Sistema quântico de geração de energia e Magnetricidade

Volta e meia, posto aqui matérias relacionadas com baterias e geração de energia, não só por serem inovações tecnológicas, mas também por serem itens fundamentais para o desenvolvimento de certas áreas de meu interesse. As matérias a seguir, são bastante interessantes e nos fazem pensar nos rumos que as pesquisas neste sentido estão tomando.

Sistema quântico recicla o calor e gera eletricidade
O homem não precisaria estar tão preocupado com suas próprias responsabilidades sobre as mudanças climáticas, com os apagões e com o retorno da energia nuclear, se conseguisse ao menos diminuir o desperdício de energia.

Mais da metade da energia gerada no mundo todo é simplesmente jogada fora, a maior parte desse desperdício dando-se na forma de calor. Os motores dos carros esquentam, os processadores dos computadores esquentam, os telefones celulares esquentam - tudo isso significa energia sendo constantemente desperdiçada.

É por isto que cientistas do mundo inteiro pesquisam formas de melhorar a eficiência energética de todo tipo de equipamento. Se houver uma forma de coletá-lo e reaproveitá-lo - fazendo literalmente uma reciclagem do calor - poderemos dispor de carros mais eficientes, computadores que não aquecem e celulares cujas baterias durarão várias vezes mais, apenas para citar alguns exemplos.

Os candidatos naturais para esse papel de recicladores de calor são os materiais termoelétricos, capazes de converter diretamente calor em eletricidade. Inúmeros progressos têm sido feitos nas pesquisas com os materiais termoelétricos, com a ajuda da nanotecnologia, permitindo que os pesquisadores acenem com várias possibilidades técnicas, incluindo geladeiras de estado sólido, reaproveitamento do calor do motor dos carros e até telefones celulares que funcionam com o calor do corpo.

A Física afirma que há um limite para a conversão do calor em eletricidade. Segundo a teoria, a eficiência máxima que qualquer dispositivo pode alcançar na conversão do calor em trabalho nunca poderá exceder um valor específico, chamado Limite de Carnot - em referência ao físico francês Nicolas Léonard Sadi Carnot, que elaborou a teoria em 1824. O problema é que os materiais termoelétricos que já atingiram o estágio de comercialização não alcançam nem 10% do limite de Carnot.

Ainda em estágio de laboratório, cientistas do MIT, nos Estados Unidos, divulgaram agora uma nova pesquisa que, segundo eles, poderá permitir a fabricação de materiais termoelétricos que atinjam até 90% do limite de Carnot. A novidade, segundo Peter Hagelstein, que chefiou a equipe que desenvolveu o novo material, exigiu que se abandonasse tudo o que foi feito até aqui em termos de materiais termoelétricos, começando a pesquisa a partir do zero.

A nova tecnologia se baseia no que os pesquisadores chamam de diodos termais. Em seus experimentos, eles fabricaram versões desses componentes que atingem 40% do limite de Carnot, embora seus modelos teóricos lhes garantam que é possível fazer muito mais - 40% do limite de Carnot, por si só, já seria uma revolução em um material que pudesse alcançar a escala comercial, sendo mais de quatro vezes mais eficiente do que qualquer material disponível hoje.

Para começar do zero, os cientistas foram ao nível mais elementar que a tecnologia atual permite. Eles começaram usando um sistema extremamente simples, no qual a energia era gerada por um único ponto quântico - um tipo de semicondutor no qual os elétrons e as lacunas, responsáveis pela transmissão das cargas elétricas, são confinados em três dimensões - uma espécie de "solitária quântica".

Controlando cada uma das propriedades do ponto quântico, os pesquisadores queriam entender os princípios mais fundamentais da conversão termoelétrica, o que eventualmente poderá levar à fabricação de materiais que façam essa conversão com alta eficiência.

No nível já alcançado, em termos experimentais, os pesquisadores afirmam que é possível converter calor em eletricidade com alta eficiência, mas com baixa potência, usando o seu minúsculo sistema. Por outro lado, é possível gerar alta potência em um sistema maior, mas de forma menos eficiente.

"Por enquanto é uma permuta. Você pode ter ou alta eficiência ou alta potência," disse Hagelstein. Mas sua teoria sustenta que os diodos termais têm potencial para oferecer as duas coisas simultaneamente - como fazer isto é uma questão tecnológica, que será vencida com o tempo.

Quanto tempo? Impossível afirmar, dizem os pesquisadores, mas há muitos grupos trabalhando no aprimoramento e desenvolvimento dos pontos quânticos, por várias razões e com vários interesses diferentes, o que abre boas possibilidades de vermos avanços na área. "Ainda estamos há alguns anos de vermos nossos materiais termoelétricos de alta eficiência no mercado," concluem eles.


Magnetricidade é descoberta
No final de 2009, o equivalente magnético da eletricidade - chamado de magnetricidade - foi demonstrado experimentalmente pela primeira vez por cientistas do London Centre for Nanotechnology, da Inglaterra. A comprovação de que uma carga magnética pode se comportar e interagir em alguns materiais exatamente como uma carga elétrica deverá levar a avanços tecnológicos significativos, assim como exigirá uma reavaliação de todas as atuais teorias sobre o magnetismo.

Recentemente, depois de quase 80 anos de tentativas, cientistas conseguiram demonstrar experimentalmente pela primeira vez a existência de monopolos magnéticos, uma espécie de "carga magnética" individual, de dimensões atômicas. Todo ímã é formado por dois polos inseparáveis, chamados norte e sul. Se ele for cortado no meio, nascerá um outro ímã, com os dois polos, e assim sucessivamente, até o nível atômico. Mesmo um único átomo se comportará como uma pequena barra magnética, com dois polos.

Contudo, o padrão de orientação dos polos magnéticos parece se propagar por alguns materiais, fazendo surgir as chamadas "cargas magnéticas" - em tudo equivalentes aos polos magnéticos individuais previstos por Paul Dirac em 1931.

Agora, os pesquisadores ingleses não apenas mediram a carga dos monopolos magnéticos, como detectaram seu movimento, demonstrando que há uma simetria perfeita entre a eletricidade e o magnetismo - a magnetricidade. Os monopolos foram detectados como distúrbios no estado magnético de um material conhecido como gelo de spin (Dy2Ti2O7).

Segundo os cientistas, eles só podem existir no interior do material. A corrente magnética resulta do movimento dessas cargas magnéticas de dimensões atômicas, da mesma forma que a carga elétrica resultado do movimento dos elétrons.

"Este é passo muito importante para confirmar que a carga magnética pode fluir como uma carga elétrica. Estamos nos primeiros estágios, mas quem sabe quais aplicações da magnetricidade poderão estar disponíveis nos próximos 100 anos," prevê o professor Steve Bramwell, coordenador do estudo.

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Definitivamente, esta não é a minha área de conhecimento, mas se combinarmos esses fatores de geração de energia, magnetricidade com, por exemplo, o caso da nanobiblioteca apresentada aqui na terça, veremos que os próximos discos rígidos terão capacidade de armazenamento imensamente superior e formato completamente distinto dos atuais. Talvez mudem até de nome. O importante é pensar em como nós, designers, poderemos utilizar essas inovações para criar produtos e serviços mais úteis à Humanidade. Com vocês, a palavra!