Existem duas formas principais de coleta de energia solar: os painéis fotovoltaicos, que a transformam diretamente em eletricidade; e os sistemas térmicos, usados para aquecer água em residências e, em alguns casos, gerar eletricidade por meio do vapor. Esses últimos, mais avançados, utilizam as chamadas superfícies seletivas, feitas com materiais capazes de transformar, de forma mais eficiente, a energia do Sol em calor. Porém, os sistemas térmicos têm produção de custo alto e usam métodos complexos, que demandam muita energia.
Na tentativa de torná-los mais acessíveis, pesquisadores da Universidade Columbia, nos Estados Unidos, criaram uma forma alternativa para a produção das superfícies seletivas. O projeto tem como base uma reação química simples e espontânea para cobrir uma placa de zinco com átomos de cobre, formando uma superfície que absorve até 97% da energia solar e perde apenas 10% de calor por radiação térmica. Por ser uma reação espontânea, o mecanismo dura pouco tempo, além de produzir um material capaz de coletar a energia solar eficientemente do amanhecer ao pôr do sol.
;A produção sofisticada e o alto preço das superfícies seletivas mostram que elas não são usadas em larga escala, especialmente em lugares como o sul da Ásia e a África, que poderiam se beneficiar com coletores solares de baixo custo;, afirma Jyotirmoy Mandal, um dos autores do artigo, divulgado recentemente na revista Advanced Materials. ;Considerando que nosso processo é tão simples que é usado em demonstrações de química no ensino médio, não fica difícil imaginar que pequenas indústrias em diversas comunidades poderiam facilmente usar esse processo para produzir superfícies seletivas de alta performance;, continua o pesquisador.
O processo usa uma reação química chamada reação de substituição. Uma tira de zinco é mergulhada em uma solução aquosa de um sal de cobre. O zinco, metal mais reativo, se ioniza e substitui o cobre nessa combinação. Ao mesmo tempo, os íons de cobre se transformam em átomos e cobrem a tira metálica com nanopartículas que absorvem a luz eficientemente. ;Elas exibem um comportamento especial, chamado comportamento plasmônico, o que faz com que absorvam muito bem a luz do Sol;, afirma Mandal.
Segundo o pesquisador, essa é uma forma de produção simples, que gasta pouca energia e usa materiais baratos e amigáveis ao meio ambiente. Além disso, a performance das superfícies produzidas é comparável à tecnologia de ponta atual, com 97% de absorção da luz solar com o Sol a pino e 80% com o Sol no horizonte. ;Os resultados da pesquisa são bons, têm uma boa estabilidade, alta absorvência e a emissividade é de 10%, o que é ótimo;, avalia Arno Krenzinger, coordenador do Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. ;Eles mostraram o desenvolvimento de uma superfície seletiva de muito boa qualidade. A questão de o método ser mais barato é difícil de julgar.;
Segundo o professor, um método de produção que funcionou bem em laboratório não funcionará necessariamente da mesma forma em uma indústria. Além disso, não há como garantir que os custos cairão de forma significativa. ;Às vezes não é tão impactante o fato de que apenas um dos processos da produção baixou o custo. Uma peça que custava US$ 5, e agora custa US$ 4, não gera uma economia grande;, explica.
Por outro lado, Krenzinger cita o exemplo de outro componente usado em alguns sistemas solares térmicos. Alguns coletores possuem dois tubos, um dentro do outro, responsáveis por aquecer a água. A produção do tubo interno envolve um tratamento com cobre que o permite absorver a luz e transformá-la em calor. ;Eu sempre dizia nas aulas que fazer um vidro desse tipo seria muito caro. Mas os chineses passaram a produzir esses tubos a R$ 15, e fazem em grande quantidade. Coisa que há 20 anos eu achava impossível;, ilustra.
Desafios
No Brasil, as superfícies seletivas não são muito utilizadas. Devido à alta temperatura ambiente, a menor perda de calor por meio da radiação em coletores comuns não justifica o alto preço da tecnologia. ;Não tem muito mercado, porque ele é mais caro, com materiais melhores, mas não é como se resolvesse um problema que não possa ser resolvido com dois coletores comuns;, afirma Krenzinger.Segundo Mandal, ainda existem alguns desafios na pesquisa. ;Poucas combinações de metais foram testadas. Além disso, como nossas superfícies são metálicas, elas podem oxidar, se expostas a ambientes hostis por muito tempo. Nós estamos trabalhando atualmente para encontrar outros pares de metais para nosso método, encontrar processos simples e baratos para estabilizar as superfícies para o uso em ambientes extremos e outras aplicações óticas;, lista.
* Estagiário sob a supervisão de Carmen Souza
Perdas e ganhos
Os coletores solares térmicos usam um material que absorve o calor para esquentar uma determinada quantidade de água. As superfícies seletivas são mais eficientes porque absorvem grande parte da luz solar e perdem muito pouco o calor acumulado por conta da radiação. Uma tinta especial preta, por exemplo, pode absorver também uma grande quantidade de luz, mas perde grande parte do calor acumulado em forma de radiação infravermelha.
;A produção sofisticada e o alto preço das superfícies seletivas mostram que elas não são usadas em larga escala, especialmente em lugares como o sul da Ásia e a África, que poderiam se beneficiar com coletores solares de baixo custo;
Jyotirmoy Mandal, um dos criadores e pesquisador da Universidade Columbia