Gotas de chuva geram eletricidade limpa diretamente – sem geradores

Chuva gera eletricidade

Que a água passando através de canos é uma ótima maneira de gerar eletricidade, todos nós sabemos – é assim que as hidrelétricas funcionam. Mas não se esqueça: A eletricidade só é gerada quando essa água é usada para acionar um gerador.

Chi Kit Ao e colegas da Universidade Nacional de Cingapura queriam algo muito mais direto, em que a própria água gere eletricidade diretamente – sem precisar de um equipamento gerador eletromagnético.

Deu certo. Um fluxo de gotas, semelhantes às gotas de chuva, gera eletricidade conforme se move através de um tubo plástico. Cada tubo, medindo 32 centímetros de comprimento e com um diâmetro interno de 2 milímetros, gera 440 microwatts, energia suficiente para acender 12 LEDs.

A água que flui sobre uma superfície eletricamente condutora pode gerar sua própria carga elétrica por meio de um processo chamado separação de cargas – já foram demonstrados dispositivos nos quais o movimento de uma gota gera mais de 5 volts de eletricidade. O mecanismo envolve os prótons positivamente carregados das moléculas de água, que ficam no líquido, e os elétrons negativamente carregados, que são doados à superfície. É muito parecido com o que ocorre quando se gera eletricidade estática esfregando um balão no cabelo.

A colisão frontal das gotículas no topo do tubo produz um escoamento segmentado, em que pequenas colunas de água são intercaladas com bolsões de ar – esse tipo de fluxo também é conhecido como escoamento em pistão ou escoamento em tampão. À medida que a água flui pelo interior do tubo, as cargas elétricas se separam. Fios colocados no topo do tubo e dentro do recipiente onde a água cai do tubo coletam a eletricidade.

“A água que cai através de um tubo vertical gera uma quantidade substancial de eletricidade usando um padrão específico de fluxo de água: o fluxo de água em forma de tampão,” disse o professor Siowling Soh. “Esse padrão de fluxo de água em forma de tampão pode permitir que a energia da chuva seja aproveitada para gerar eletricidade limpa e renovável.”

O princípio é similar ao da geração de eletricidade estática.

Gerador pingoelétrico

A ideia é aproveitar não apenas a chuva, mas também pequenos fluxos de água, que não são adequados para a geração hidrelétrica.

A separação de cargas é tipicamente ineficiente porque se restringe à superfície sobre a qual a água se move. Outras equipes já haviam tentado melhorar essa eficiência disponibilizando mais área de superfície por meio de canais em micro ou nano-escalas, para produzir um fluxo contínuo de água. O problema é que a água não passa naturalmente por canais tão pequenos, e bombeá-la gasta mais energia do que é gerada.

Por isso a equipe queria produzir eletricidade usando canais maiores, pelos quais a água da chuva possa passar.

O sistema de fluxo em pistão converte em eletricidade mais de 10% da energia da água que cai pelos tubos. E, em comparação com a água fluindo em um fluxo contínuo, o fluxo em pistão produziu 5 ordens de magnitude (10⁵) a mais de eletricidade. Como a velocidade das gotas era muito menor no experimento do que em uma chuva, os pesquisadores esperam que o sistema colete quantidades muito significativas de eletricidade quando aplicado a gotas que caem – seja diretamente da chuva ou por um chuveiro que guie um fluxo de água natural.

Experimento mostrando a eletricidade gerada pelos pingos sendo usada para alimentar 12 LEDs.

Multiplicando a energia

Em outro experimento, os pesquisadores observaram que a movimentação de água por dois tubos, simultânea ou sequencialmente, gera o dobro de energia, ou seja, dá para ligar os tubos em série ou em paralelo.

Para tirar proveito disto, eles canalizaram a água por quatro tubos, e a instalação alimentou 12 LEDs continuamente, enquanto o depósito de água acima continuasse a manter o fluxo intermitente.

Os pesquisadores afirmam que a energia de fluxo segmentado pode ser mais simples de instalar e manter do que usinas hidrelétricas, e pode ser conveniente para espaços urbanos, como telhados.

“Podemos, pela primeira vez, coletar a energia da chuva ou de outras fontes naturais, como rios ou cachoeiras, por meio da separação de carga na interface sólido-líquido,” concluiu Soh.