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Estado de Minas

Sistema aproveita bactéria sensível à umidade para gerar energia


postado em 23/06/2015 13:20 / atualizado em 23/06/2015 13:24

(foto: JOE TURNER LIN/DIVULGAÇÃO)
(foto: JOE TURNER LIN/DIVULGAÇÃO)
 

Brasília – A luz do sol só está presente durante o dia, e o vento pode perder a força. Mas há uma fonte de energia renovável em potencial que pode ser usada em qualquer lugar, a qualquer hora: a umidade do ar. Cientistas norte-americanos descobriram uma forma de gerar força a partir da evaporação natural da água, usando apenas um recipiente do líquido ou simplesmente papel molhado. A técnica, usada para mover um pequeno carrinho de brinquedo e acender uma lâmpada de LED, é relativamente barata e foi descrita na revista Nature Communications.

O método é baseado em um sistema que os cientistas chamam de músculos artificiais movidos a hidroscopia (Hydra, na sigla em inglês), que tira proveito da capacidade de alguns micro-organismos de absorver umidade do ambiente. Quando entra num tipo de estado dormente, a bactéria Bacillus subtilis assume o formato de um esporo, que é muito sensível à presença de água. Se colocados em um ambiente úmido, esses esporos rapidamente acumulam o líquido em nanocavidades e seu volume aumenta em até 6%.

Na nova técnica, esses seres minúsculos são colocados estrategicamente sobre a tira curva de um polímero com apenas oito nanômetros de espessura. Graças aos micro-organismos, a tira plástica sofre uma grande pressão na presença de umidade e acaba mudando de forma. Colocando-se várias dessas tiras em sequência, é possível criar o músculo artificial que pode ser contraído ou relaxado com a simples aproximação de um copo d’água, sem o uso de qualquer combustível. Uma simples mudança da umidade de 30% para 80% é suficiente para quadruplicar o comprimento das tiras de plástico, e até mesmo levantar objetos com massa até 50 vezes superior à dos próprios músculos.

A dinâmica foi testada em alguns mecanismos que tiram proveito da propriedade absorvente dos esporos. O potencial do sistema Hydra pode ser visto em um pequeno moinho de plástico, cujas pás são feitas do polímero encurvado coberto dos micro-organismos. Enquanto metade dos esporos fica próxima a um papel toalha molhado, a outra metade fica exposta ao ar. A resposta dos músculos artificiais à umidade do papel faz com que eles se abram, criando uma leve diferença de equilíbrio do sistema, e fazendo a roda girar. Isso coloca os outros esporos próximos ao papel molhado, que acabam reagindo e mantendo um ciclo que mantém o moinho se movendo enquanto a toalha estiver úmida. Quando combinado a uma estrutura com rodas, o sistema foi capaz de mover um pequeno carro de plástico de 100g.

Cada tira usa uma camada muito fina de bactéria, de apenas cinco esporos de espessura. Esse design torna os músculos artificiais mais sensíveis à mudança de umidade e pode reduzir o tempo de resposta do mecanismo para até três segundos. Os pesquisadores ainda usaram o polímero coberto de bactérias para produzir um pequeno gerador que pode acender uma lâmpadade  LED e um sistema de persianas que se abrem e se fecham, controlando a evaporação de uma tigela cheia d’água. Nos experimentos, uma superfície de 8cm² de água produziu uma média de 2 microwatts de energia, com picos de até 60 microwatts.

Ineditismo

Esse é um dos primeiros experimentos a mostrar que a umidade pode ser usada para gerar energia. “A evaporação está indiretamente envolvida em vários processos de energia. Usinas usam a evaporação para resfriamento, o que aumenta a eficiência. No entanto, até onde eu sei, não houve tentativas deliberadas na comunidade científica para dominar a evaporação no ambiente”, acredita Ozgur Sahin, pesquisador da Universidade de Columbia e principal autor do trabalho.

Por ser bastante resistente e benigna à saúde, essa bactéria já é usada há muito tempo pelos cientistas como um modelo para estudar o comportamento de células. Os esporos são a forma mais durável desse micro-organismo. “A esporulação é a situação em que essa bactéria se encontra em um ambiente onde não há tantos nutrientes. É a forma de ela se proteger. Quando ela faz isso, ela muda o divisomo da região central para um dos polos da célula, aí ela fica protegida, quase dormente”, explica José Roberto Tavares, professor de bioquímica na Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT).

Os esporos da Bacillus subtilis podem durar vários meses, uma situação ideal para a construção de um sistema gerador de energia. Bastaria manter o mecanismo próximo à água para que ele funcionasse por um longo período, sem a necessidade de reabastecê-lo. O processo já foi testado pelos criadores por mais de 1 milhão de ciclos, com praticamente nenhuma perda da performance. “Essa é uma bactéria fantástica, e seu uso como fonte de energia é bem promissor. Com certeza, há a necessidade de mais estudos, mas é um potencial bem grande”, acredita Tavares.

Aplicações

Os autores ressaltam que a técnica ainda é experimental, mas que ela poderia ser usada, futuramente, na criação de próteses, baterias, geradores ou até mesmo roupas inteligentes feitas de tecidos que sejam movidos a suor. Os pesquisadores estimam que fitas feitas a partir de diferentes materiais podem gerar mais energia por área do que uma fazenda eólica. A tecnologia poderia ser aplicada, ainda, em comunidades sem acesso à energia elétrica ou qualquer tipo de infraestrutura tradicional. “A umidade relativa é uma coisa boa para sistemas de energia baseados na evaporação. Isso aumentaria a potência. No entanto, isso ainda funcionaria em São Paulo, por exemplo, ou em outros lugares úmidos, com um bom custo/benefício”, compara Sahin.

A maior vantagem do sistema é que ele praticamente não consome a água e não exige que o líquido passe por qualquer tipo de tratamento. “A evaporação é tão especial porque está em toda parte. Temos 70% da superfície da terra coberta com água, e cada superfície está evaporando para o ar”, ressalta, em um vídeo, Davis Goodnight, estudante do laboratório coordenado por Sahin na Universidade de Columbia. “Para mim, esse projeto abriu formas completamente novas de se pensar sobre a biologia. Você pode levar isso para muitas direções e pensar em várias ideias novas.”

 

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