Novo Material Poderá tornar o Termoelétrico Viável

Os investigadores demonstraram um salto significativo na eficiência com a qual o calor pode ser convertido directamente em electricidade.



 
Power from heat: A thermoelectric generator that converts waste heat from a car’s exhaust system into electricity could improve fuel economy.

Um dispositivo prático e barato capaz de converter calor directamente em electricidade poderia transformar o uso de energia de tudo, desde carros até fábricas. Se movendo um passo mais perto de tornar tal dispositivo viável, os pesquisadores fizeram um material que produz cerca de 20 por cento  electricidade mais a partir de calor do que os materiais termoeléctrico anteriores. Além do mais, ele não necessita de quaisquer técnicas de fabricação difíceis ou caros e é feito de chumbo telureto, que não são proibitivamente caro.

Desperdiçamos actualmente enormes quantidades de calor. Ele é jogado na atmosfera por escapamentos de veículo e chaminés de usinas. Os materiais termoeléctrico pode ser usados para gerar corrente eléctrica a partir desse calor, mas até agora eles têm sido muito caros e ineficientes para serem amplamente utilizado.

A Termoelétrica tem encontrado algumas aplicações comerciais de nicho. Além de gerar eletricidade, ela pode fazer o contrario – usando a eletricidade para mover calor em refrigeradores portáteis e aquecedores de assento nos carros. Eles também têm sido usados ​​como geradores em missões espaciais (veja " Gerador Nuclear Fornece Energia para Missão Curiosa a Marte").

Ao contrário dos materiais termoeléctrico anteriores, o novo, descrito na revista Nature, pode ser eficiente o suficiente para tornar os geradores termoeléctrico viáveis. O material funciona melhor a temperaturas elevadas, cerca de 650°C, o que se aproxima da temperatura dos gases do escape de um carro numa estrada a 65 milhas por hora. A essa temperatura, ele pode converter cerca de 20 por cento da energia dos gases em energia eléctrica. Isso poderia ser usado, por exemplo, para carregar uma bateria em um veículo híbrido ou reduzir a carga no alternador de um carro e melhorar a economia de combustível (veja "Como Ligar o Carro Com Calor Residual").

Um material termoeléctrico bloqueia o calor de fluir através dele, permitindo que os electrões fluam, criando uma corrente eléctrica. O novo material é excelente em bloquear o fluxo de calor através de interrupções microscópicas, ou fronteiras, no interior do material. Na menor escala, os pesquisadores adicionaram impurezas ao material que interrompem sua estrutura regular cristalina na escala de átomos individuais. Para perturbações numa escala um pouco maior, eles misturaram pedaços em  nano escala de um material similar, a cada dois a 10 nanometros de largura. Finalmente, controlando a maneira como o material cristaliza enquanto esfria, eles criaram grãos microscópicos que têm algumas centenas de nanômetros de diâmetro. Pesquisadores já haviam feito cada uma dessas coisas de forma independente. "Nós somos os primeiro a colocar todos juntos", diz Mercouri Kanatzidis, o professor de química da Universidade Northwestern, que liderou o trabalho.

Uma chave para fazer este trabalho era assegurar que as interrupções no material também não bloqueassem o fluxo de electrões. Os investigadores fizeram isso adicionando impurezas ao material que aumentassem o número de electrões no material e escolhendo nano estruturas que se orientar automaticamente dentro do material predominante de uma maneira que cria um caminho livre para que os electrões fluam.

John Fairbanks, gerente de desenvolvimento de tecnologia do Departamento de Energia dos EUA, diz que o novo material é "um grande avanço", mas adverte que podem  haver desafios para comercializá-lo. Um dispositivo termoeléctrico necessita tanto de versões positiva e negativa do material (tipo p e n). O novo material é apenas o tipo positivo, por isso precisa de um parceiro, diz ele. Além disso, os órgãos reguladores dos Estados Unidos e da União Europeia vão reclamar de incluir um material à base de chumbo em um veículo, mesmo que seja muito menos chumbo do que se encontra em uma bateria de veículo comum, diz ele. O material também pode ser utilizado em ambientes industriais ou usinas para capturar o calor desperdiçado.