![Uma fonte de calor emite radiação infravermelha, que é convertida em eletricidade pela célula. Fios transportam essa eletricidade para um sensor que mede a tensão e a amperagem. [Imagem: Brenda Ahearn/Michigan Engineering]](https://cdnsjengenhariae.nuneshost.com/wp-content/uploads/2024/06/eficiencia-recuperacao-calor.jpeg "Dispositivo termoelétrico produz eletricidade com eficiência de 44%")
À medida que os dispositivos para transformar calor em eletricidade se aproximam da eficiência teórica máxima, estão cada vez mais próximos da prontidão para uso prático, o que implica sua integração na rede elétrica.
Conhecidos como “baterias de calor”, esses dispositivos têm a capacidade de armazenar energia renovável intermitente, como energia solar e eólica, durante os períodos de alta produção, graças a uma versão térmica das células solares, que convertem posteriormente esse calor em eletricidade.
Essa versão térmica se apresenta sob a forma de células termofotovoltaicas, que operam de maneira semelhante às células fotovoltaicas convencionais, porém capturam fótons infravermelhos de energia mais baixa, em vez dos fótons de energia mais alta da luz visível.
Bosun Roy-Layinde e sua equipe da Universidade de Michigan, nos EUA, alcançaram recentemente um avanço significativo nessa área. Seu novo protótipo atingiu uma impressionante eficiência de conversão de energia de 44%, operando a 1435 °C, dentro da faixa ideal para o armazenamento de energia em alta temperatura em escala industrial (1200 °C-1600 °C). Para efeito de comparação, o recorde anterior era de 37% nessa faixa de temperaturas.
“Não chegamos ao limite de eficiência dessa tecnologia ainda. Estou confiante de que ultrapassaremos os 44% e alcançaremos os 50% em um futuro próximo,” afirmou o professor Stephen Forrest.
[Imagem: Bosun Roy-Layinde]
Nas baterias de calor, a energia termofotovoltaica envolve um bloco de material aquecido a uma temperatura geralmente superior a 1000 °C. Já estão em desenvolvimento baterias de calor de baixa temperatura. Embora essas temperaturas elevadas sejam comuns em ambientes industriais, também podem ser alcançadas por meio de concentradores solares ou aquecendo eletricidade de parques eólicos ou solares através de uma resistência.
“Basicamente, usar eletricidade para aquecer algo é um método muito simples e econômico de armazenar energia em comparação com as baterias de íons de lítio. Isso oferece acesso a uma variedade de materiais para serem usados como meio de armazenamento para baterias térmicas,” explicou Andrej Lenert, membro da equipe.
O material de armazenamento aquecido emite fótons térmicos com uma variedade de energias. A 1435 °C, cerca de 20-30% desses fótons possuem energia suficiente para gerar eletricidade nas células termofotovoltaicas construídas pela equipe. A chave para o recorde alcançado agora foi otimizar o material semicondutor que captura os fótons, ampliando suas energias preferidas, ao mesmo tempo em que se alinha com as energias predominantes produzidas pela fonte de calor.
No entanto, a fonte de calor também emite fótons com energias acima e abaixo das que o semicondutor pode converter em eletricidade. Sem uma engenharia cuidadosa, esses fótons seriam perdidos. Para resolver esse problema, os pesquisadores construíram uma fina camada de ar na célula termofotovoltaica logo além do semicondutor e adicionaram um refletor após a camada de ar, criando uma estrutura conhecida como “ponte aérea”. Essa cavidade ajuda a reter os fótons com as energias adequadas para que eles entrem no semicondutor, enquanto o restante é redirecionado de volta para o material de armazenamento de calor, onde a energia tem outra oportunidade de ser reemitida como um fóton que o semicondutor pode capturar.
“Diferentemente das células solares, as células termofotovoltaicas podem recuperar ou reciclar fótons que não são úteis,” destacou Bosun.
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