p Um material recém-desenvolvido que é tão perfeitamente transparente que você mal pode ver que pode desbloquear muitos novos usos para o calor solar. Ele gera temperaturas muito mais altas do que os coletores solares convencionais - o suficiente para ser usado para aquecimento doméstico ou para processos industriais que requerem calor de mais de 200 graus Celsius (392 graus Fahrenheit). p A chave para o processo é um novo tipo de aerogel, um material leve que consiste principalmente de ar, com uma estrutura de sílica (que também é usada para fazer vidro). O material deixa a luz do sol passar facilmente, mas impede que o calor solar escape. Os resultados são descritos no jornal ACS Nano , em um artigo de Lin Zhao, um estudante de pós-graduação do MIT; Evelyn Wang, professor e chefe do Departamento de Engenharia Mecânica; Gang Chen, o Professor Carl Richard Soderberg em Engenharia de Energia; e cinco outros.

p A chave para a coleta eficiente de calor solar, Wang explica, é ser capaz de manter algo quente internamente enquanto permanece frio do lado de fora. Uma maneira de fazer isso é usar um vácuo entre uma camada de vidro e um escuro, material de absorção de calor, que é o método usado em muitos coletores solares de concentração, mas é relativamente caro para instalar e manter. Tem havido grande interesse em encontrar um menos caro, sistema passivo para coletar calor solar nos níveis de temperatura mais elevados necessários para o aquecimento ambiente, processamento de comida, ou muitos processos industriais.

p Aerogéis, um tipo de material semelhante a espuma feito de partículas de sílica, foram desenvolvidos por anos como materiais isolantes altamente eficientes e leves, mas geralmente têm transparência limitada à luz visível, com cerca de um nível de transmissão de 70 por cento. Wang diz que desenvolver uma maneira de fazer aerogéis transparentes o suficiente para trabalhar na coleta de calor solar foi um processo longo e difícil que envolveu vários pesquisadores por cerca de quatro anos. Mas o resultado é um aerogel que deixa passar mais de 95 por cento da luz solar incidente, mantendo suas propriedades altamente isolantes.

p A chave para fazê-lo funcionar estava nas proporções precisas dos diferentes materiais usados ​​para criar o aerogel, que são feitos pela mistura de um catalisador com grãos de um composto contendo sílica em uma solução líquida, formando uma espécie de gel, e, em seguida, secar para retirar todo o líquido, deixando uma matriz que é principalmente de ar, mas mantém a força da mistura original. Produzindo uma mistura que seca muito mais rápido do que os aerogéis convencionais, eles encontraram, produziu um gel com espaços de poros menores entre seus grãos, e isso, portanto, espalhou muito menos a luz.

p Em testes em um telhado do campus do MIT, um dispositivo passivo que consiste em um material escuro absorvente de calor coberto com uma camada do novo aerogel foi capaz de atingir e manter uma temperatura de 220 C, no meio de um inverno de Cambridge, quando o ar externo estava abaixo de 0 C.

p Essas altas temperaturas anteriormente só eram práticas usando sistemas de concentração, com espelhos para focar a luz do sol em uma linha ou ponto central, mas este sistema não requer concentração, tornando-o mais simples e menos oneroso. Isso poderia torná-lo útil para uma ampla variedade de aplicações que requerem níveis mais elevados de calor.

p Por exemplo, Coletores simples de telhados planos são frequentemente usados ​​para água quente sanitária, produzindo temperaturas de cerca de 80 C. Mas as temperaturas mais altas permitidas pelo sistema de aerogel podem tornar esses sistemas simples utilizáveis ​​para aquecimento doméstico também, e até mesmo para alimentar um sistema de ar condicionado. Versões em grande escala podem ser usadas para fornecer calor para uma ampla variedade de aplicações químicas, produção de alimentos, e processos de fabricação.

p Zhao descreve a função básica da camada de aerogel como "como um efeito estufa. O material que usamos para aumentar a temperatura age como a atmosfera da Terra para fornecer isolamento, mas este é um exemplo extremo disso. "

p Para a maioria dos propósitos, o sistema passivo de coleta de calor seria conectado a tubos contendo um líquido que poderia circular para transferir o calor para onde for necessário. Alternativamente, Wang sugere, para alguns usos, o sistema pode ser conectado a tubos de calor, dispositivos que podem transferir calor à distância sem a necessidade de bombas ou peças móveis.

p Porque o princípio é essencialmente o mesmo, um coletor de calor solar à base de aerogel pode substituir diretamente os coletores à base de vácuo usados ​​em algumas aplicações existentes, oferecendo uma opção de baixo custo. Os materiais usados ​​para fazer o aerogel são abundantes e baratos; a única parte cara do processo é a secagem, que requer um dispositivo especializado denominado secador de ponto crítico para permitir um processo de secagem muito preciso que extrai os solventes do gel, preservando sua estrutura em nanoescala.

p Porque esse é um processo em lote, em vez de um processo contínuo que poderia ser usado na fabricação rolo a rolo, pode limitar a taxa de produção se o sistema for ampliado para níveis de produção industrial. "A chave para o aumento de escala é como podemos reduzir o custo desse processo, "Diz Wang. Mas mesmo agora, uma análise econômica preliminar mostra que o sistema pode ser economicamente viável para alguns usos, especialmente em comparação com sistemas baseados em vácuo. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.