"Criamos eletricidade do nada": a nova fonte de energia renovável fruto do acaso e baseada em ar úmido

Enquanto trabalhava no dispositivo, um estudante esqueceu de ligá-lo, mas para espanto de Yao e seus colegas, aquele conjunto de tubos microscópicos e nanocabos continuou gerando um sinal elétrico fraco.

Desde então, eles continuaram investigando. E com resultados promissores.

Gerar eletricidade "do nada"? A expressão é da UMass, que no início de 2020 se orgulhava do que seus pesquisadores haviam alcançado: desenvolver um dispositivo que basicamente usa uma proteína natural para gerar eletricidade a partir do "nada", uma fórmula impactante que na verdade se refere a algo muito mais convencional, mas igualmente surpreendente: a umidade do ar.

Seu trabalho foi publicado na Nature, onde o engenheiro Jun Yao e o microbiologista Derek Lovley explicaram como haviam criado um dispositivo com nanocabos de proteína cultivados a partir da bactéria Geobacter sulfurreducens. O nome de sua invenção: Air-gen. Ao conectar eletrodos aos finíssimos condutos, com alguns mícrons de espessura, uma corrente elétrica é gerada a partir da umidade.

Uma nova fonte? "Estamos literalmente criando eletricidade do nada", comemorou Yao. A tecnologia não era poluente e oferecia uma solução renovável e de baixo custo capaz de gerar energia até mesmo em ambientes internos e áreas particularmente secas, como o deserto do Saara. Naquela época, seu objetivo era ir além e levar sua invenção para uma escala comercial, desenvolvendo dispositivos capazes de alimentar pequenos aparelhos eletrônicos, como relógios inteligentes, sensores projetados para monitorar a saúde de seus usuários ou até mesmo smartphones.

A equipe da UMass não se contentou com a descoberta divulgada em 2020 e continuou trabalhando, o que lhes permitiu publicar um artigo na Advanced Materials. E se suas conclusões há três anos eram promissoras, essas não são menos. Sua pesquisa mostrou que quase qualquer material pode se tornar um dispositivo capaz de captar eletricidade a partir da umidade. Para conseguir isso, passaram dos nanocabos para perfurações diminutas. A chave está em incorporar nanoporos com um diâmetro inferior a 100 nanômetros, menos de um milésimo do diâmetro de um fio de cabelo humano.

"O que percebemos depois de fazer a descoberta com o Geobacter é que a capacidade de gerar eletricidade a partir do ar, o que chamamos de 'efeito Air-gen', é genérica: literalmente qualquer tipo de material pode colher eletricidade do ar, desde que tenha uma propriedade específica", explica Yao, que celebra que, embora "simples", sua ideia "abre todo tipo de possibilidades".

"O ar contém uma enorme quantidade de eletricidade", lembra o professor de Engenharia Elétrica e Informática da UMass antes de usar analogias para explicar sua proposta: "Pense em uma nuvem, que não passa de uma massa de gotas de água. Cada uma dessas gotas contém uma carga e, quando as condições são adequadas, a nuvem pode produzir um raio, mas não sabemos como capturar a eletricidade de um raio de forma confiável. O que fizemos foi criar uma nuvem em pequena escala construída pelo homem que produz eletricidade de forma previsível e contínua para que possamos colhê-la".

O cerne dessa "nuvem" baseia-se no trabalho desenvolvido por Lovley e Yao quando apontaram as possibilidades de um material feito com nanocabos de proteína cultivados com Geobacter sulfurreducens. Eles usam nanoporos de 100 nm porque esse é o "caminho livre médio" das moléculas de água, a distância que uma molécula percorre antes de colidir com outra semelhante. O que eles propõem é usar uma camada cheia de nanoporos que permitam que as moléculas de água passem da parte superior para a inferior. Como a primeira camada recebe o "bombardeio" de mais moléculas carregadas, cria-se um desequilíbrio, como em uma nuvem.

Que possibilidades ele oferece? Em 2020, os pesquisadores já apontavam as possibilidades do Air-gen, tanto no campo das energias renováveis ​​quanto no projeto de certos dispositivos médicos. Sua abordagem, três anos depois, continua sendo tão ambiciosa: "A umidade do ar é uma grande reserva de energia sustentável que, ao contrário da solar ou eólica, está disponível continuamente", afirma o ensaio da Advanced Materials. Sua proposta para a captação de energia a partir da umidade também pode ser aplicada, afirmam, a uma "ampla gama" de materiais, desde que apresentem nanoporos que permitam a passagem da água.

"Abrimos uma ampla porta para obter eletricidade limpa a partir do ar", comemora Xiaomeng Liu, um dos autores do artigo. A equipe da UMass também destaca que a umidade está sempre presente, o que permitiria obter energia 24 horas por dia, sete dias por semana, e resolver uma das desvantagens das energias renováveis, como a eólica ou solar: as intermitências, que resultam em desajustes entre quando os sistemas geram energia e quando realmente é demandada.

Eles são os únicos a trabalhar nessa linha? Não. A higroeletricidade, eletricidade da umidade, atrai