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Cientistas brasileiros criam células solares que podem triplicar eficiência energética

Na nova técnica descoberta pelos pesquisadores, o filme, composto por quatro camadas impressas em poucos minutos por uma impressora especial, passa por uma reação que o torna mais estável e durável

Por Fernanda Santana
Atualização:

Do lado de fora do Centro Politécnico da Universidade Federal do Paraná (UFPR), em Curitiba, plaquinhas verdes colorem o aspecto cinzento dos três andares do prédio. O que a maioria das pessoas não sabe é que elas, na verdade, não param um segundo de converter a luz do sol em energia elétrica.

A utilização de células orgânicas, que possuem carbono na composição e são feitas de plásticos muito finos e flexíveis, para produção de energia elétrica é conhecida há 35 anos. Mas o Grupo de Dispositivos Nanoestruturados da universidade (Dine) da UFPR descobriu uma nova forma de produzir os chamados painéis solares orgânicos, com processos que chegam a triplicar a eficiência da conversão luminosa em elétrica (efeito fotovoltaico).

  • A descoberta rendeu a 100º patente concedida à universidade pelo Instituto Nacional de Propriedade Industrial (Inpi), autarquia federal responsável pela concessão de direitos de propriedade intelectual para a indústria.
  • Na nova técnica descrita pela patente acontece o seguinte: um polímero (informalmente chamado de plástico, borracha ou fibra) semicondutor que contém um átomo de silício em sua composição combinado com uma molécula aceitadora de elétrons (os responsáveis pelo estabelecimento de ligações entre átomos de elementos diferentes), pode sofrer ligação depois do filme feito.
  • Nessa nova reação, que envolve essa ligação química entre as duas substâncias, ocorre um tratamento térmico que torna o material mais estável, durável e eficiente, segundo os pesquisadores.

A descoberta está em fase laboratorial. Nas janelas do Centro Politécnico da UFPR, por exemplo, estão placas feitas antes desse registro e impressas pela única empresa que comercializa placas fotovoltaicas orgânicas das Américas, a mineira Sunew.

Nas janelas do Centro Politécnico da UFPR estão placas impressas pela única empresa que comercializa placas fotovoltaicas orgânicas das Américas, a mineira Sunew. Foto: Marcos Solivan/UFPR

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O registro da patente representa, na avaliação dos pesquisadores do Dine, um avanço em relação às duas principais desvantagens do uso das células solares orgânicas conhecidas atualmente: a durabilidade e eficiência, que ainda são inferiores às das células inorgânicas, que não possuem carbono na composição, como a água e os sais minerais. Só a descoberta de novos condutores pode romper essas barreiras.

Hoje, a forma mais conhecida de conversão da energia solar em elétrica começa a partir da extração do silício, que é uma célula inorgânica encontrada em rochas, areias, barros e solos.

Para essa extração acontecer, geralmente ocorre uma redução industrial do quartzo, colocado em fornos de fundição ligados a até 2 mil ºC.

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Esse processo de fabricação, ao contrário das impressoras que imprimem as células orgânicas, geram mais emissão de gases de efeito estufa para o meio-ambiente, como o CO2.

Já o uso de células orgânicas tem se mostrado “mais simples, maleáveis e adaptáveis”, avalia Maiara de Jesus Bassi, doutora em física pela UFPR e integrante do Dine.

Afinal, diferentemente das placas inorgânicas, que são mais pesadas e rígidas, os filmes orgânicos podem ser colocados em qualquer tipo de superfície. Qualquer mesmo. Cada metro quadrado pesa 100 gramas e pode ficar sobre os locais mais esperados, como janelas e tetos, ou fixados em objetos de uso pessoal, como casacos.

“O primeiro impacto positivo de qualquer célula fotovoltaica é que elas utilizam a energia solar, chamada de energia limpa. Mas as células orgânicas, em relação às inorgânicas, são ainda mais sustentáveis, porque são mais simples de produzir, gerando menos resíduo ao meio ambiente”, completa Bassi, pesquisadora do Dine.

Caminhões viajam pelo Brasil produzindo energia própria

O efeito fotovoltaico funciona a partir de um processo químico descoberto em 1839 pelo físico francês Alexandre Becquerel. Na época, ele descobriu que o sol, quando ilumina determinados materiais, desencadeia uma corrente elétrica. As primeiras células solares inorgânicas, no entanto, só foram desenvolvidas na década de 50.

Desde 2020, o teto das carrocerias de 366 caminhões da Pepsico possui painéis fotovoltaicos orgânicos. Enquanto viajam pelas rodovias, essas placas, que não pesam mais que 5 quilos, geram energia que recarrega as baterias dos veículos Foto: João Silva/Pepsico

A história do uso das células orgânicas para geração de energia é mais recente. Só nos últimos 35 anos, quando partiram em busca de alternativas às células baseadas em silício cristalino, pesquisadores começaram a se debruçar sobre o potencial delas. Isso repercute também nos preços. Um metro quadrado de painel solar orgânico custa, em média, R$ 1 mil. É um valor até 40% menor que os módulos tradicionais. “Ano após ano, ela está se tornando mais conhecida e com certeza será uma tecnologia acessível para todos”, acredita Bassi.

Hoje, os principais compradores dessas células são empresas. É o caso da Pepsico, que adquire o material da Sunew. Desde 2020, o teto das carrocerias de 366 caminhões da empresa possui painéis fotovoltaicos orgânicos. Enquanto viajam pelas rodovias, essas placas, que não pesam mais que 5 quilos, geram energia que recarrega as baterias dos veículos.

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“Estimamos, com essa mudança, uma redução de emissões de 5 mil toneladas de gases do efeito estufa. Houve também aumento da produtividade, tendo em vista que problemas elétricos e de baixa carga geravam horas paradas dos caminhões”, projeta Anderson Pinheiro, diretor de Transportes da PepsiCo Brasil.

A empresa mineira Sunew está localizada em Belo Horizonte. De uma fábrica na zona leste da cidade, saem anualmente 1 milhão de metros quadrados de placas orgânicas, para outras cidades do Brasil e outros países. O principal comprador, hoje, são os Estados Unidos.

“O Brasil é hoje o maior player global no desenvolvimento e comercialização da tecnologia contando com as maiores instalações do mundo que utilizam da tecnologia fotovoltaica impressa incluindo. (Mas) a implantação da tecnologia em larga escala exige capacidade produtiva robusta, diminuição do custo da energia gerada pelo semicondutor e design de produtos e aplicações que atendem as demandas dos usuários”, pondera Felipe Travesso, diretor de Novos Negócios da empresa.

O avanço nas pesquisas sobre as células orgânicas e o maior alcance de público acompanham uma corrida mundial por fontes de energia elétrica menos poluentes.

No Brasil, segundo a Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (Absolar), a energia solar fotovoltaica corresponde a 15% da matriz elétrica. A hidrelétrica, colocada na berlinda pela alteração que gera em ambiente aquáticos e o potencial risco de rompimentos de barragens, é a líder: responde por 50,1% da geração energética brasileira.

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