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BATERIA BETAVOLTAICA

As baterias Betavoltaicos são pilhas capazes de produzir pequenas quantidades de energia durante um longo período de tempo.

Uma célula de energia betavoltaica é composta de semicondutores e, pelo menos, um material ligeiramente radioativa. À medida que o isótopo radioativo decaia, emite partículas beta (elétrons). Dispositivos betavoltaicos não são dispositivos de “energia livre” ou de sobre-unidade. Vejamos algumas definições que ajudam a compreender melhor:

  • Beta: significando elétrons beta, elétrons altamente energéticos/pósitrons ejetados durante a decadência de um nêutron em um próton;
  • Voltaica: pertencente ou produzindo corrente elétrica;
  • Betavoltaica: produzindo/extraindo eletricidade de decaimento radioativo;
  • Pilha/bateria de energia betavoltaica: dispositivo que capta elétrons beta emitidos por um radio isótopo em desintegração com a finalidade de produzir energia elétrica utilizável.

Funcionando como células fotovoltaicas, que são diodos semi-condutores, nos quais a corrente flui quando um fóton atinge a junção do diodo, liberando um elétron. Em uma célula betavoltaica, um elétron, produzido por uma pequena fonte radioativa (emissores beta), aciona o diodo em vez de um fóton. A tecnologia é realmente muito segura, as partículas beta que o isótopo emite são de energia muito baixa e são facilmente blindadas. Betavoltaica é uma tecnologia alternativa de energia que promete vida estendida e densidade de potência em relação às tecnologias atuais.

História

Células betavoltaicas foram inventados há mais de 50 anos. Pilhas de energia betavoltaica são algumas vezes conhecidas como baterias beta voltaicas, baterias atômicas, baterias nucleares, fontes/dispositivos de micro potência nuclear, ou células de poder de decaimento de isótopos estimuladas/aceleradas. Sua principal característica que a distingue é o prefixo “longa vida”, uma vez que teoricamente elas podem durar por mais de 20 anos.

marcapasso
Marcapasso

Elas foram inicialmente projetadas para atender os requisitos de alta tensão elétrica, alimentado sondas espaciais e satélites. Já em 1973, foram implementadas no uso em dispositivos médicos de longo prazo, como o marcapasso.

 

A tensão de operação padrão da célula de potência moderna betavoltaica está entre 100kV e 1.5 milhão kV de potencia, porém são capazes de ser adaptados para exigências de tensão mais baixa.

Limitações

Várias limitações podem inibir a eficiência das células de energia betavoltaicas. Uma delas é a reabsorção de elétrons na própria fonte radioativa. A fim de reduzir a auto-absorção da energia beta, o isótopo radioativo deve ser incorporado na rede de um semicondutor.

Outra limitação é que os elétrons altamente energéticos tendem a desgastar ou romper os componentes internos (semicondutores) da célula de potência. Dispositivos betavoltaicos sofrem danos internos aos seus componentes como resultado dos elétrons energéticos. Adicionalmente, à medida que o material radioativo é emitido, diminui lentamente a sua atividade e duração. Ao longo do tempo, um dispositivo beta voltaico produzirá cada vez menos energia, é claro que isto é percebido durante um longo período de anos.

Grande parte da pesquisa betavoltaica conduzida ao longo dos anos tem sido na identificação de semicondutores mais duráveis para aplicações de células de energia. A pesquisa de semicondutores de longa duração tem se intensificado nos últimos anos, testes tem sido realizado com um materiais como o Boro Icosaédrico¹ e Óxido de Grafeno².

Impacto ambiental

Os isótopos usados em dispositivos betavoltaicos de decaimento ficam inertes quando a célula fica sem energia. Isso elimina a possibilidade de resíduos tóxicos ou radioativos. Um escudo epóxi espesso impede que os componentes químicos destas células vazem para fora. Outra vantagem tem sido a fabricação destes dispositivos com um nova classe de metais chamados “metais líquidos”: metais com estruturas amorfas (em oposição às cristalinas). A vida longa útil desses dispositivos podem facilmente ultrapassar os 20 anos de uso contínuo, isto implica que, muitos deles ainda podem ser vendidos como baterias normais mesmo depois de logo período, ajudando assim a minimizar o impacto ambiental.

Aplicações

O uso primário para baterias betavoltaicas é para o uso remoto e de longo prazo, aplicações que requer energia elétrica por uma ou duas décadas. Os recentes avanços tecnológicos levaram alguns a sugerir o uso da betavoltaica para carregar as baterias convencionais em dispositivos de consumo, como smartphones e laptops, Outras aplicações são:

  • Aeroespacial – satélites e outras fontes de alimentação de veículos não tripulados;
  • Indústria de energia: fontes de energia, fontes de energia de backup e remediação de resíduos radioativos através da aceleração artificial de taxas de decaimento isotópico natural;
  • Biotecnologia: Implantes duradouros que requer uso de energia elétrica;
  • Contra-terrorismo: sensores de detecção de radioisótopos para dispositivos nucleares e/u radiológicos (chamados de “bomba suja”).

Embora o uso destas baterias em produtos casuais estejam sendo desenvolvidas, é incerto que os consumidores estarão dispostos a adotar este tipo de “tecnologia nuclear pessoal”, dado o sentimento negativo de insegurança em relação à energia nuclear em geral.

Resumo

citylabsA tecnologia de betavoltaica é a ciência de derivar a energia elétrica útil da decadência beta de determinados isótopos radioativos. Existem limites teóricos inerentes à eficiência e saída de dispositivos beta voltaicos, no entanto a sua produção mesmo com baixas eficiências pode ser bastante significativa. A tecnologia de Beta voltaica tem uma história razoavelmente longa (50 anos ou mais,) mas se beneficiou significativamente das descobertas recentes na ciência de materiais semicondutores, na nanotecnologia e na eletrodinâmica do quantum. A tecnologia Beta voltaica é particularmente promissora para as indústrias aeroespacial, de segurança e de energia. O impacto ambiental desta tecnologia parece mínimo, especialmente quando comparado com a tecnologia atual da bateria.

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Artigos e referências externas

1 – Boro Icosaédric – Semicondutor utilizado em pesquisas pela  Sandia National Labs sandia.gov

2 – Oxido de Grafeno – Semicondutor utilizado pela equipe da NCBI National Center for Biotechnology Information  ncbi.nlm.nih.gov

BIOENERGIA

A bioenergia é energia contida em organismos biológicos vivos ou vivos recentemente(uma definição que especificamente exclui combustíveis fósseis). As plantas obtêm a bioenergia através da fotossíntese, e os animais obtêm-na consumindo plantas. O material orgânico que contém bioenergia é conhecido como biomassa.

Os seres humanos podem usar esta biomassa de muitas maneiras diferentes, através de algo tão simples como a queima de madeira para o calor, ou tão complexo como modificando geneticamente bactérias para criar etanol celulósico. Uma vez que quase toda a bioenergia pode ser rastreada até a energia da luz solar, a bioenergia tem a grande vantagem de ser uma fonte de energia renovável. No entanto, é importante que a bioenergia seja aproveitada de forma sustentável.

A bioenergia é a forma mais utilizada de energia renovável no mundo. Usada em todos os países há séculos, a bioenergia atualmente fornece mais de 15% do suprimento de energia do mundo. A bioenergia é derivada aproveitando os fluxos de energia coletados pelos coletores solares da natureza. É esta capacidade de armazenamento natural da vida orgânica que diferencia a bioenergia de outros tipos de energia renovável.

BIO APLICAÇÕES DE TECNOLOGIA ENERGÉTICA:

  1. BIOCOMBUSTÍVEIS

    Convertendo a biomassa em combustíveis líquidos para transporte. Ao contrário de outras fontes de energia renováveis, a biomassa pode ser convertida diretamente em combustíveis líquidos – biocombustíveis – para nossas necessidades de transporte (carros, caminhões, ônibus, aviões e trens). Os dois tipos mais comuns de biocombustíveis são o etanol e o biodiesel.

    O biodiesel é feito pela combinação de álcool (geralmente metanol) com óleo vegetal, gordura animal ou gorduras recicladas. Pode ser utilizado como um aditivo para reduzir as emissões dos veículos (normalmente 20%) ou na sua forma pura como um combustível alternativo renovável para motores diesel. Outros biocombustíveis incluem metanol e componentes de gasolina reformulados. O metanol, comumente chamado de álcool de madeira, é atualmente produzido a partir de gás natural, mas também pode ser produzido a partir de biomassa. Há uma série de maneiras de converter a biomassa em metanol, mas a abordagem mais provável é a gaseificação. A gaseificação envolve a vaporização da biomassa a altas temperaturas, depois remoção de impurezas do gás quente e passagem através de um catalisador, que o converte em metanol.

  2. BIO ELETRICIDADE

    biomass-gasificationQueimar a biomassa diretamente, ou convertê-la em um combustível ou um óleo gasoso, para gerar eletricidade. Há seis tipos principais de sistemas de bioenergia: Queima direta, incineração, gaseificação, digestão anaeróbia, pirólise, e  modular. A maioria das Plantas  de Bioenergia no mundo usam sistemas de queima direta. Eles queimam matérias-primas bioenergéticas para produzir vapor. Este vapor é geralmente capturado por uma turbina e um gerador, que por sua vez, converte energia cinética em energia elétrica. Em algumas indústrias, o vapor da usina também é usado para processos de fabricação ou para aquecer edifícios. Estes são conhecidos como instalações combinadas de calor e energia. Por exemplo, os resíduos de madeira são frequentemente utilizados para produzir eletricidade e vapor nas fábricas de papel. No brasil vem crescendo a utilização de resíduos agrícolas (bagaço de cana , podas de árvores, etc) como biomassa na produção de energia elétrica.

    Muitas usinas a carvão podem usar sistemas de Incineração para reduzir significativamente emissões, especialmente emissões de dióxido de enxofre. A co-operação envolve o uso de matérias-primas bioenergéticas como fonte suplementar de energia em caldeiras de alta eficiência. Os sistemas de gaseificação usam altas temperaturas e um ambiente com falta de oxigênio para converter a biomassa em gás (uma mistura de hidrogênio, monóxido de carbono e metano).

  3. BIO PRODUTOS

    Bio Produtos
    Convertendo biomassa em produtos químicos para a fabricação de produtos que normalmente são feitos a partir de petróleo. Independentemente dos produtos que podemos fazer a partir de combustíveis fósseis, podemos fazer usando a biomassa. Estes bio produtos, ou produtos de base biológica, não são apenas feitos a partir de fontes renováveis, eles também muitas vezes exigem menos energia para se produzir do que os produtos à base de petróleo. Pesquisadores descobriram que o processo de fabricação de biocombustíveis – liberando os açúcares que compõem amido e celulose em plantas – também pode ser usado para fazer anticongelante, plásticos, colas, adoçantes artificiais e gel para pasta de dentes.

    Outros blocos de construção importantes para bio produtos incluem monóxido de carbono e hidrogênio. Quando a biomassa é aquecida com uma pequena quantidade de oxigênio presente, estes dois gases são produzidos em abundância. Os cientistas chamam esta mistura de gás de biossíntese. O gás de biossíntese pode ser usado para fazer plásticos e ácidos, que podem ser usados na fabricação de filmes fotográficos, tecidos e tecidos sintéticos. Quando a biomassa é aquecida na ausência de oxigênio, ela forma óleo de pirólise. Um produto químico chamado fenol pode ser extraído do óleo de pirólise. O fenol é usado para fazer adesivos de madeira, plástico moldado e isolamento de espuma.

     

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