Muita energia do sol

Gerador de vapor solar produz água limpa com quase 100% de eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica -  04/10/2018´

O aumento de eficiência foi conseguido dobrando o material fototermal padrão conforme a técnica do origami. [Imagem: Seunghyun Hong et al. - 10.1021/acsami.8b07150]

Dessalinização solar

Mais uma vez buscando inspiração no origami, a arte japonesa de dobrar papel, pesquisadores desenvolveram um gerador de vapor solar que se aproxima de 100% de eficiência. Geradores de vapor solar produzem água limpa capturando o calor do Sol, que é usado para evaporar a água do mar, deixando sais e outras impurezas para trás. Então, o vapor é coletado e condensado em água limpa.

Os geradores de vapor solares existentes contêm um material fototérmico plano, que produz calor a partir da luz absorvida. Embora esses dispositivos sejam bastante eficientes, eles ainda perdem energia pela dissipação de calor do material para o ar. Peng Wang e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah, na Arábia Saudita, melhoraram a eficiência energética remontando tridimensionalmente o material fototérmico. Eles basearam sua estrutura na técnica Miura do origami, que consiste em interligar paralelogramos para formar montanhas e vales, formando uma estrutura 3D. O gerador de vapor solar foi fabricado depositando um composto de nanocarbono - absorvedor de luz - em uma membrana de celulose que foi estruturada com a dobragem Miura.

O dispositivo 3D apresentou uma taxa de evaporação 50% maior do que um dispositivo plano padrão. Além disso, a eficiência da estrutura 3D aproximou-se de 100%, em comparação com 71% para o material 2D.

Em comparação com a superfície plana, os vales do origami captam melhor a luz do Sol, de modo que menos dela se perde por reflexão. Além disso, o calor pode fluir dos vales para as montanhas mais frias, evaporando a água ao longo do caminho, em vez de se perder no ar.

• Vapor solar: energia solar super eficiente

Bibliografia:

Nature-Inspired, 3D Origami Solar Steam Generator toward Near Full Utilization of Solar Energy
Seunghyun Hong, Yusuf Shi, Renyuan Li, Chenlin Zhang, Yong Jin, Peng Wang
Applied Materials and Interfaces
Vol.: 10 (34), pp 28517-28524
DOI: 10.1021/acsami.8b07150

Tudo a trezentos mil km

Criada calculadora que faz contas usando apenas luz

Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/07/2018

Toda a técnica de fabricação consiste em cruzar os dois tipos de nanofios, para que eles possam interagir com a luz, cada um à sua maneira. [Imagem: He Yang et al. - 10.1126/sciadv.aar7954]

Calculadora de luz

As calculadoras digitais foram uma das primeiras "maravilhas da eletrônica" que a miniaturização colocou nas mãos da maior parte das pessoas.

Agora, conforme caminhamos da eletrônica para a fotônica - a computação que usa luz em vez de eletricidade -, já podemos contar com as primeiras versões de luz desses dispositivos tão práticos.

A primeira calculadora totalmente óptica - que funciona apenas com luz - acaba de ser fabricada por He Yang e seus colegas da Universidade de Aalto, na Finlândia.

Ela ainda não está pronta para ir para as prateleiras, mas a demonstração da fotônica realizando todas as operações lógicas, os blocos básicos de toda a computação, mostra que há de fato um caminho de luz pela frente.

• Processador troca elétrons por luz para ficar mais rápido

Fotônica com semicondutores

Para construir a calculadora, Yang sintetizou dois tipos de nanofios semicondutores, um de fosfeto de índio (InP) e outro de arseneto de alumínio-gálio (AlGaAs).

Os nanofios são tão finos que se comportam como estruturas unidimensionais, funcionando como minúsculas antenas para a luz.

O passo essencial é "pentear" os nanofios depois que eles são sintetizados, o que permite estabelecer os cruzamentos entre eles para permitir que a luz de cada um interfira na luz do outro, a fim de executar os cálculos.

"As estruturas unidimensionais e de barra transversal são o núcleo de nossos cálculos porque permitem que a luz de entrada escolha com qual nanofio ela interage - ou com o fosfeto de índio ou com o arseneto de alumínio-gálio," explicou Yang.

Dependendo da entrada - neste caso a direção da luz polarizada linearmente e seu comprimento de onda - os nanofios interagem ou não com a luz. Na prática, isso é semelhante ao funcionamento das antenas usadas nos antigos receptores de rádio: Eles só recebem sinais quando apontam na direção ideal, tipicamente para cima.

Como a resposta dos diferentes nanomateriais é diferente, a saída de luz da estrutura de nanofios pode ser chaveada com diferentes comprimentos de onda e direções da luz para a realização das operações lógicas - por enquanto, a calculadora fotônica só faz adição e subtração.

• Cálculos matriciais feitos com luz prometem acelerar inteligência artificial

Bibliografia:

Nanowire network-based multifunctional all-optical logic gates
He Yang, Vladislav Khayrudinov, Veer Dhaka, Hua Jiang, Anton Autere, Harri Lipsanen, Zhipei Sun, Henri Jussila
Science Advances
Vol.: 4, no. 7, eaar7954
DOI: 10.1126/sciadv.aar7954

Somos sol

Painel solar do século passado é reinventado

Redação do Site Inovação Tecnológica -  28/12/2017

A grande vantagem do painel solar tipo janela dupla é que virtualmente todos os elétrons são aproveitados. [Imagem: Bell et Ramachers - 10.1016/j.joule.2017.11.007]

Painel solar com gás

Pesquisadores estão reinventando uma forma de coletar energia solar que havia sido aventada no início do século passado, mas que ninguém havia conseguido fazer funcionar a contento.

Trata-se essencialmente de uma janela de vidro dupla cheia de gás. O painel externo é transparente e conduz eletricidade. A janela interna é revestida com um material especial, que atua como fonte de elétrons quando atingido pela luz solar - um "fotocatodo".

Os dois painéis são separados por um gás inerte, como o argônio - exatamente como se encontra em janelas duplas visando isolamento acústico e térmico.

Quando a luz solar atinge o painel, os elétrons são arrancados do fotocatodo e saltam através do gás para o painel externo, sem serem absorvidos ou perdidos. Como o painel externo é condutor, eles são dirigidos para eletrodos e daí para fora da estrutura.

Isso é totalmente diferente de como os elétrons se comportam nos painéis solares fotovoltaicos atuais - sobretudo quanto à sua possibilidade de perda. A grande vantagem é um forte ganho de eficiência, em um momento em que melhorias na fotovoltaica tradicional, baseada nas células solares de silício, estão cada vez mais difíceis de se alcançar.

Fotocatodo

"É gratificante descobrir uma reviravolta de uma ideia que remonta ao início do século 20 e, como físico de materiais, é fascinante procurar materiais que podem funcionar em um ambiente tão diferente dos fotocatodos padrão," disse o professor Gavin Bell, da Universidade de Warwick, no Reino Unido.

A equipe até agora selecionou uma lista de materiais candidatos a funcionar como fotocatodo nesse painel solar reinventado, incluindo filmes finos de diamante, que seriam muito robustos e duráveis. Mas o trabalho continua em busca do material ótimo e que, simultaneamente, passe pelo crivo da viabilidade econômica. Eles estão entusiasmados.

"Nosso dispositivo é radicalmente diferente do padrão fotovoltaico e pode até mesmo ser adaptado para outras tecnologias verdes, como converter o calor diretamente em eletricidade, por isso esperamos que este trabalho inspire novos avanços," disse Bell.

Bibliografia:

Photoelectric Solar Power Revisited
Gavin R. Bell, Yorck A. Ramachers
Joule
DOI: 10.1016/j.joule.2017.11.007