Nanogeradores inspirados em folhas usam chuva e vento para gerar eletricidade verde de forma sustentável

Republicado por Platão

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17 de janeiro de 2024

(Notícias do Nanowerk) Os cientistas desenvolveram um novo dispositivo inovador que pode aproveitar a energia das gotas de chuva e do vento, convertendo-a em eletricidade utilizável para alimentar a eletrónica. Esta tecnologia, descrita em artigo publicado em ACS Química e Engenharia Sustentável (“Multisource Energy Harvester on Textile and Plants for Clean Energy Generation from Wind and Rainwater Droplets”), oferece uma forma sustentável de gerar energia a partir de fontes ambientais renováveis. Poderia ajudar a viabilizar redes autoalimentadas de sensores, transmissores de dados e outros componentes eletrônicos necessários para o Internet of Things (IoT). Os pesquisadores estão explorando várias abordagens para coletar energia ambiente a partir da luz solar, vibrações, diferenciais de calor e outras fontes. No entanto, a maioria concentrou-se em tipos únicos de energia que não estão continuamente disponíveis. O novo estudo demonstra um sistema integrado que combina um coletor de energia de gotas de chuva com um coletor de energia eólica para uma geração de energia mais confiável. “Precisamos urgentemente de soluções de energia distribuída, limpa e sustentável para alimentar as redes de sensores necessárias para a infraestrutura inteligente e o monitoramento ambiental”, disse o pesquisador principal Ravinder Dahiya, da Northeastern University. “Os dispositivos inspirados nas folhas que desenvolvemos podem aproveitar eficazmente a energia do vento e das gotas de chuva para gerar eletricidade utilizável em qualquer lugar. Com um maior desenvolvimento, as árvores artificiais que utilizam esta tecnologia poderiam ser implantadas para produzir passivamente energia renovável.” O novo sistema utiliza um sistema especializado nanogerador com uma camada projetada para capturar a energia das gotas de chuva que caem e outra para aproveitar a energia eólica. Ambas as camadas são construídas a partir de materiais têxteis sustentáveis tratados com nanorevestimentos avançados para melhorar a produção elétrica. Imagem esquemática de um gerador de energia multifonte artificial em forma de folha Schematic image of artificial leaf-shaped multisource energy generator. (© ACS) The droplet energy harvesting functionality works via a mechanism called the triboelectric effect combined with a self-restoring hydrophobic surface coating. Essentially, the kinetic energy of falling droplets causes positive and negative charges to form on separate electrodes. The water-repelling coating makes the droplets spread out and contract cyclically on impact, shuttling electrons back and forth to generate current. The wind harvesting layer operates by a similar principle, but charges are generated by contact electrification between two textile layers as air currents cause them to repeatedly touch and separate. Integrating the two nanogenerators allows the device to passively produce electricity from whatever ambient mechanical energy is available at a given time. In testing, the hybrid textile nanogenerators produced voltage spikes over 100V from simulated raindrops, along with sustained outputs over 10V from light winds. This was enough power to light up arrays of LEDs and charge energy storage capacitors. The researchers also developed an analytical model to optimize design parameters such as droplet size, impact velocity, contact pressure and surface textures. “The presented leaf-shaped harvesters effectively integrate triboelectric and droplet-based electricity generation mechanisms to scavenge multiple ambient energies,” stated Dr. Dahiya. “Both the modeled and measured outputs indicate they could reliably power sensors, data transmission circuits and other electronics needing up to tens of microwatts.” Significantly, all active materials are sustainable, biodegradable textiles and nanostructured coatings. In contrast with lithium batteries, there are no toxic components to dispose of. This makes the technology especially promising for distributed generator networks in environments where maintaining infrastructure is difficult. The authors envision enhancements such as hydrophobicity-optimized “power leaves” that could be incorporated into artificial plants and deployed anywhere for continuous passive generation of useful electricity. Arrays of such plants could for instance provide trickle charging to keep battery-powered IoT devices perpetually operational.
More broadly, this study demonstrates how applied nanoscience can create self-powered systems that solve pressing problems. It shows that materials and devices can do far more than passively behave—they can actively transform ambient energy into precisely what is needed, all without external power. Such technologies point the way toward smarter, more adaptive and more sustainable infrastructure for meeting future challenges.