Tecnologia: Impulsionando o Futuro da Energia

Dec 25, 2023

Nas profundezas do núcleo do sol, dois prótons de átomos de hidrogênio colidem violentamente. Sob imensa pressão, eles se fundem e liberam grandes quantidades de energia em um processo conhecido como fusão nuclear. Viajando à velocidade da luz, parte dessa energia solar chega à Terra, onde alimenta nosso planeta. De chaleiras a carros, quase toda a energia de que dependemos vem do sol: os combustíveis fósseis já foram plantas energizadas pela fotossíntese; painéis solares absorvem a luz do sol e a convertem em eletricidade; até parques eólicos e usinas hidrelétricas dependem da energia do sol para aquecer a terra e o mar para criar os rios alimentados pelo vento e pela chuva que giram suas turbinas. Para alimentar nossas vidas cada vez mais eletrificadas, há uma abundância de fontes de energia limpa e renovável que podemos utilizar. E a tecnologia está na vanguarda do aproveitamento dessa energia renovável com mais eficiência.

Os painéis solares são uma das energias renováveis ​​mais onipresentes, já gerando mais de 3,5% da eletricidade mundial. Mas há espaço para melhorias: capturar apenas uma hora da luz solar do mundo forneceria energia ao planeta por um ano. Não apenas mais painéis solares estão sendo instalados, mas a tecnologia também está encontrando maneiras de torná-los mais eficientes. A colocação de lentes hexagonais no revestimento de vidro protetor de um painel, por exemplo, pode concentrar a luz recebida para atingir uma taxa de eficiência de cerca de 30%, em comparação com um padrão da indústria de 15 a 22%. Adicionar finas camadas de silício a ambos os lados de uma célula solar aumenta sua eficiência em cerca de 25%.

No entanto, com o silício, um dos componentes mais intensivos em energia dos painéis solares tradicionais, a ciência desenvolveu uma alternativa usando cristais de perovskita. Estes podem ser transparentes e flexíveis, trazendo a possibilidade de materiais de construção fotovoltaicos, como janelas e telhas, e até mesmo tecidos vestíveis. Outro grande avanço foi a tecnologia PERC (Passivated Emitter Rear Cell), que reflete a luz não absorvida de volta para a célula solar para uma segunda chance de conversão em eletricidade. O PERC também permite que os painéis solares sejam bifaciais, capturando a luz do sol em ambos os lados com a tecnologia de rastreamento solar, movendo o painel para garantir a exposição máxima.

Entre as formas mais reconhecíveis de energia renovável está a energia eólica, com as turbinas eólicas sendo uma característica cada vez mais comum em paisagens e litorais. O vento já gera mais de seis por cento da eletricidade global, e tecnologias estão sendo desenvolvidas para tornar as turbinas eólicas mais baratas, mais eficientes e mais potentes. Um foco importante tem sido as pás que capturam a energia cinética do vento, com melhorias tecnológicas, incluindo impressão 3D, permitindo que as pás sejam construídas mais longas e mais leves para maior eficiência. A pesquisa também adicionou uma ponta suavemente curvada à lâmina que ajuda a aproveitar ao máximo ventos fracos e lâminas inteligentes que podem se ajustar ao fluxo do vento para desempenho máximo.

A modelagem computacional da física complexa do fluxo do vento não apenas determina os melhores locais para a energia eólica, mas também a configuração precisa das turbinas eólicas para maximizar o vento que captam enquanto flui pela fazenda. Até mesmo turbinas defletoras de vento foram desenvolvidas para desviar o vento que atinge a torre para as pás, de modo que ainda mais energia seja aproveitada. Além disso, os desenvolvimentos futuros que estão sendo explorados incluem a Airborne Wind Energy que opera como uma pipa, a ausência de uma torre tornando-a mais barata de implantar e capaz de atingir altitudes mais altas, onde os ventos costumam ser mais fortes.

De longe, o maior produtor de energia renovável é a energia hidrelétrica, com água corrente gerando cerca de 17% da eletricidade mundial. Apesar de ter mais de um século de experiência, a tecnologia hidrelétrica ainda está fazendo melhorias. Uma das maiores oportunidades é com a energia hidrelétrica de baixa queda que pode gerar eletricidade mesmo em um declive suave. O desenvolvimento de um sistema de Parafuso Hidrodinâmico de Arquimedes, onde a água flui pelo parafuso, girando-o enquanto desce, mostrou como a energia hidrelétrica de baixa queda pode ser efetivamente implantada para geração hidrelétrica de pequena escala.