Geradores de energia termoelanãtrica que produzem energia elanãtrica a partir do calor residual seriam uma ferramenta útil para reduzir as emissaµes de gases de efeito estufa se não fosse por um problema muito incômodo: a necessidade de fazer contatos elanãtricos com o lado quente, que muitas vezes équente demais para materiais que pode gerar uma corrente.

O calor faz com que os dispositivos falhem com o tempo.

Dispositivos conhecidos como termoelanãtricas transversais evitam esse problema ao produzir uma corrente perpendicular ao dispositivo condutor, exigindo contatos apenas na extremidade fria do gerador. Embora considerada uma tecnologia promissora, os materiais conhecidos por criar essa voltagem lateral são pouco eficientes - ou assim pensaram os cientistas.

Pesquisadores da Universidade do Estado de Ohio mostram em um novo estudo que um aºnico material, um cristal em camadas que consiste nos elementos raªnio e sila­cio, acaba sendo o padrãoouro de dispositivos termoelanãtricos transversais.

Os cientistas demonstraram que este aºnico composto funciona como um gerador termoelanãtrico altamente eficaz por causa de uma propriedade rara: carregar simultaneamente cargas positivas e negativas que podem se mover de forma independente, em vez de correr paralelamente entre si, o que os força a ziguezaguear em direção ao contatos para gerar uma corrente elanãtrica.

Ao construir um gerador termoelanãtrico com um cristal de cerca de cinco centa­metros de comprimento, os pesquisadores também determinaram que, quando o cristal estãosituado em um a¢ngulo especa­fico no dispositivo, ele pode produzir uma quantidade impressionante de energia.

"Na³s mostramos que esses materiais são tão eficazes quanto a tecnologia de gerador termoelanãtrico convencional, mas superam suas principais desvantagens", disse o co-autor do estudo Joshua Goldberger, professor de química e bioquímica do Estado de Ohio.

"Esta éa primeira vez que este tipo de dispositivo se mostra via¡vel. Com eficiências ordens de magnitude maiores do que qualquer dispositivo transversal anterior , este composto étão bom quanto o que vocêpode comprar comercialmente, mas promete ser muito mais simples e confia¡vel. "

A pesquisa foi publicada online na revista Energy & Environmental Science .

Embora 97% da energia seja gerada a partir do calor, nosjogamos a maior parte do calor fora, deixando-o escapar das chaminanãs, escapamentos de carros e similares.

"O calor residual érealmente importante. Sempre e sempre houve uma busca para melhorar a eficiência de todos os motores que geram energia a partir do calor - a quantidade de trabalho que vocêpode obter deles para usar", disse o coautor do estudo Joseph Heremans, professor de engenharia meca¢nica e aeroespacial e Ohio Eminent Scholar em Nanotecnologia no estado de Ohio.

"Por muito tempo, sonhamos em encontrar pequenos motores que não tivessem pea§as ma³veis que captassem calor e gerassem eletricidade."

E agora eles tem.

A maioria dos materiais conduz apenas um tipo de carga, fazendo com que a maioria dos dispositivos termoelanãtricos sejam compostos de vários compostos - mas a complexidade de fazer contatos com eles tem dificultado os esforços para construir um gerador termoelanãtrico eficiente e eficaz que seja fa¡cil de construir e possa suportar altas temperaturas.

Dois anos atrás, esta equipe de pesquisa descobriu propriedades inesperadas em um composto diferente que permitia que elanãtrons e buracos, as fontes das cargas negativas e positivas, respectivamente, que geram uma corrente elanãtrica, corressem ao longo do que poderia se assemelhar a uma rodovia norte-sul para um carga e uma rodovia leste-oeste para o outro.

Depois dessa descoberta, os pesquisadores vasculharam as pesquisas existentes sobre outros cristais que outros cientistas descobriram para fazer a mesma coisa.

"Ficamos interessados ​​nisso porque, no ina­cio, não saba­amos que poderia existir. Quando descobrimos que poderia existir, estivemos realmente nos empenhando para encontrar esses materiais", disse Goldberger. Atéo momento, eles confirmaram experimentalmente 15 materiais com essas propriedades - dentre as mais de 110.000 estruturas cristalinas descobertas e catalogadas em um banco de dados internacional.

"Alguns foram descobertos, mas nenhum foi explorado quanto a  funcionalidade. O que descobrimos éque podemos realmente fazer algo com eles", disse Wolfgang Windl, professor de ciência de materiais e engenharia da Ohio State e coautor do estudo .

"Tudo o que temos que fazer écolocar os fios em uma extremidade e orientar o cristal de uma determinada maneira e de repente temos um gerador de energia sem pea§as ma³veis. E vocêo aquece com qualquer perda de calor que tiver em sua casa, carro ou foguete, e isso vai gerar energia livre de emissaµes por si são e basicamente infinitamente. a‰ um pouco como magia negra para mim. "

Teoricamente, um gerador feito com esse composto poderia ser usado em qualquer lugar onde o calor fosse gerado - o tamanho do cristal pode ser varia¡vel e, neste estudo, foi ditado pelo tamanho da fornalha em que foi cultivado.

Heremans disse que o gerador poderia produzir eletricidade suficiente do escapamento do carro para impulsionar o vea­culo para frente, mas ele defende a ideia de usar essa tecnologia em uma escala menor: "As aplicações de menor escala são onde as soluções complexas não são bem-vindas porque são muito caras ," ele disse. "a‰ aa­ que uma solução simples como esta provavelmente éa melhor."