Universidade de Chung-Ang consegue um avanço de dupla finalidade: transformar água em eletricidade e detetar incêndios
Os investigadores desenvolveram um novo dispositivo hidrovoltaico que gera eletricidade a partir da água e funciona como um detetor de incêndios de resposta rápida.
Foram desenvolvidas várias tecnologias de energia limpa para responder à procura de energia em rápida expansão e à diminuição das reservas de combustíveis fósseis. No entanto, muitas destas tecnologias são prejudicadas pela baixa eficiência e pelos custos elevados. Os mecanismos hidrovoltaicos (HV), nos quais a eletricidade é gerada pela interação direta de materiais nanoestruturados e moléculas de água, surgiram recentemente como alternativas promissoras e rentáveis. Os sistemas HV são particularmente promissores para alimentar sensores elétricos, incluindo sensores de incêndio.
Os sensores de incêndio tradicionais dependem de baterias para funcionar durante as falhas de energia, mas estas baterias podem explodir durante os incêndios. Em contraste, os sistemas HV retiram energia da água, onde o dispositivo está parcialmente imerso, o que os torna uma alternativa mais segura. Além disso, os sensores de incêndio tradicionais enfrentam desafios como falsos alarmes acionados por fumo de cozinha, vapor ou poeira, juntamente com elevadas necessidades de manutenção e uma vida útil limitada. Os sistemas HV ultrapassam estas limitações, respondendo apenas a alterações do caudal de água provocadas pela evaporação, como as causadas pelo fogo. Apesar do seu potencial, nenhum estudo explorou ainda a integração de sistemas HV em aplicações de deteção de incêndios.
Num estudo recente, uma equipa de investigação liderada pelo professor associado Byungil Hwang da Escola de Engenharia Integrativa da Universidade de Chung-Ang desenvolveu um dispositivo HV inovador que funciona também como sensor de incêndio. “O nosso sistema hidrovoltaico pode produzir até algumas dezenas de microwatts, o que o torna perfeito para aplicações em pequena escala, como detetores de incêndio e sistemas de monitorização da saúde. Este sistema é autossuficiente, requer apenas alguns mililitros de água e tem um tempo de resposta rápido”, explica o Prof. O seu estudo foi disponibilizado online a 04 de janeiro de 2025 e publicado no Chemical Engineering Journal a 01 de fevereiro de 2025.
Os sistemas HV consistem em substratos hidrofílicos cobertos por uma camada nanoporosa com uma superfície altamente carregada capaz de atrair protões da água. Quando imersos em água, os protões são atraídos para a superfície negativamente carregada da nanoestrutura, formando uma dupla camada elétrica (EDL). A EDL consiste em duas camadas paralelas de cargas opostas em cada lado de uma superfície, neste caso, a nanoestrutura do sistema HV. A evaporação, causada pelo aumento da temperatura devido à luz visível ou infravermelha ou a um incêndio, atua como uma força motriz, fazendo com que a água flua desta região imersa para a região não imersa por ação capilar. Este fluxo de água gera uma assimetria das densidades de protões, provocando uma diferença de potencial ao longo da direção do fluxo, conhecida como potencial de fluxo, que pode então ser aproveitada para produzir eletricidade.
O dispositivo proposto no estudo utiliza resíduos de algodão integrados com Triton X-100 e PPy, coletivamente designados por CPT, como camada nanoporosa. Esta camada de CPT é colocada num tubo cilíndrico com elétrodos de alumínio resistentes à corrosão em ambas as extremidades, parte do qual é imerso em água. O preto do PPy aumenta a absorção de luz e, por conseguinte, a evaporação na extremidade não imersa, enquanto o Triton X-100 induz uma carga superficial elevada na EDL, facilitando a geração de alta tensão. Esta conceção permite a produção de eletricidade simplesmente fazendo incidir luz sobre o dispositivo.
Os testes revelaram que o dispositivo pode gerar uma tensão máxima de 0,42 Volts e 16 – 20 microamperes de corrente sob luz infravermelha. Como dispositivo de deteção de incêndios, apresenta um tempo de resposta rápido de 5-10 segundos. Além disso, manteve uma excelente estabilidade durante 28 dias de testes contínuos, sem corrosão ou degradação do desempenho, o que indica uma viabilidade a longo prazo. Também teve um desempenho robusto em ambientes variáveis.
“Esta é a primeira demonstração da utilização de um sistema hidrovoltaico numa aplicação de deteção de incêndios”, observa o prof. Hwang. “O nosso sistema HV tem potencial para ser uma fonte de energia sustentável para vários sistemas de sensores, tais como sistemas de monitorização da saúde e do ambiente que requerem um funcionamento ininterrupto.”
Este dispositivo demonstra como os sistemas de energia sustentáveis em pequena escala podem revolucionar aplicações como a deteção de incêndios, a monitorização da saúde e a deteção ambiental.
