p (PhysOrg.com) - Pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute desenvolveram um novo método para coletar energia de água corrente. Esta descoberta tem como objetivo acelerar a criação de microssensores autoalimentados para uma exploração de petróleo mais precisa e econômica. p Liderado pelo professor Rensselaer Nikhil Koratkar, os pesquisadores investigaram como o fluxo de água sobre superfícies revestidas com o nanomaterial grafeno poderia gerar pequenas quantidades de eletricidade. A equipe de pesquisa demonstrou a criação de 85 nanowatts de energia a partir de uma folha de grafeno medindo 0,03 milímetros por 0,015 milímetros.

p Esta quantidade de energia deve ser suficiente para alimentar sensores minúsculos que são introduzidos na água ou outros fluidos e bombeados para um poço de petróleo potencial, Koratkar disse. À medida que a água injetada se move através de rachaduras e fendas que ocorrem naturalmente nas profundezas da terra, os dispositivos detectam a presença de hidrocarbonetos e podem ajudar a descobrir bolsões ocultos de petróleo e gás natural. Enquanto a água estiver fluindo sobre os dispositivos revestidos de grafeno, eles devem ser capazes de fornecer uma fonte confiável de energia. Essa energia é necessária para que os sensores retransmitam os dados e informações coletados de volta para a superfície.

p “É impossível alimentar esses microssensores com baterias convencionais, porque os sensores são muito pequenos. Então, criamos um revestimento de grafeno que nos permite capturar a energia do movimento da água sobre os sensores, ”Disse Koratkar, professor do Departamento de Mecânica, Aeroespacial, e Engenharia Nuclear e o Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia Rensselaer. “Embora um efeito semelhante tenha sido observado para os nanotubos de carbono, este é o primeiro estudo desse tipo com grafeno. A capacidade de captação de energia do grafeno era pelo menos uma ordem de magnitude superior à dos nanotubos. Além disso, a vantagem das folhas de grafeno flexíveis é que elas podem ser enroladas em quase qualquer geometria ou forma. ”

p Detalhes do estudo, intitulado “Coletando Energia do Fluxo de Água sobre o Grafeno, ”Foram publicados online hoje pelo jornal Nano Letras . O estudo também aparecerá em uma futura edição impressa da revista.

p A exploração de hidrocarbonetos é um processo caro que envolve perfurações profundas na terra para detectar a presença de petróleo ou gás natural. Koratkar disse que as empresas de petróleo e gás gostariam de aumentar esse processo enviando um grande número de sensores em micro ou nanoescala para poços de perfuração novos e existentes. Esses sensores viajariam lateralmente através da terra, transportado por água pressurizada bombeada para esses poços, e na rede de rachaduras que existem sob a superfície da terra. As empresas de petróleo não estariam mais limitadas à exploração vertical, e os dados coletados dos sensores armariam essas empresas com mais informações para decidir os melhores locais para perfurar.

p A descoberta da equipe é uma solução potencial para um desafio importante para a realização desses microssensores autônomos, que precisará ser autoalimentado. Ao cobrir os microssensores com um revestimento de grafeno, os sensores podem coletar energia à medida que a água flui sobre o revestimento.

p “Vamos envolver o revestimento de grafeno em torno do sensor, e atuará como uma "pele inteligente" que funciona como um gerador de energia nanofluídica, ”Disse Koratkar.

p O grafeno é uma folha de átomos de carbono com a espessura de um único átomo, que são dispostos como uma cerca de arame. Para este estudo, A equipe de Koratkar usou grafeno que foi cultivado por deposição de vapor químico em um substrato de cobre e transferido para dióxido de silício. Os pesquisadores criaram um aparelho experimental de túnel de água para testar a geração de energia à medida que a água flui sobre o grafeno em diferentes velocidades.

p Além de demonstrar fisicamente a capacidade de gerar 85 nanowatts de energia a partir de um pequeno fragmento de grafeno, os pesquisadores usaram simulações de dinâmica molecular para entender melhor a física desse fenômeno. Eles descobriram que os íons cloreto presentes na água aderem à superfície do grafeno. À medida que a água flui sobre o grafeno, a força de atrito entre o fluxo de água e a camada de íons cloreto adsorvido faz com que os íons se desviem ao longo da direção do fluxo. O movimento desses íons arrasta as cargas livres presentes no grafeno ao longo da direção do fluxo - criando uma corrente interna.

p Isso significa que o revestimento de grafeno requer a presença de íons na água para funcionar corretamente. Portanto, as empresas de exploração de petróleo precisariam adicionar produtos químicos à água que é injetada no poço. Koratkar disse que isso é fácil, solução barata.

p Para o estudo, A equipe de Koratkar também testou a energia coletada da água que flui sobre um filme de nanotubos de carbono. Contudo, a geração de energia e o desempenho foram muito inferiores aos obtidos com o grafeno, ele disse.

p Olhando para as aplicações futuras potenciais desta nova tecnologia, Koratkar disse que poderia imaginar microrrobôs ou microssubmarinos com alimentação própria. Outra possibilidade é obter energia de um revestimento de grafeno na parte inferior de um barco.