Existem muitas maneiras de gerar eletricidade - baterias, painéis solares, turbinas eólicas, e represas hidrelétricas, para citar alguns exemplos ... e agora, há ferrugem.

Uma nova pesquisa conduzida por cientistas da Caltech e da Northwestern University mostra que filmes finos de ferrugem - óxido de ferro - podem gerar eletricidade quando a água salgada flui sobre eles. Esses filmes representam uma forma inteiramente nova de gerar eletricidade e podem ser usados ​​para desenvolver novas formas de produção de energia sustentável.

As interações entre compostos metálicos e água salgada costumam gerar eletricidade, mas isso geralmente é o resultado de uma reação química na qual um ou mais compostos são convertidos em novos compostos. Reações como essas são o que ocorre dentro das baterias.

Em contraste, o fenômeno descoberto por Tom Miller, Professor de química da Caltech, e Franz Geiger, Professor de Química da Dow na Northwestern, não envolve reações químicas, ao invés disso, converte a energia cinética do fluxo de água salgada em eletricidade.

O fenomeno, o efeito eletrocinético, já foi observada antes em filmes finos de grafeno - folhas de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal - e é notavelmente eficiente. O efeito é cerca de 30% eficiente na conversão de energia cinética em eletricidade. Para referência, os melhores painéis solares têm apenas cerca de 20% de eficiência.

"Um efeito semelhante foi visto em alguns outros materiais. Você pode pegar uma gota de água salgada e arrastá-la sobre o grafeno e ver um pouco de eletricidade gerada, "Diz Miller.

Contudo, é difícil fabricar filmes de grafeno e aumentá-los para tamanhos utilizáveis. Os filmes de óxido de ferro descobertos por Miller e Geiger são relativamente fáceis de produzir e escalonáveis ​​para tamanhos maiores, Miller diz.

"É basicamente apenas ferrugem no ferro, então é muito fácil fazer em grandes áreas, "Miller diz." Esta é uma implementação mais robusta da coisa vista no grafeno. "

Embora a ferrugem se forme nas ligas de ferro por conta própria, a equipe precisava garantir que fosse formada em uma camada consistentemente fina. Fazer isso, eles usaram um processo chamado deposição física de vapor (PVD), que transforma materiais normalmente sólidos, neste caso, óxido de ferro, em um vapor que se condensa em uma superfície desejada. O PVD permitiu que eles criassem uma camada de óxido de ferro com 10 nanômetros de espessura, cerca de 10 mil vezes mais fino que um fio de cabelo humano.

Quando eles pegaram aquele ferro revestido de ferrugem e fluíram soluções de água salgada de várias concentrações sobre ele, eles descobriram que gerava várias dezenas de milivolts e vários microamperes por cm-2.

"Para uma perspectiva, placas com uma área de 10 metros quadrados cada gerariam alguns quilowatts-hora - o suficiente para uma casa americana padrão, "Diz Miller." Claro, aplicativos menos exigentes, incluindo dispositivos de baixa energia em locais remotos, são mais promissores no curto prazo. "

O mecanismo por trás da geração de eletricidade é complexo, envolvendo adsorção e dessorção de íons, mas funciona basicamente assim:os íons presentes na água salgada atraem elétrons no ferro abaixo da camada de ferrugem. À medida que a água salgada flui, assim como aqueles íons, e por meio dessa força atrativa, eles arrastam os elétrons no ferro junto com eles, gerar uma corrente elétrica.

Miller diz que este efeito pode ser útil em cenários específicos onde há movimentação de soluções salinas, como no oceano ou no corpo humano.

"Por exemplo, energia das marés, ou coisas balançando no oceano, como bóias, poderia ser usado para conversão passiva de energia elétrica, "ele diz." Você tem água salgada fluindo em suas veias em pulsos periódicos. Isso poderia ser usado para gerar eletricidade para alimentar os implantes. "

O artigo que descreve suas descobertas, intitulado "Conversão de energia via nanocamadas de metal, "aparece na edição de 29 de julho da Proceedings of the National Academy of Sciences .