Um passo para aproveitar a energia limpa da água da chuva

Quando dois materiais entram em contacto, as entidades carregadas nas suas superfícies recebem um pequeno empurrão. É assim que esfregar um balão na pele cria eletricidade estática. Da mesma forma, a água que flui sobre algumas superfícies pode ganhar ou perder carga. Agora, os investigadores que publicaram um relatório na ACS Central Science aproveitaram o fenómeno para gerar eletricidade a partir de gotículas semelhantes a chuva que se deslocam através de um tubo. Demonstram um novo tipo de fluxo que produz energia suficiente para acender 12 LEDs.

“A água que cai através de um tubo vertical gera uma quantidade substancial de eletricidade, utilizando um padrão específico de fluxo de água: o fluxo de tampão”, afirma Siowling Soh, o autor correspondente do estudo. “Este padrão de fluxo pode permitir que a energia da chuva seja recolhida para gerar eletricidade limpa e renovável”.

Quando a água corrente move uma turbina, gera eletricidade. No entanto, a hidroeletricidade está limitada a locais com grandes volumes de água, como os rios. Para volumes de água menores e mais lentos, uma alternativa é aproveitar a separação de cargas, um fenómeno que produz cargas elétricas à medida que a água se move através de um canal com uma superfície interna condutora de eletricidade. Mas a separação de cargas é extremamente ineficaz porque se limita à superfície sobre a qual a água se move. Anteriormente, os cientistas tentaram melhorar a sua eficiência, disponibilizando mais área de superfície através de canais de micro ou nanoescala para um fluxo contínuo de água. No entanto, a água não passa naturalmente por canais tão pequenos e, se for bombeada, requer mais energia do que aquela que é gerada. Por isso, Soh, Chi Kit Ao e os seus colegas quiseram produzir eletricidade utilizando canais maiores pelos quais a água da chuva pudesse passar.

A equipa concebeu uma instalação simples em que a água fluía do fundo de uma torre através de uma agulha metálica e lançava gotículas do tamanho da chuva para a abertura de um tubo vertical de polímero com 32 centímetros de altura e 2 milímetros de largura. A colisão frontal das gotículas no topo do tubo provocou um fluxo de tampão: colunas curtas de água intercaladas com bolsas de ar. À medida que a água descia pelo interior do tubo, as cargas elétricas separavam-se. A água era então recolhida num copo por baixo do tubo. Os fios colocados no topo do tubo e no copo recolhiam a eletricidade.

O sistema de fluxo de encaixe converteu em eletricidade mais de 10% da energia da água que caía através dos tubos. E, em comparação com a água que flui num fluxo contínuo, o fluxo de encaixe produziu 5 ordens de grandeza mais eletricidade. Dado que a velocidade das gotas testadas era muito inferior à da chuva, os investigadores sugerem que o sistema poderia ser utilizado para recolher eletricidade das gotas de chuva que caem.

Noutra experiência, os investigadores observaram que o movimento da água através de dois tubos, em simultâneo ou sequencialmente, gerava o dobro da energia. Utilizando esta informação, canalizaram a água através de quatro tubos, e o sistema alimentou 12 LEDs continuamente durante 20 segundos. Os investigadores afirmam que a energia de fluxo de água pode ser mais simples de instalar e manter do que as centrais hidroelétricas, e pode ser conveniente para espaços urbanos como os telhados.

Os autores agradecem o financiamento do Ministério da Educação de Singapura; da Agência para a Ciência, Tecnologia e Investigação; e do Instituto de Inovação e Tecnologia da Saúde da Universidade Nacional de Singapura.