Geração de Eletricidade Inovadora e Sem Resíduos Utiliza Combinação Simples de Sal e Gelo

Uma descoberta promissora no campo da energia renovável revela que a simples união de sal, gelo e aplicação de tensão mecânica pode gerar eletricidade sem produzir qualquer resíduo. Cientistas detalharam em 15 de setembro, na publicação Nature Materials, como pedaços de gelo salino, com cerca de 25% de sal em peso e menores que um grão de pimenta preta, são capazes de produzir um potencial elétrico de aproximadamente 1 milivolt. Estruturas compostas por 2.000 desses cones poderiam, em conjunto, gerar cerca de 2 volts, o suficiente para acender um pequeno LED vermelho.

O princípio físico por trás desta geração de energia é o efeito flexoelétrico. Este fenômeno ocorre quando um material sólido desenvolve uma carga elétrica ao ser submetido a uma deformação mecânica que não é uniforme. Embora o gelo puro demonstre uma flexoeletricidade tênue, que pode estar ligada a fenômenos atmosféricos como a formação de raios, a introdução de sal como impureza comum transforma o gelo em um gerador de corrente elétrica muito mais eficiente.

O físico Xin Wen e sua equipe avançaram significativamente neste estudo ao congelar água salgada em formatos cônicos e de viga. Utilizando equipamentos especializados, eles dobraram essas formas de gelo salino para medir a carga elétrica resultante. Constatou-se que os formatos cônicos suportavam forças maiores e produziam voltagens mais elevadas. Além disso, cones menores apresentaram uma resposta elétrica induzida pela tensão mais acentuada. Assim, arranjos compostos por pequenos cones demonstram grande potencial para amplificar a produção de energia a partir de estruturas de gelo salino.

O mecanismo fundamental reside em camadas nanoscópicas de salmoura líquida aprisionadas entre os grãos de gelo. Quando o material é dobrado, gradientes de pressão são criados, forçando essa salmoura carregada a migrar das áreas comprimidas para as esticadas. Como a salmoura contém íons positivos (cátions), o movimento desses íons estabelece uma corrente elétrica em fluxo. Este efeito de flexoeletricidade por fluxo é notavelmente potencializado pela influência do sal na microestrutura do gelo, pois ele reduz o tamanho dos grãos, aumenta a espessura dos canais de salmoura e modifica o comportamento das moléculas de água, o que, por sua vez, aprimora as propriedades dielétricas e o transporte iônico.

Apesar de a saída elétrica gerada ser, por enquanto, modesta, esta descoberta abre caminho para que o gelo salino possa servir como uma fonte de energia renovável em ambientes frios, com potencial para alimentar sensores ou dispositivos de baixo consumo. Contudo, a ampliação desta tecnologia para suprir a demanda de eletrônicos cotidianos ainda representa um desafio considerável; por exemplo, carregar um smartphone exigiria um bloco de gelo salgado com dimensões de dezenas a centenas de metros quadrados. Pesquisas atuais estão focadas em aprimorar a eficiência e diminuir o impacto ambiental desses coletores de energia baseados em gelo.

Em suma, este novo entendimento sobre a flexoeletricidade em gelo naturalmente salgado não apenas impulsiona soluções energéticas sustentáveis potenciais, mas também oferece insights valiosos sobre fenômenos geofísicos. Adicionalmente, pode orientar estudos sobre mundos gelados em nosso sistema solar, como Europa ou Encélado, onde superfícies extensas são cobertas por gelo salino, abrindo novas perspectivas para a exploração espacial.