Pesquisadores da Universidade de Washington, em St. Louis, nos Estados Unidos, desenvolveram um novo material para tornar células de combustível em data centers, dispositivos mais eficientes e resistentes. A tecnologia, que atua como catalisadora, poderá, no futuro, permitir que grandes centros de processamento de dados produzam parte da energia que consomem. O estudo foi publicado na revista científica Nature Nanotechnology.
- Leia mais: Rim de porco mantém paciente sem diálise por 271 dias após transplante
- Minirrobô facilitará tratamentos odontológicos
- Pesquisadores desenvolvem malha para limpar microplásticos da água
De acordo com a pesquisa, uma das alternativas estudadas para diminuir a pressão sobre a rede elétrica é fazer com que os próprios data centers produzam parte da energia de que precisam. As células de combustível podem utilizar hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade, água e calor. Para que a reação aconteça de maneira eficiente, é necessário utilizar um material chamado catalisador. Ele acelera o processo químico e ajuda a transformar o combustível em energia com menor desperdício.
A platina é eficiente como catalisador, mas o alto custo exige o uso de menores quantidades. Para isso, os cientistas criaram um suporte de carbono poroso que mantém nanopartículas de platina e cobalto separadas e estáveis. O material também facilita a passagem de oxigênio, água e prótons, aumentando a eficiência das reações e o desempenho da célula de combustível.
Método
Segundo o professor de tecnologia da informação da faculdade Estácio Brasília, José Pedro Calistro, a inteligência artificial (IA) está ampliando, rapidamente, a necessidade de processamento, armazenamento e transmissão de dados. "Embora muitas vezes se fale em 'nuvem', essa nuvem depende de uma infraestrutura física formada por servidores, redes de telecomunicações, sistemas de refrigeração e uma grande quantidade de energia."
Calistro explica que as células a combustível poderiam ser instaladas nos próprios data centers, para produzir eletricidade no local, funcionando como fonte principal, complementar ou de contingência. "Isso poderia reduzir parte da pressão sobre a rede elétrica e aumentar a continuidade dos serviços, algo especialmente importante em infraestruturas que não podem parar", diz.
Para ele, o diferencial do trabalho não está apenas na combinação entre platina, cobalto e carbono, mas principalmente na arquitetura criada pelos pesquisadores. O carbono foi organizado em esferas ocas, com pequenos canais dispostos de forma radial. Essa estrutura funciona como uma espécie de andaime ou compartimento, mantendo as nanopartículas de platina e cobalto pequenas, separadas e bem distribuídas.
O professor explica que, normalmente, existe um dilema: partículas menores oferecem maior área de contato e melhor desempenho, mas tendem a se deslocar e se aglomerar com o calor e com o uso. Já as partículas maiores são mais estáveis, porém menos eficientes. A nova estrutura permitiu tratar o catalisador em temperaturas da ordem de 1.000 °C, melhorando a organização de seus átomos sem deixar as partículas crescerem excessivamente.
Além disso, os canais facilitam a circulação dos elementos envolvidos na reação, como oxigênio, prótons e água. Segundo o artigo científico, o material manteve 82,5% de seu desempenho depois de 150 mil ciclos acelerados. Portanto, de forma simplificada, a estrutura combina melhor atividade e maior durabilidade.
Futuro
Nos experimentos, o novo catalisador manteve cerca de 85% de seu desempenho depois de 150 mil ciclos de funcionamento. De acordo com os cientistas, esse resultado pode representar aproximadamente 25 mil horas de operação. O teste indica que o material consegue manter boa parte de sua eficiência mesmo depois de um longo período de uso. Apesar disso, novas análises ainda são necessárias, dizem os pesquisadores. É preciso também trabalhar com parceiros da indústria antes que o material possa ser utilizado em larga escala. A expectativa é que o avanço contribua para reduzir a quantidade de platina necessária nos catalisadores e aumentar a vida útil das células de combustível.
Nesse cenário, a principal diferença do catalisador nas células de combustível, provavelmente, não seria visível diretamente no equipamento, afirma o especialista. "As pessoas perceberiam seus efeitos: células a combustível com desempenho mais estável, maior vida útil, menor necessidade de manutenção e, potencialmente, menor custo ao longo do tempo." Segundo o professor, no caso de um data center, isso poderia significar maior confiabilidade no fornecimento de energia e menor risco de interrupções dos serviços digitais.
Em outras aplicações, como transporte, telecomunicações ou geração distribuída, poderia representar equipamentos capazes de operar por mais tempo sem uma perda tão acentuada de desempenho. Também pode haver um aproveitamento mais eficiente da platina, que é um material caro e limitado. "Contudo, a redução efetiva do preço para o consumidor dependerá da produção em escala, do custo do hidrogênio, da infraestrutura necessária e dos testes em condições reais. A descoberta melhora uma parte muito importante da célula a combustível, mas ainda é preciso transformar o resultado de laboratório em uma tecnologia industrial e economicamente viável", conclui Calistro.
Palavra de especialista
Conectividade
"Pela minha trajetória em eletrônica, telecomunicações e computação, vejo uma semelhança com outras transformações tecnológicas: novos produtos e serviços só conseguem se expandir quando a infraestrutura que está por trás deles também evolui. A inteligência artificial tem características de uma tecnologia de propósito geral, capaz de atingir praticamente todos os setores, mas sua expansão também exige soluções para energia, conectividade e capacidade computacional. Entretanto, a célula a combustível não gera energia do nada. Ela precisa de hidrogênio ou de outro combustível, além de sistemas de produção, armazenamento e distribuição. Por isso, a viabilidade dependerá não apenas do catalisador, mas também do custo, da origem do hidrogênio, da segurança, da escala industrial e da integração com a infraestrutura existente. A pesquisa é promissora, mas ainda não representa uma solução comercial já testada em data centers."
José Pedro Calistro Torres de Miranda, professor universitário e profissional de Tecnologia da Informação, com atuação em Business Intelligence, dados e transformação digital
*Estagiária sob a supervisão de Marcelo Abreu