Metamaterial refratário transforma calor das máquinas em energia

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As estruturas do metamaterial funcionam como nanoantenas, aumentando a radiação térmica na frequência que pode ser absorvida pela célula fotovoltaica. [Imagem: Gabriela Sincich/Matthew Bollinger]

Termofotovoltaico

Um metamaterial termal, um novo tipo de material sintético refratário, pode ser a solução para capturar o calor desperdiçado pelos motores, fábricas e usinas de energia atuais - a maior parte do conteúdo energético dos combustíveis é perdido na forma de calor, liberado na atmosfera.

As células termofotovoltaicas são a grande esperança para isso. Em vez de capturar a luz visível do Sol para gerar eletricidade, como as fotovoltaicas, elas geram energia capturando a radiação infravermelha - o calor.

Contudo, essas células ainda precisam melhorar de eficiência e serem adaptadas para funcionar nos ambientes de extremo calor dos motores e das usinas.

Controle de emissão

Pavel Dyachenko e Sean Molesky, da Universidade Purdue, nos EUA, desenvolveram um material capaz de controlar a emissão da radiação infravermelha em temperaturas muito altas, fazendo com que os objetos - motores, canos, chaminés, coletores de calor ou o que seja - brilhem em "cores" muito definidas no espectro infravermelho.

Esse brilho pode ser então ajustado para permitir o funcionamento eficiente das células termofotovoltaicas, geralmente capazes de coletar apenas cores específicas da radiação - fótons de uma faixa de energia.

 As nanocamadas de tungstênio e háfnio são usadas para controlar a emissão termal através de sua topologia fotônica. [Imagem: Sean Molesky/Purdue University]

Metamaterial termal

O metamaterial termal, formado por camadas em nanoescala de tungstênio e óxido de háfnio, é capaz de eliminar a emissão em uma faixa do espectro infravermelho e otimizar a emissão em outra faixa. Outra grande vantagem é que ele consegue manipular a radiação termal infravermelha na faixa dos 1.000º C.

Isso permite programar o material para que ele emita os fótons infravermelhos na faixa mais otimizada para a célula termofotovoltaica - acima da faixa de condução, ou bandgap, que for utilizada.

Agora a equipe está justamente trabalhando no material semicondutor que possa cumprir esse papel. Como o campo das células solares semicondutoras é bem desenvolvido, a equipe afirma que é uma questão de tempo para montar o sistema completo - eles já estão falando em comercialização da tecnologia nos próximos anos.

Bibliografia:

Controlling thermal emission with refractory epsilon-near-zero metamaterials via topological transitions
Pavel N. Dyachenko, Sean Molesky, A. Yu Petrov, M. Störmer, T. Krekeler, S. Lang, M. Ritter, Z. Jacob, M. Eich
Nature Communications
DOI: 10.1038/ncomms11809

Tecido coleta duas formas de energia

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Tecido que gera energia

Este tecido é capaz de gerar eletricidade explorando simultaneamente o movimento físico ao qual ele é submetido - como parte de uma roupa, por exemplo - e a luz do Sol que incide sobre ele.

A combinação dos dois tipos de colheita de energia promete fomentar o campo da eletrônica de vestir - ou dos tecidos eletrônicos -, fornecendo uma potência mais próxima à exigida pelos aparelhos eletrônicos atuais, como celulares, GPS e implantes médicos.

"Este tecido híbrido gerador de energia representa uma nova solução para recarregar aparelhos no campo a partir de algo tão simples quanto o vento soprando em um dia de verão," disse o professor Zhong Lin, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos EUA.

Nos primeiros testes, um pedaço do tecido medindo 4 x 5 centímetros posto ao ar livre conseguiu carregar totalmente um capacitor de 2 mF a 2 Volts em um minuto.

Tecido eólico-solar

Para construir o tecido eólico-solar, a equipe usou uma máquina têxtil comum para entretecer fios de algodão com células solares orgânicas, construídas na forma de fios de polímeros, e nanogeradores triboelétricos, também em formato de fios.

Os nanogeradores triboelétricos usam uma combinação do efeito triboelétrico e da indução eletrostática para gerar pequenas quantidades de eletricidade a partir do movimento mecânico, seja ele de rotação, vibração ou mesmo "esfregação" - o princípio de operação é diferente do usado pelosnanogeradores piezoelétricos.

Bracelete feito com o tecido gerador de energia, que ainda precisará passar pelos testes de resistência à água. [Imagem: Georgia Tech]

A expectativa é que o tecido-gerador, com apenas 320 micrômetros de espessura, possa ser usado em roupas, cortinas e barracas. "O tecido é altamente flexível, poroso, leve e adaptável para uma ampla faixa de usos," disse Wang.

A equipe agora pretende observar a durabilidade do tecido em condições reais - sobretudo sua resistência à chuva e à umidade -, enquanto aprimora o processo de fabricação com vistas ao ambiente industrial.

Bibliografia:

Micro-cable structured textile for simultaneously harvesting solar and mechanical energy
Jun Chen, Yi Huang, Nannan Zhang, Haiyang Zou, Ruiyuan Liu, Changyuan Tao, Xing Fan, Zhong Lin Wang
Nature Energy
Vol.: 1, Article number: 16138
DOI: 10.1038/nenergy.2016.138

Brasileiros desenvolvem célula solar de perovskita

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Células solares de perovskita

  O protótipo da célula solar de perovskita alcançou uma eficiência de 13%, semelhante ao alcançado pelas células solares de silício vendidas comercialmente.[Imagem: Antonio Scarpinetti]

Em um feito inédito no Brasil, pesquisadores do Instituto de Química da Unicamp fabricaram os primeiros protótipos de células solares de perovskita.

A perovskita despontou recentemente como umaalternativa potencialmente mais barata e mais eficiente ao silício, empregado atualmente nas células solares fotovoltaicas.

"Fizemos tudo aqui no LNES [Laboratório de Nanotecnologia e Energia Solar], com a estrutura da qual já dispúnhamos e sem a colaboração de grupos estrangeiros," afirma o químico Rodrigo Szostak, que contou com a orientação da professora Ana Flávia Nogueira.

Os testes indicaram uma eficiência de 13% por parte das células de perovskita, índice semelhante ao alcançado pelas células solares de silício vendidas comercialmente, cuja eficiência gira em torno de 15%.

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• Do laboratório para o mercado

Apesar da potencialidade das perovskitas, Rodrigo lembra que todos os resultados obtidos até agora com o material ainda estão em escala laboratorial.

É por isso que outro pesquisador da equipe, Matheus Serra de Holanda, está trabalhando em técnicas para evitar que o material, que é extremamente sensível à umidade, absorva a água presente no ambiente. "Estou promovendo modificações nas perovskitas para evitar que a umidade interfira no processo de conversão direta da radiação em eletricidade. Felizmente, os testes que temos realizado estão gerando bons resultados," adiantou ele.

O que a equipe já sabe com certeza é que, se as células solares de perovskita vão se mover mesmo do laboratório para o mercado, isso exigirá uma colaboração multidisciplinar: "A nossa equipe conta com químicos, um físico e um engenheiro eletrônico. Quando chegarmos ao ponto de migrar da bancada para a escala comercial, certamente precisaremos também do apoio de um engenheiro eletricista. Ainda estamos um pouco distantes de desenvolver um produto, mas nosso objetivo é esse", contou Rodrigo.

Perovskita

Perovskita é o nome de uma estrutura cristalina descoberta pelo mineralogista alemão Gustav Rose em 1839, nos Montes Urais, na Rússia. O mineral foi batizado em homenagem ao também mineralogista russo Count Lev Alexevich von Perovski.

Desde então, o termo perovskita tem sido usado para nomear uma classe de materiais - uma perovskita pode ser puramente inorgânica ou híbrida, onde alguns componentes são orgânicos, como é o caso das utilizadas em células solares.

A família de perovskitas com propriedades fotovoltaicas é composta por um cátion orgânico, um inorgânico, sendo chumbo ou estanho, e um halogênio, sendo iodo, bromo ou cloro.

Fonte: http://www.usinagem-brasil.com.br/11251-energia-eolica-ja-soma-r-60-bi-em-investimentos-no-brasil/pa-1/



Energia eólica já soma R$ 60 bi em investimentos no Brasil

(04/09/2016) - O Brasil acaba de alcançar a marca de 10 GW de capacidade eólica instalada, distribuída em 400 parques e mais de 5.200 aerogeradores, de acordo com a ABEEólica (Associação Brasileira de Energia Eólica). É o equivalente à capacidade de geração de energia da usina de Belo Monte (11 GW). No ano passado, a energia eólica abasteceu mensalmente uma população equivalente a todo o Sul do País e gerou 41 mil postos de trabalho.

“A marca de 10 GW é emblemática. Hoje, a energia eólica representa 7% da matriz elétrica brasileira. Considerando o que já temos de contratos assinados, vamos chegar a 2020 com mais de 18 GW e temos potencial para crescer ainda muito mais”, disse Elbia Gannoum, presidente executiva da ABEEólica, na abertura do Brazil WindPower 2016, evento realizado no Rio de Janeiro, na semana passada. “Para um País como o Brasil, com tantos recursos naturais abundantes e que tem um dos melhores ventos do mundo, considero ser um caminho não apenas natural, mas também estratégico”.

Nos últimos seis anos, o investimento feito pelas empresas da cadeia produtiva de energia eólica, já 80% nacionalizada, foi de R$ 48 bilhões. De 1998 até hoje, o volume investido chega a R$ 60 bilhões. Em 2015, a energia eólica foi a fonte que mais cresceu na matriz elétrica brasileira, responsável pela participação de 39,3% na expansão, seguida pela energia hidrelétrica (35,1%) e energia termelétrica (25,6%).

De acordo com o GWEC (Global World Energy Council), o Brasil foi o quarto país em crescimento de energia eólica no mundo em 2015, atrás de China, EUA e Alemanha, representando 4,3% do total de nova capacidade instalada no ano passado no mundo todo. Em percentual, foi o País que mais cresceu no mundo. De acordo com o “Boletim de Energia Eólica Brasil e Mundo - Base 2015”, divulgado pelo Ministério de Minas e Energia em agosto de 2016, o Brasil subiu sete posições, nos últimos dois anos, ocupando hoje o oitavo lugar em geração, representando cerca de 3% de toda a produção eólica mundial.

A situação favorável da indústria eólica pode ser explicada pela ótima qualidade dos ventos brasileiros e também pelo forte investimento das empresas que, nos últimos cinco anos, construíram uma cadeia produtiva nacional para sustentar os compromissos assumidos. Os grandes fabricantes de aerogeradores, pás, torres e grandes componentes estão instalados no Brasil, produzindo e contratando aqui. Além disso, dezenas de empresas brasileiras foram criadas ou passaram a se dedicar para oferecer componentes para a cadeia produtiva.

“Em dezembro, teremos um momento muito importante para o setor neste ano: o Leilão de Reserva. A contratação de energia eólica neste leilão será vital para dar um sinal de investimento para toda a cadeia de energia eólica. Os contratos que temos assinados sustentam a cadeia até 2020, mas é necessário fazer novas contratações para manter a cadeia ativa e o setor crescendo de forma sustentável”, explica Elbia.

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Produção de hidrogênio solar bate recorde mundial de eficiência

Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/08/2016

                           Partindo de componentes baratos e já testados, o sistema solar-químico gera hidrogênio com uma eficiência                              de 14,2%. [Imagem: Infini Lab/EPFL]

Hidrogênio solar

Como podemos armazenar a energia solar ou a energia eólica para os momentos em que o Sol não brilha ou o vento não sopra? Uma solução é convertê-la em hidrogênio através da eletrólise da água.

A ideia é utilizar a corrente elétrica produzida por um painel solar ou gerador eólico para quebrar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio, um combustível limpo, pode então ser armazenado para uso futuro para produzir eletricidade sob demanda, ou como um combustível em células a hidrogênio.

Mas é aqui que as coisas ficam complicadas. Embora diferentes tecnologias de produção de hidrogênio solar - muitas vezes também chamadas de fotossíntese artificial - venham dando resultados promissores em laboratório, elas ainda são muito instáveis ou caras, e precisam ser melhor desenvolvidas para uso em escala comercial.

• Ferrugem e água produzem hidrogênio solar

Recorde mundial na produção de hidrogênio

Conhecendo as deficiências das abordagens já utilizadas, pesquisadores suíços decidiram combinar componentes que já se provaram eficazes em larga escala, em utilizações na indústria, para desenvolver um sistema que fosse robusto e eficaz.

O protótipo é composto pela interligação de três células solares inovadoras, que produzem altas tensões, acopladas a um sistema de eletrólise que não depende de catalisadores de metais raros, como a platina ou o ródio, tradicionalmente utilizados.

O dispositivo mostrou-se capaz de converter a energia solar em hidrogênio a uma taxa de 14,2% e funcionou pelas mais de 100 horas ininterruptas que durou o teste inicial.

             As células solares de heterojunção, que geram tensões mais elevadas, foram cruciais para o sucesso do novo sistema de produção de hidrogênio solar. [Imagem: EPFL/Shine Project]

"Um sistema de 12 a 14 metros quadrados permitiria a geração e armazenamento de hidrogênio suficiente para abastecer um carro de célula a combustível [para que ele rode] 10.000 km a cada ano," disse Christophe Ballif, da Escola Politécnica Federal de Lausane.

Além da estabilidade do processo, em termos de desempenho este é um recorde mundial para a produção de hidrogênio a partir de células solares sem o uso de metais raros.

Alta tensão e níquel

A chave para o desenvolvimento foi tirar o máximo de cada um dos componentes existentes, e utilizar um tipo de híbrido de célula solar de silício cristalino conhecida como "célula de heterojunção". Sua estrutura de sanduíche, composta por camadas de silício cristalino e silício amorfo, permite gerar tensões mais altas.

E isto significa que apenas três dessas células interligadas conseguem gerar uma tensão quase ideal para que a eletrólise ocorra. A parte eletroquímica do processo usa um catalisador feito de níquel, um metal largamente disponível.

Bibliografia:

Solar-to-Hydrogen Production at 14.2% Efficiency with Silicon Photovoltaics and Earth-Abundant Electrocatalysts
Jan-Willem Schüttauf, Miguel A. Modestino, Enrico Chinello, David Lambelet, Antonio Delfino, Didier Dominé, Antonin Faes, Matthieu Despeisse, Julien Bailat, Demetri Psaltis, Christophe Moser, Christophe Ballif
Journal of The Electrochemical Society
Vol.: 163, issue 10, F1177-F1181
DOI: 10.1149/2.0541610jes

Fonte: Portal Brasil, com informações do Ministério de Minas e Energia

Brasil deve integrar Top 20 em energia solar em 2018

Matriz Energética

De acordo com o boletim do setor, País tem 2,6 GW contratados, com previsão de entrada em operação até 2018

O Brasil deve integrar o ranking dos 20 maiores produtores de energia solar em 2018. A expansão do uso do recurso no País, bem como a potência de 2,6 GW de geração centralizada, já contratada, vão colaborar para que a meta seja alcançada.

A informação está no boletim “Energia Solar no Brasil e no Mundo – Ano de Referência – 2015”, publicado pelo Ministério de Minas e Energia (MME). A publicação aponta que, em 2014, foram contratados 31 projetos em leilões (890 MW) e, em 2015, 63 projetos (1.763 MW). Ambos totalizaram 2.653 MW de capacidade instalada.

Entre os países com maior potência instalada estão: China, Estados Unidos, Alemanha, Japão e Itália. O grupo responde por 68% do total mundial nessa fonte. Em 2015, a China alcançou o 1º lugar no ranking mundial de geração e os Estados Unidos ficaram em 2º, ambos superando a Alemanha, líder do ranking em 2014.

Oferta mundial

Até o final de 2015, todos os países do mundo computavam uma potência instalada solar fotovoltaica de 234 GW, considerando também a expansão de 52 GW no ano.

De acordo com dados da Agência Internacional de Energia (IEA), a geração solar poderá responder por cerca de 11% da oferta mundial de energia elétrica em 2050 (5 mil TWh). A área coberta por painéis fotovoltaicos capaz de gerar essa quantidade é de 8 mil km², o equivalente a um quadrado de 90 km de lado.

Para 2024, a estimativa do Plano Decenal de Expansão de Energia (PDE-2024), é que a capacidade instalada de geração solar no Brasil chegue a 8.300 MW. A proporção da geração solar chegará a 1% da total. Os estudos do PDE 2025, em elaboração, sinalizam a ampliação dessas previsões.

Geração distribuída

O número de instalações solares distribuídas apresenta crescimento no Brasil. Em oito meses, essas instalações triplicaram no País, aproximando-se de 4000 unidades, com potência média de 7,4 KW.

Os estudos do Plano Nacional de Energia (PNE 2050), em elaboração pela Empresa de Pesquisa Energética, estimam que 18% dos domicílios de 2050 contarão com geração fotovoltaica (13% do consumo residencial).

Para ampliar ações de estímulo à geração distribuída, o Banco do Nordeste lançou uma linha de crédito para ampliar ações nessa área. O financiamento utiliza recursos do Fundo Constitucional de Financiamento do Nordeste (FNE) e tem prazo de pagamento de até 12 anos, com um ano de carência.

O crédito do Banco do Nordeste é destinado a empresas agroindustriais, industriais, comerciais e de prestação de serviços, além de produtores rurais, cooperativas e associações beneficiadas ou não com recursos do FNE. 

Fonte:http://leonardo-energy.org.br/noticias/iso-50001-gestao-de-energia-uma-nova-realidade-para-as-empresas-brasileiras/

ISO 50.001 - GESTÃO DE ENERGIA

Apesar de ter sido lançada há 5 anos, a certificação ISO 50.001, norma de gestão de energia, somente começou  a ganhar forma no Brasil, recentemente. No final de 2015, quase 30 empresas haviam obtido a certificação no país, além da manifestação de diversas outras organizações do setor industrial interessadas, em adotar a norma.

Por ter como objetivo estabelecer sistemas e processos que melhorem o desempenho energético das empresas, incluindo eficiência, uso e consumo de energia, os principais impactos esperados pela adoção dessa norma por parte das organizações é aumentar a disponibilidade de energia, melhorar a produtividade e competitividade das empresas, promover a redução das emissões de gases de efeito estufa, entre outros impactos ambientais positivos.

Uma das primeiras empresas a receber a certificação no setor eletroeletrônico no Brasil foi a WEG. No ano do lançamento da norma, em 2011, a empresa implantou o sistema de gestão de energia de forma piloto em uma das fábricas de motores elétricos do parque fabril em Jaraguá do Sul (SC), com ações para melhorar o desempenho energético da fábrica a partir da definição de uma política energética, estabelecimento de objetivos e metas de redução de consumo e adoção de ações de melhoria.

Já no setor automobilístico, a A primeira montadora brasileira a obter a certificação relativa à gestão de energia – ISO 50001 – foi a Fábrica da FIAT em Betim-MG.  A empresa informa que a planta de Betim, a maior da Fiat Chrysler no mundo, utiliza como fontes de energia a eletricidade, ar comprimido, vapor, água superaquecida, gás natural e combustíveis. Atualmente, 99% da energia elétrica usada vem de fontes renováveis (predominantemente hidráulica), incluindo os painéis solares fotovoltaicos instalados na fábrica, capazes de gerar 19,5 mil kW/ano.