COLETA DE ENERGIA SUSTENTÁVEL - Dispositivos Piezelétricos Flexíveis
Dr. Eduardo Azzolini Volnistem*
O crescente desenvolvimento tecnológico de nossa sociedade tem como consequência um aumento contínuo na demanda por energia. Neste contexto, a busca por um futuro mais sustentável, e de novas e inovadoras formas de obter energia limpa, torna-se extremamente relevante em um cenário de eventos climáticos extremos advindos ou intensificados em função do uso excessivo de combustíveis fósseis para a produção de energia, com consequente e elevada emissão de gases poluentes que são agravadores do efeito estufa (fenômeno natural e possibilita a vida humana na Terra, vide [1,2]).
Segundo a Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE) , o consumo de energia no Brasil tem aumentado a cada ano [3]. A Figura 1 ilustra o consumo de energia elétrica no Brasil no intervalo entre os anos de 2019 e 2023. Observa-se um aumento significativo no consumo do brasileiro, atingindo o patamar de 69.353 MWh.
Como sabemos, as fontes de energia não renováveis, como os combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural), resultam na emissão de gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono (CO 2 ), contribuindo para o aquecimento global e as mudanças climáticas [4].
Além disso a extração e o processamento desses combustíveis podem causar danos ambientais severos, como poluição do ar, da água e do solo.
Felizmente, quando comparada com a matriz energética mundial, a porcentagem dessas fontes na matriz energética brasileira não muito elevada, ainda que alcance 55,2% do total (vide Figura 2, que compara a matriz energética brasileira com a mundial).
Deve-se ressaltar, portanto, que investir em novas fontes de energia limpa e renovável parece ser algo indispensável e mandatário quando se pensa em promover o desenvolvimento sustentável em nível global.
Assim, e neste contexto de desenvolvimento sustentável, dispositivos capazes de coletar energia de fontes alternativas limpas e renováveis se apresentam como uma opção altamente promissora.
A exploração dos materiais piezelétricos, em especial, permite a coleta e conversão de energia mecânica, ou seja, a energia do movimento, em energia elétrica.
A piezeletricidade é uma propriedade de certos materiais nos quais um estímulo mecânico resulta na geração de uma tensão elétrica, e vice-versa [5]. Entre os materiais piezelétricos, as fibras flexíveis emergem como uma alternativa viável e com uma vasta gama de possíveis aplicações.
Essas fibras são fabricadas pela técnica de electrospinning (Figura 3), em geral, a partir de um polímero piezelétrico, o fluoreto de polivinilideno (PVDF) que pode ser usado isoladamente ou combinado com outras partículas piezelétricas formando um compósito.
A combinação do Fluoreto de Polivinilideno (PVDF) com nanopartículas de Titanato de Bário (BaTiO 3 ) resulta em uma fibra altamente flexível, durável e com ótima resposta piezelétrica. Tais características permite uma vasta gama de aplicações como nano geradores para dispositivos de baixa potência, diversos tipos de sensores e dispositivos geradores de ultrassom [6].
Conclui-se, portanto, que a utilização de fibras piezelétricas flexíveis à base de PVDF-BaTiO 3 pode ser uma solução eficiente e sustentável para a geração de energia elétrica a partir do movimento. Essa solução tecnológica apresenta diversas vantagens, como baixo custo, alta flexibilidade, durabilidade e elevada resposta piezelétrica.
Além disso, as fibras podem ser aplicadas em diversos campos, como na medicina, na indústria, na eletrônica, na preservação do meio ambiente e na autogeração de energia. Como vemos, o desenvolvimento dessas tecnologias pode notadamente contribuir para o desenvolvimento de dispositivos inteligentes, que aproveitam a energia desperdiçada em forma de vibração ou movimento para a redução da dependência de combustíveis fósseis, que causam tantos danos ao nosso planeta.
Referências:
[1] O efeito estufa é um processo natural que envolve a absorção e reemissão de radiação infravermelha por gases de efeito estufa presentes na atmosferaterrestre, como dióxido de carbono, metano e vapor d'água, permitindo que a Terra mantenha uma temperatura média adequada para a vida, porém as atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis e o desmatamento, têm aumentado excessivamente as concentrações desses gases, intensificando o efeito estufa e causando o aquecimento global e mudanças climáticas prejudiciais.
[2] WORLDWIDE FUND FOR NATURE (WWF). Efeito estufa e mudanças climáticas. Disponível em:https://www.wwf.org.br/nossosconteudos/educacaoambiental/conceitos/efeitoestufa_e_mudancasclimaticas/. Acesso em: 14 jun. 2024.
[3] CÂMARA DE COMERCIALIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (CCEE).Dados e Análises: Disponível em: https://www.ccee.org.br/web/guest/dados-e-analises/consumo. Acesso em: 14 jun. 2024.
[4] NAÇÕES UNIDAS BRASIL. O que são as mudanças climáticas? Disponível em: https://brasil.un.org/pt-br/175180-o-que-s%C3%A3o-mudan%C3%A7as-clim%C3%A1ticas. Acesso em: 14 jun. 2024.
[5] ROSA, Luiz Carlos Mariano da. Piezeletricidade na prática: prototipagem com eletrônica embarcada para infraestruturas sustentáveis. Braga: Novas Edições Acadêmicas, 2019. ISBN 6139614333.
[6] B. S. Athira, Ashitha George, K. Vaishna Priya, U. S. Hareesh, E. BhojeGowd, Kuzhichalil Peethambharan Surendran, and Achu Chandran. High-Performance Flexible Piezoelectric Nanogenerator Based on ElectrospunPVDF-BaTiO3 Nanofibers for Self-Powered Vibration Sensing Applications. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022,
Autor:
Dr. Eduardo Azzolini Volnistem é bolsista Pós-Doutorado Júnior da Fundação Araucária (PDI 78/2023, CP 19/2022) e pesquisador do NAPI EZC na UEM sob a supervisão do Prof. Dr. Ivair Aparecido dos Santos, coordenador geral do NAPI EZC.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
