Novo cimento revolucionário pode transformar a sua casa numa bateria gigante

Numa bancada de laboratório em Cambridge, no estado americano do Massachusetts, há uma pilha de cilindros de betão preto polidos, entrelaçada por cabos, a ser banhada num líquido.

Para um observador comum, não parece ter muita função. Até que Damian Stefaniuk aperta um interruptor.

Os blocos de betão estão ligados a um LED — um díodo emissor de luz — e a lâmpada acende.

“No início, não acreditei“, diz Stefaniuk, descrevendo a primeira vez que o LED acendeu. “Achei que não tinha desconectado a fonte de energia externa, e por isso o LED estava ligado.”

“Foi um dia maravilhoso. Convidámos os alunos, e eu convidei professores para ver, porque no começo eles também não acreditaram que funcionasse.”

O motivo para tanto entusiasmo? Este pedaço de betão escuro e inócuo pode representar o futuro do armazenamento de energia.

Existem 101 minas de lítio no mundo, e os analistas económicos são pessimistas quanto à capacidade destas minas de acompanhar a crescente procura global.

Apesar de novas reservas de lítio terem sido descobertas, a oferta finita deste material, a dependência excessiva de apenas um punhado de minas no mundo todo e o seu impacto ambiental, impulsionaram a busca por materiais alternativos para baterias.

É aqui que entram Stefaniuk e o seu betão.

Juntamente com os colegas do MIT descobriram uma forma de criar um dispositivo de armazenamento de energia conhecido como supercondensador, a partir de três materiais básicos e baratos: água, cimento e uma substância parecida com fuligem, chamada negro de fumo, material obtido a partir da reciclagem de resíduos ou pneus em fim de vida e resíduos de borracha.

Os supercondensadores são altamente eficientes no armazenamento de energia, mas diferem das baterias em alguns aspetos importantes. Podem recarregar muito mais depressa do que uma bateria de iões de lítio, e não sofrem os mesmos níveis de degradação no desempenho.

Mas os supercondensadores também libertam rapidamente a energia que armazenam, tornando-os menos úteis em dispositivos como telemóveis, computadores ou carros elétricos, em que é necessário um fornecimento constante de energia durante um período prolongado de tempo.

Uma das suas aplicações poderia ser criar estradas que armazenem energia solar, e depois liberá-la para recarregar (sem fio) carros elétricos, enquanto passam pela estrada.

A rápida libertação de energia de um supercondensador de cimento-carbono permitiria que os veículos dessem uma carga rápida às suas baterias. Outra aplicação seria em fundações de casas que armazenam energia.

“Isto permitiria ter paredes, fundações ou colunas que atuem não só no suporte de uma estrutura, mas também no armazenamento de energia no interior”, diz Stefaniuk.

Mas ainda é cedo. Por enquanto, o supercondensador de betão é capaz de armazenar pouco menos de 300 watts-hora / m³ — o suficiente para abastecer uma lâmpada LED de 10 watts por 30 horas.

A produção de energia “pode ​​parecer baixa em comparação com baterias convencionais, mas uma fundação com de 30 a 40 metros cúbicos de betão, pode ser suficiente para atender às necessidades diárias de energia de uma casa residencial”, explica Stefaniuk.

“Dado o uso generalizado de betão em todo o mundo, este material tem potencial para ser altamente competitivo e útil no armazenamento de energia”, salienta.

Stefaniuk e os colegas do MIT comprovaram inicialmente este conceito criando supercondensadores de 1 volt, do tamanho de uma moeda, a partir do material, antes de conectá-los em série para fornecer energia a um LED de 3 volts.

Desde então,  aumentaram a escala para produzir um supercondensador de 12 volts. A equipa conseguiu também usar versões maiores do supercondensador para abastecer um console de games portátil.

Os investigadores estão agora a planear  construir versões maiores, incluindo uma de até 45 metros cúbicos de tamanho, que seria capaz de armazenar cerca de 10 kWh de energia, que seria o necessário para abastecer uma casa por um dia.

O supercondensador funciona devido a uma propriedade incomum do negro de fumo: é altamente condutor.

Isso significa que quando o material é combinado com pó de cimento e água, forma-se um tipo de betão repleto de redes de material condutor, assumindo uma forma que lembra raízes minúsculas ramificadas.

Os condensadores são formados por duas placas condutoras com uma membrana entre si. Neste caso, ambas as placas são feitas de cimento de negro de fumo, que embebidas num sal eletrolítico — cloreto de potássio.

Quando uma corrente elétrica foi aplicada às placas embebidas em sal, as placas carregadas positivamente acumularam iões carregados negativamente do cloreto de potássio. E como a membrana impedia a troca de iõs carregados entre as placas, a separação das cargas criou um campo elétrico.

Como os supercondensadores podem acumular grandes quantidades de carga muito rapidamente, isso poderia tornar os dispositivos úteis para armazenar o excesso de energia produzido por fontes renováveis ​​intermitentes, como a energia eólica e solar — o que reduziria a pressão sobre a rede de abastecimento de energia nos momentos em que o vento não sopra e o Sol não brilha.

Os supercondensadores não são perfeitos. As versões existentes descarregam rapidamente, e não são ideais para uma produção constante, que seria necessária para abastecer uma casa ao longo do dia.

Stefaniuk diz que a sua equipa está a trabalhar numa solução que permitiria refinar a sua versão de cimento-carbono ajustando a mistura, mas só vão divulgar os detalhes após finalizarem os testes e publicarem um artigo.