet-based-wind-farms-harvest-low-speed-wind-energy/