Cientistas criam o material termoelétrico mais eficiente do mundo

2 min de leitura
Imagem de: Cientistas criam o material termoelétrico mais eficiente do mundo
Imagem: Policristal é considerado solução ecológica. Fonte: jannoon028/Freepik
Avatar do autor

Cientistas da Universidade Northwestern, de Illinois, nos Estados Unidos, e da Universidade Nacional de Seul, na Coreia do Sul, criaram o material termoelétrico mais eficiente já registrado. O seleneto de estanho purificado na forma policristalina tem alto desempenho e pode ser utilizado no desenvolvimento de dispositivos de alta performance. O material supera qualquer outro na conversão de calor em eletricidade.

Os pesquisadores conseguiram atingir a alta taxa de conversão depois de identificar e remover um problema de oxidação que tinha diminuído o desempenho do material em estudos anteriores. O artigo foi publicado hoje na revista científica Nature Materials.

A geração de energia de forma eficiente é uma preocupação urgente para a preservação do meio ambiente e da vida na Terra. Estudos apontam que não há muito tempo para nos tornarmos uma civilização do tipo 1 na Escala de Kardashev, ou seja, que aproveita 100% da energia acessível em seu próprio planeta.

Policristal de seleneto de estanho em formato de pellet. Material possui performance termoelétrica nunca vista antes.Policristal de seleneto de estanho em formato de pellet. Material possui performance termoelétrica nunca vista antesFonte:  Northwestern University 

O novo material é um progresso no caminho para a eficiência energética, em um momento em que a produção de energia sofre com escassez de recursos e a queima de combustíveis fósseis agrava as mudanças climáticas.

Nesse contexto, o policristal de seleneto de estanho é muito bem-vindo, pois é considerado uma solução ecológica. Atualmente, ele é utilizado no rover Perseverance, da NASA, que está colhendo material em Marte. Ali, a fonte de calor é a decomposição radioativa do plutônio, e a eficiência de conversão do dispositivo presente na sonda é de 4 a 5%.

Por aqui, o policristal de seleneto de estanho pode alcançar uma eficiência bem maior se utilizado em dispositivos termoelétricos. A aplicação é possível em uma variedade de indústrias e pode gerar uma economia de energia potencialmente enorme.

Aplicações do novo material

Uma das principais possibilidades de uso do seleneto de estanho é na captura de calor residual industrial, como o produzido em usinas de energia, indústrias automobilísticas e em fábricas. Após capturar esse calor, o policristal pode convertê-lo em eletricidade.

Esses dispositivos termoelétricos estão em uso apenas em aplicações de nicho, como é o caso do Mars rover, mas seu potencial vai muito além. Com o desenvolvimento de um material de baixo custo e alto desempenho, sua aplicação na geração de energia deve ser cada vez mais difundida. Atualmente, mais de 65% da energia produzida a partir de combustíveis fósseis globalmente é perdida como calor residual.

As áreas com potencial de aplicação para o novo material termoelétrico incluem a indústria automobilística (pense na quantidade significativa de energia potencial que sai do tubo de escape de um veículo), indústrias de manufatura pesada (como fabricação de vidro e tijolo, refinarias, usinas movidas a carvão e gás) e locais onde grandes motores de combustão operam continuamente (como grandes navios e petroleiros).

Como materiais termoelétricos funcionam

O que faz um dispositivo termoelétrico funcionar bem ou não é o seu interior. Um lado dele é quente e o outro é frio. O material termoelétrico fica no meio e o calor flui por ele. Parte desse calor é convertida em eletricidade e sai do dispositivo através de fios.

O material precisa ter uma condutividade térmica extremamente baixa, ao mesmo tempo em que é capaz de manter uma boa condutividade elétrica para ser eficiente na conversão de calor residual.

Como as fontes de calor utilizadas podem chegar a 500 ºC, o material precisa ser estável em temperaturas muito altas. Esse e outros desafios tornam os dispositivos termoelétricos mais difíceis de serem produzidos do que células solares. Com o seleneto de estanho purificado, no entanto, o problema parece ter sido finalmente resolvido.

ARTIGO Nature Materials: doi.org/10.1038/s41563-021-01064-6