Pesquisadores da Binghamton University, em Nova York, desenvolveram um papel de parede capaz de absorver a umidade do ar e transformá-la em eletricidade. A tecnologia pode alimentar dispositivos de baixo consumo, como sensores, teclados sem fio e equipamentos de casas inteligentes, enquanto também ajuda a reduzir a umidade dos ambientes.
Uma estrutura com 1.596 unidades conseguiu produzir energia suficiente para alimentar um teclado sem fio sem baterias.
Os painéis solares instalados nos telhados já fazem parte da realidade de mais de 6 milhões de residências nos Estados Unidos. Agora, pesquisadores americanos estudam a possibilidade de aproveitar outra área das casas para a geração de energia: as próprias paredes.
Uma equipe da Binghamton University, no estado de Nova York, desenvolveu um papel de parede feito à base de papel capaz de captar a umidade presente no ambiente e convertê-la em uma pequena corrente elétrica. A proposta significa que, no futuro, paredes de salas, quartos e escritórios poderão ajudar a alimentar equipamentos eletrônicos de baixo consumo sem depender diretamente de baterias ou da luz solar.
A tecnologia ainda está em desenvolvimento e não produz energia suficiente para equipamentos de grande porte. No entanto, os pesquisadores acreditam que ela poderá encontrar aplicações importantes em sensores ambientais e dispositivos conectados à chamada Internet das Coisas, ou IoT.
Como a umidade do ar pode gerar eletricidade
A tecnologia funciona por meio de pequenos geradores conhecidos como moist-electric generators, ou MEGs, que utilizam moléculas de água disponíveis naturalmente no ar. Quando a umidade é capturada pelo material, ocorre a separação e o deslocamento de íons em seu interior. Esse processo cria um gradiente de concentração iônica e, consequentemente, uma diferença de potencial entre os dois lados do papel.
O resultado é a produção contínua de uma pequena quantidade de eletricidade. Uma das principais vantagens do sistema é que ele não depende da luz solar para funcionar. Tecnologias de geração de energia a partir da umidade já vinham sendo pesquisadas anteriormente, mas grande parte das soluções era voltada para ambientes externos, onde as condições climáticas variam constantemente.
Chuvas podem provocar grandes variações na quantidade de umidade disponível, enquanto calor intenso e exposição ao sol podem interferir no funcionamento dos dispositivos. Dentro das residências, entretanto, o ambiente tende a ser consideravelmente mais estável.
Casas oferecem condições favoráveis para gerar energia
A umidade relativa do ar dentro de residências costuma permanecer entre 30% e 60% durante boa parte do ano, criando condições mais previsíveis para esse tipo de tecnologia. Além disso, atividades comuns realizadas dentro das casas constantemente adicionam vapor de água ao ambiente.
Cozinhar, tomar banho quente e até mesmo respirar aumentam a quantidade de umidade disponível no ar. Em vez de simplesmente remover essa água utilizando sistemas de climatização, os pesquisadores estudam a possibilidade de aproveitar parte dela para produzir energia.
Segundo o professor Seokheun “Sean” Choi, da Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science, grandes quantidades de energia são utilizadas por sistemas de aquecimento, ventilação e ar-condicionado – conhecidos nos Estados Unidos como HVAC systems – para remover a umidade do ambiente. A proposta desenvolvida pela equipe poderia contribuir para controlar os níveis de umidade ao mesmo tempo em que produz eletricidade.
Tecnologia usa circuitos eletrônicos impressos em papel
Para tornar o sistema mais barato, funcional e potencialmente viável para produção em grande escala, os pesquisadores recorreram à chamada papertronics, área da eletrônica dedicada à criação de circuitos e componentes diretamente sobre papel. O funcionamento lembra um pequeno circuito eletrônico.
Nas extremidades do material, o glicerol funciona como uma espécie de esponja capaz de capturar moléculas de água presentes no ambiente. Na parte central existe uma estrutura elevada de polímero, feita de polivinilpirrolidona, ou PVP, combinada com um padrão de cera.
Essa estrutura controla a liberação e a evaporação da água, permitindo criar um fluxo direcionado de umidade através do material. O objetivo é manter um gradiente estável entre as diferentes partes do papel e, dessa forma, permitir a geração contínua de eletricidade.
Um dos desafios da equipe foi combinar diferentes áreas funcionais no mesmo material mantendo a possibilidade de fabricação por impressão, algo considerado essencial para que a tecnologia possa eventualmente ser produzida em larga escala.
Papel de parede conseguiu alimentar teclado sem bateria
A tecnologia não pretende substituir painéis solares, mas pode alimentar sensores e dispositivos de baixo consumo de casas inteligentes.
Para demonstrar a aplicação prática da tecnologia, os pesquisadores construíram uma folha de papel de parede composta por 1.596 unidades interconectadas. Nos testes relatados pela equipe, uma única unidade produziu aproximadamente 0,34 volt, com densidade de potência de cerca de 2,2 µW/cm² em condições de 80% de umidade relativa.
Ao conectar centenas dessas pequenas unidades, os pesquisadores conseguiram gerar energia contínua suficiente para alimentar um teclado sem fio sem a utilização de baterias. O resultado indica uma possível aplicação para equipamentos eletrônicos que precisam de pouca energia para funcionar. Isso inclui sensores de temperatura, monitores ambientais, termostatos inteligentes, módulos de comunicação sem fio e diversos aparelhos que fazem parte do crescente ecossistema de casas conectadas.
Tecnologia também pode ajudar a reduzir a umidade
Além de gerar energia elétrica, o material apresentou outro efeito durante os experimentos: a redução da umidade do ambiente. Em um dos testes, a umidade relativa no espaço analisado caiu de aproximadamente 38% para 32%.
Essa característica faz com que o papel de parede tenha potencial para desempenhar duas funções simultaneamente: produzir pequenas quantidades de eletricidade e funcionar como uma forma passiva de controle da umidade.
Para residências localizadas em regiões úmidas ou que utilizam constantemente ar-condicionado e desumidificadores, essa possibilidade pode se tornar particularmente interessante caso a tecnologia consiga avançar para aplicações comerciais.
Fios ficam escondidos atrás do papel de parede
Outro desafio enfrentado pelos pesquisadores foi tornar o sistema compatível com a estética de uma residência. Uma parede coberta por circuitos e fios aparentes dificilmente seria atraente para os consumidores. Por isso, as conexões elétricas foram posicionadas na parte traseira do papel de parede, permitindo que o sistema mantenha uma aparência mais próxima de um revestimento convencional.
A equipe também testou diferentes formas de conectar os pequenos geradores, incluindo configurações em série e em paralelo. A possibilidade de fabricar o sistema utilizando técnicas de impressão sobre papel também poderá ajudar a reduzir custos caso o projeto chegue à produção em escala comercial.
Papel de parede não substituirá a energia elétrica convencional
Apesar das possibilidades, a tecnologia possui limitações importantes. Um papel de parede como esse não seria capaz de alimentar uma geladeira, um forno elétrico ou um sistema de ar-condicionado, pelo menos com o nível atual de desenvolvimento.
A quantidade de eletricidade produzida ainda está na faixa dos microwatts, o que restringe sua utilização a dispositivos que consomem pouca energia. A proposta, portanto, não é substituir os painéis solares ou a rede elétrica convencional. O objetivo é criar uma fonte complementar de energia capaz de alimentar pequenos aparelhos de forma contínua.
Casas inteligentes podem ser uma das principais aplicações
O crescimento dos dispositivos conectados cria um cenário particularmente favorável para tecnologias desse tipo. Casas modernas utilizam um número cada vez maior de sensores e pequenos dispositivos eletrônicos para acompanhar temperatura, umidade, qualidade do ar, segurança e consumo de energia.
Muitos desses equipamentos funcionam utilizando pequenas baterias que precisam ser substituídas periodicamente. Com uma fonte permanente de energia integrada às paredes, alguns dispositivos de Internet das Coisas poderiam funcionar diretamente com a eletricidade captada da umidade do ambiente, diminuindo a dependência de baterias descartáveis.
A solução poderia ser utilizada, por exemplo, em termostatos inteligentes, sensores ambientais, sistemas de monitoramento de ambientes, controles sem fio e equipamentos responsáveis por coletar informações dentro de prédios inteligentes.
Paredes podem entrar na geração de energia limpa
A energia solar transformou os telhados em uma das principais áreas de geração de eletricidade residencial nos Estados Unidos. A pesquisa da Binghamton University sugere que, futuramente, as paredes também poderão contribuir para esse processo.
Além da geração de energia, a capacidade do material de retirar parte da umidade do ambiente poderia, em determinadas condições, ajudar a diminuir o trabalho realizado por sistemas de climatização. Isso significa que os moradores poderiam potencialmente obter dois benefícios de uma mesma tecnologia: gerar pequenas quantidades de energia limpa e contribuir para o controle da umidade interna.
Ainda não existe indicação de que esse tipo de papel de parede chegará ao mercado no curto prazo. Os pesquisadores continuam buscando formas de melhorar o desempenho e aumentar a quantidade de energia produzida. Caso a tecnologia se torne economicamente viável e alcance a produção em larga escala, uma nova geração de casas inteligentes poderá utilizar não apenas seus telhados, mas também suas paredes como parte da infraestrutura energética.
A pesquisa foi desenvolvida por Guangya “Roger” Yuan, Yang “Lexi” Gao e Seokheun “Sean” Choi, da Binghamton University, e publicada na revista científica Advanced Energy Materials.
FAQ – Perguntas frequentes
Como um papel de parede consegue gerar eletricidade?
O sistema utiliza pequenos geradores moist-electric, conhecidos como MEGs, que absorvem moléculas de água presentes no ar. A movimentação e separação de íons dentro do material cria uma diferença de potencial elétrico, permitindo a geração de corrente.
O papel de parede precisa de luz solar?
Não. Diferentemente dos painéis solares, a tecnologia utiliza a umidade do ar como fonte para o processo de geração de eletricidade, o que permite seu funcionamento em ambientes internos e sem exposição direta ao sol.
Quanta energia esse papel de parede consegue produzir?
Uma unidade testada pelos pesquisadores produziu aproximadamente 0,34 volt e apresentou densidade de potência de cerca de 2,2 µW/cm² em condições de 80% de umidade relativa. Uma estrutura maior, formada por 1.596 unidades interconectadas, conseguiu alimentar um teclado sem fio.
O papel de parede pode alimentar eletrodomésticos?
Atualmente, não. A geração ocorre na escala de microwatts e é mais adequada para equipamentos que consomem pouca energia, como sensores ambientais, termostatos inteligentes, monitores de temperatura e pequenos dispositivos conectados.
Quando o papel de parede que gera eletricidade chegará às casas?
Ainda não há previsão para comercialização. A tecnologia continua em fase de pesquisa, e os cientistas trabalham para aumentar a geração de energia e desenvolver processos de fabricação que permitam produção em larga escala.
