Piezeletricidade: a geração de energia elétrica do futuro

Detalhes: Isadora Coffani dos Santos de Siqueira; Categoria: Portopédia; 02 de Fevereiro de 2018 às 09:02

A energia é o que nos move, seja a energia responsável por nos manter ativos que é extraída dos alimentos e metabolizada pelo nosso organismo, a energia gerada pelos combustíveis fósseis, ou as energias renováveis.

Figura 1: Comparação entre as fontes de geração de energia elétrica de 1971 até 2015 no mundo todo. O carvão continua soberano, mas as energias renováveis mostram um crescimento expressivo desde meados de 2007. Fonte: Agência Internacional de Energia (pág. 9 - http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/WorldEnergyBalances2017Overview.pdf )

Por ser uma necessidade e por saber que os combustíveis fósseis irão acabar um dia, cada vez mais outras alternativas são procuradas para o suprimento de energia de forma renovável. Segundo a Agência Internacional de Energia, um exemplo disso é a Alemanha que possui a ambição de que, até a metade do ano de 2030, toda a energia elétrica produzida no país seja oriunda de fontes renováveis. Por isso, atualmente, a Alemanha é um dos países que mais investe nesse tipo de tecnologia.

É com isso que foi criado o conceito de Energy Harvesting: ser capaz de “colher” diferentes tipos de energia do ambiente e convertê-las em outros tipos de energia mais “úteis”, como a energia elétrica. As energias a serem coletadas são das mais variadas formas. Algumas são mais conhecidas, como a energia solar e a dos ventos; outras nem tanto: como a energia mecânica vinda da deformação de materiais específicos. Neste artigo iremos comentar sobre a piezeletricidade, uma descoberta de 1880 mas que é estudada e aprimorada até hoje, por ser considerada uma fonte de energia do futuro.

O que é piezeletricidade?

De maneira bem sucinta e pouco técnica, a piezeletricidade é a capacidade de alguns tipos de materiais de gerar tensão elétrica quando são comprimidos, pressionados ou apertados. Isso permite que estes materiais (chamados de materiais piezelétricos) gerem uma diferença de potencial quando deformados e, assim, tenham muitas aplicações úteis: desde as mais curiosas até as mais cotidianas.

A origem dos materiais piezelétricos e da piezeletricidade

Como já dito anteriormente, o efeito dos materiais piezelétricos foi descoberto no ano de 1880. Sua primeira aplicação foi na primeira guerra mundial, em que Paul Langevin desenvolveu sonares de ultrassom com o uso de cristais de quartzo como transdutores.
Com a dificuldade de utilizar transdutores de cristais de quartzo, nas décadas de 40 e 50, começaram a testar e desenvolver materiais piezelétricos sintéticos, como as cerâmicas Titanato de Bário e Titanato Zirconato de Chumbo (conhecida como PZTs, suas variações são as mais utilizadas). Essa propriedade que estas cerâmicas sintéticas apresentam pode ser explicada sem ser vista a olho nu, na existência de dipolos que fazem com que suas estruturas cristalinas realizem um deslocamento elétrico ao serem submetidas a uma deformação mecânica.

Energia Piezoelétrica e aplicação: lâmpada

Materiais piezelétricos e algumas aplicações

A piezeletricidade está presente no nosso dia-a-dia mais do que imaginamos: em sensores, em sonares, em câmeras fotográficas e até em microscópios. Além destes exemplos, hoje fala-se muito das aplicações com o objetivo de gerar energia elétrica para consumo. Um exemplo disso foi um estudo conduzido por pesquisadores da UNESP que desenvolveram um piso que gera eletricidade pela passagem de carros e pedestres, utilizando um PZT que foi fabricado pela própria instituição.

Além do exemplo em terras brasileiras, a França foi o primeiro país do mundo a testar materiais piezelétricos nas ruas da cidade de Toulouse. Já a Inglaterra possui um supermercado que instalou placas piezoelétricas na entrada de seu estacionamento e que consegue produzir 30 kW/h com o tráfego dos automóveis.

Outra aplicação curiosa é em uma estação de metrô, em Tóquio, no Japão: o piso da estação foi fabricado e contém partes de material piezelétrico, com a intenção de alimentar letreiros luminosos e catracas eletrônicas. Além destas, é possível aplicar placas piezelétricas em pistas de aeroportos e trilhos de trem. Segundo cálculos da empresa Innowattech, até 20 carros passam por uma via expressa a cada minuto. Esse trânsito pode gerar 200 kW/h – o suficiente para abastecer uma casa por um mês.

Infelizmente, o uso dessa tecnologia ainda é limitado por não existirem baterias capazes de armazenar esta energia por um tempo razoável. Isso faz com que a instalação deva ser em regiões de consumo instantâneo, de forma que o material piezelétrico não fique ocioso por muito tempo.

Porém isso não é motivo para desanimar: devido ao grande potencial de ser a energia limpa e renovável do futuro, os estudos e investimentos continuam, fazendo com que o mercado esteja sempre trazendo novidades e novas pesquisas.