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Cientistas construíram um dispositivo genial que gera eletricidade a partir do ar rarefeito

Traduzido e adaptado por Julio Batista (Sociedade Racionalista). Original de Peter Dockrill, no ScienceAlert.

Impressão artística da membrana de nanofios do dispositivo. Créditos: UMass Amherst / Laboratórios de Yao e Lovley / Ella Maru Studio.

Foi encontrado enterrado nas margens lamacentas do rio Potomac (Washington, D.C., Estados Unidos), mais de três décadas atrás, um estranho “organismo sedimentar” que podia fazer coisas que ninguém jamais havia visto antes em bactérias.


Esse micróbio incomum, pertencente ao gênero Geobacter, foi observado pela sua capacidade de produzir magnetita na ausência de oxigênio, mas com o tempo os cientistas descobriram que ele também poderia fazer outras coisas, como nanofios bacterianos que conduzem eletricidade.


Por anos, os pesquisadores tentam descobrir maneiras úteis de explorar esse presente natural, e eles podem ter encontrado um pote de ouro com um dispositivo que chamam de Air-gen. Segundo a equipe, o dispositivo deles pode gerar eletricidade a partir de… bem, quase nada.


“Estamos literalmente produzindo eletricidade do ar rarefeito”, disse o engenheiro eletricista Jun Yao, da Universidade de Massachusetts Amherst. “O Air-gen gera energia limpa 24 /7.”


A alegação pode parecer um exagero, mas um novo estudo de Yao e sua equipe descreve como o gerador a ar pode de fato criar eletricidade a partir de nada além da presença de ar ao seu redor. Tudo isso graças aos nanofios de proteínas eletricamente condutivos produzidos pelo Geobacter (G. sulfurreducens, neste caso).


O Air-gen consiste em uma membrana fina de nanofios de proteínas medindo apenas 7 micrômetros de espessura, posicionado entre dois eletrodos, e também exposto ao ar.


Devido a essa exposição, a membrana de nanofios é capaz de adsorver o vapor de água que existe na atmosfera, permitindo que o dispositivo gere uma corrente elétrica contínua conduzida entre os dois eletrodos.


A equipe diz que a carga é provavelmente gerada por um gradiente de umidade que cria uma difusão de prótons no material do nanofio.


“Espera-se que essa difusão de carga induza um campo elétrico de contrapeso ou potencial análogo ao de uma membrana em repouso em sistemas biológicos”, explicam os autores em seu estudo.


“A manutenção de um gradiente de umidade, fundamentalmente diferente de qualquer coisa vista em sistemas anteriores, explica a saída contínua de tensão do nosso dispositivo de nanofios”.


A descoberta foi feita quase por acidente, quando Yao notou que os dispositivos com os quais ele estava experimentando estavam conduzindo eletricidade aparentemente sozinhos.


“Vi que quando os nanofios estavam em contato com eletrodos de uma maneira específica, os dispositivos geravam corrente”, diz Yao.


“Descobri que a exposição à umidade atmosférica era essencial e que os nanofios de proteínas absorviam água, produzindo um gradiente de voltagem no dispositivo”.


Pesquisas anteriores demonstraram a geração de energia hidrovoltaica usando outros tipos de nanomateriais – como o grafeno -, mas essas tentativas produziram, na maioria das vezes, apenas breves rajadas de eletricidade, durando apenas alguns segundos.


Por outro lado, o Air-gen produz uma tensão que sustenta em cerca de 0,5 volts, com uma densidade de corrente de cerca de 17 microamperes por centímetro quadrado. Isso não é muita energia, mas a equipe diz que conectar vários dispositivos pode gerar energia suficiente para carregar pequenos dispositivos como smartphones e outros eletrônicos pessoais – todos sem desperdício e usando apenas a umidade ambiente (mesmo em regiões tão secas quanto o deserto do Saara) .


“O objetivo final é criar sistemas em larga escala”, diz Yao, explicando que futuros esforços poderiam faz uso da tecnologia para fornecer energia para residências através de nanofios incorporados na tinta das paredes.


“Quando chegarmos a uma escala industrial para a produção de fios, espero que possamos fazer grandes sistemas para contribuir imensamente à produção sustentável de energia”.


Se tem algo que pode atrasar explorar tais potenciais, é a quantidade limitada de nanofios de G. sulfurreducens produzidos.


Pesquisas semelhantes de um membro da equipe – o microbiologista Derek Lovley, que primeiro identificou os micróbios Geobacter na década de 1980 – poderiam ter uma solução para isso: a engenharia genética de outros micróbios, como a E. coli, para realizar o mesmo truque em suprimentos maciços.


“Transformamos a E. coli em uma fábrica de nanofios de proteínas”, diz Lovley.


“Com esse novo processo escalável, o fornecimento de nanofios de proteínas não terá mais uma barreira para o desenvolvimento dessas aplicações”.


Os resultados são descritos na revista Nature.

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