Entrevista - Eletricidade no ar

Aposentado desde 2011 do quadro docente da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Fernando Galembeck está longe de parar de trabalhar. O químico graduado e com doutorado pela Universidade de São Paulo (USP) notabilizou-se em especial por seus trabalhos com nanotecnologia e publicou seu primeiro estudo sobre nanopartículas em 1978. Já dirigiu o Laboratório Nacional de Nanotecnologia no Centro Nacional de Pesquisas em Energia e Materiais, em Campinas (SP), foi vice-reitor da Unicamp e exerceu funções de gestão em instituições como o Ministério da Ciência e Tecnologia, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes). De volta à Unicamp como professor convidado, ele hoje se dedica, entre outros temas, ao estudo da eletricidade gerada pelo atrito, triboeletricidade, e daquela obtida das partículas de água presentes no ar, higroeletricidade.

Nesta entrevista à  Ciência para a Vida, Galembeck, também membro da The World Academy of Sciences (TWAS) e da Royal Society of Chemistry, fala sobre o potencial e a possível aplicação da higroeletricidade, que, como sintetiza, é a eletricidade advinda da umidade. É uma das suas frentes na busca de alternativas estratégicas para a geração de energia e da compreensão de fenômenos que intrigam muitas pessoas, até mesmo cientistas. 

XXI – O que é higroeletricidade?
Galembeck – É o aparecimento de eletricidade, o aparecimento de uma voltagem, num arranjo de materiais expostos à umidade elevada. Em síntese, é a eletricidade advinda da umidade. Sabemos que existe muita eletricidade na atmosfera, que se manifesta na forma de relâmpagos. O problema, até pouco tempo atrás, era descobrir como essa eletricidade é gerada e quem são seus portadores. Em um trabalho de 2010 e em outros trabalhos recentes, meus estudantes e eu demonstramos que essa eletricidade atmosférica está associada principalmente à umidade e pode ser transferida para objetos situados na superfície da terra.

XXI – De que forma essa constatação pode ser demonstrada?
Galembeck – A demonstração pode ser feita com um dispositivo simples, construído com uma chapa de alumínio isolada eletricamente da terra e separada de outra chapa feita de outro metal, cobre por exemplo. As duas chapas são separadas por uma folha de papel isolante. Esse dispositivo é um capacitor, é um dispositivo elétrico. Transferido para um ambiente de umidade elevada, nota-se uma diferença de potencial elétrico entre as duas chapas, entre os dois metais. Essa diferença de potencial significa que o dispositivo acumulou energia, que pode ser transferida e utilizada. Como nós explicamos o aparecimento da diferença de potencial? No ar úmido existem moléculas de água que, por sua vez, contêm íons. No caso da água, são íons H+ ou OH-, portanto com cargas elétricas opostas. Os metais captam essas cargas da atmosfera. E as captam de maneira diferente, dependendo do metal: alumínio capta (ou adsorve) preferivelmente os íons negativos, enquanto o aço inox capta íons positivos. Num ambiente úmido, os metais adquirem cargas elétricas que os energizam, criando uma tensão elétrica ou voltagem que pode chegar a cerca de um volt. Isso já é significativo para captura de energia do ambiente. É possível transferir e armazenar essa energia, essa eletricidade. Gerada em sistemas de pequena escala, essa eletricidade pode ser armazenada em capacitores e pode acender LEDs por exemplo. Funciona.

XXI – Como os senhores chegaram a essa descoberta? 
Galembeck – Por meio de uma série de fatos, alguns acidentais, que percebemos em alguns experimentos. Em um experimento feito com partículas bem fininhas de sílica, medimos o potencial elétrico estático sobre esse pó, tanto em umidade alta quanto em umidade baixa. Quando a umidade é alta, a sílica é mais negativa, quando a umidade é mais baixa, a sílica fica menos negativa, não chega a um potencial zero, mas fica bem menos negativa. Portanto, a umidade provoca uma variação no potencial elétrico. Esse era um resultado novo e inesperado, que precisava ser confirmado. Uma forma de verificação é, sempre, medir de forma diferente. Montamos outro experimento, medindo a carga elétrica associada à umidade. Usamos um instrumento simples chamado copo de Faraday. É um par de cilindros metálicos, com diâmetros dife rentes, um dentro do outro. O externo é ligado à terra e o interno é ligado a um coulômetro, aparelho que mede a carga dentro do cilindro interno. Resolvemos observar o que acontecia com o copo de Faraday quando mudávamos a umidade em torno deles e percebemos que mesmo um copo vazio acumula carga, quando a umidade varia. Ensaiamos vários experimentos com diferentes metais, verificamos que se comportam de maneira bastante distinta e concluímos que o latão cromado, por exemplo, adquire muita carga negativa quando a umidade aumenta. Já o cobre adquire muito pouca carga.

XXI – Pesquisas com os protótipos em laboratório permitem mensurar o potencial da tecnologia?
Galembeck – Temos um modelo do equipamento que permite fazer uma projeção do que seria o custo de uma unidade geradora. O investimento por quilowatt produzido é inferior ao de uma hidroelétrica de porte médio. Desse ponto de vista, seria viável. Uma barreira séria, no entanto, ainda não superada, é que durante o processo observamos uma corrosão grande do alumínio. A higroeletricidade desencadeia a oxidação do alumínio, reduzindo sua vida útil. Ou seja, o investimento é baixo, mas a deterioração do material acaba por tornar os custos altos, por causa da necessidade de reposição de material. Estamos agora dedicados a encontrar materiais que possam ser usados como alternativas ao alumínio, que sejam de custo baixo e apresentem grau de deterioração inferior.

XXI – Em determinadas épocas do ano, há menos umidade no ar em algumas regiões. A tecnologia seria viável para todo o Brasil e para todos os períodos?
Galembeck – Depende da forma como o sistema é construído. Em princípio, o melhor lugar para demonstrar a experiência é no meio da floresta, onde a umidade é alta e razoavelmente estável. Mas, para que a tecnologia funcione, não é preciso trabalharmos com umidade ambiente. No caso de uma unidade construída num galpão fechado, seria necessário umidificar o ambiente, o que não seria muito diferente do que faz um horticultor. Temos que levar em consideração o consumo de água, mas nada que não seja resolvido em outras áreas.

XXI – Quando lemos sobre essa tecnologia, pensamos nas placas para coleta de energia solar, placas instaladas em telhados das casas...
Galembeck – Sim, há um paralelo.

XXI – Ela poderia ser usada em algumas regiões?
Galembeck – Sim. A ideia é a geração de eletricidade em regiões remotas. Há localidades que enfrentam problemas, por exemplo, com o fornecimento de diesel. Épocas de seca nos rios que impedem que um barco com a carga chegue, por exemplo.  

XXI – Qual seria o impacto ambiental dessa tecnologia? 
Galembeck – O principal impacto está relacionado aos resíduos resultantes da deterioração do equipamento. No caso do alumínio, metal que melhor funcionou nas experiências, sua oxidação gera resíduo de óxido de alumínio. Uma solução razoável seria a seguinte: aproveitar os restos de latas de alumínio, que são encontradas em qualquer lugar do Brasil, mesmo remoto. A lata é um resíduo e, em vez de ser jogada no ambiente, pode ser usada na construção dos sistemas de higroeletricidade. Em lugares remotos, as latinhas não são levadas para reciclagem, justamente pela distância entre a localidade e os centros que reciclam esse resíduo. O funcionamento de um sistema de higroeletricidade produziria um novo resíduo, o óxido de alumínio resultante do processo de oxidação. Esse óxido pode ser usado como componente de massa de cerâmica ou de cimento. Poderia ser uma linha de trabalho.

XXI – O uso de metal virgem não seria viável?
Galembeck – Em termos econômicos, não. Agora, no caso em que se necessite de uma unidade de geração simples, silenciosa, que não incomoda ninguém e não gera emissões de gases de efeito estufa, embora seja cara, a higroeletricidade pode ser uma solução. Mas não creio que seja um sistema competitivo com as placas fotovoltaicas, citando também outro exemplo. Acho, realmente, que a viabilização do uso da tecnologia em escala depende da descoberta de um material alternativo ao alumínio. 

XXI – Qual a perspectiva de tempo para novas experiências? 
Galembeck – Nesse momento, o projeto anda devagar, está muito limitado pela disponibilidade de pessoal. Há outros aspectos interessantes na questão da higroeletricidade, além do que se refere à energia. Por exemplo, a questão da segurança, diante da eletricidade atmosférica e dos acidentes industriais causados por descargas eletrostáticas.

XXI – Sim, lemos alguma coisa a respeito, sobre a redução de quantidade de raios. É isso? 
Galembeck – Trata-se de conseguir usar os sistemas para dissipar, para reduzir eletricidade atmosférica. Também há problemas na área industrial. Acidentes são comuns, por exemplo, em silos e na indústria de alimentos, onde há material em pó, serragem, resíduos da moagem de palha. Há uma classe de explosões chamada "explosões de pó". A Springer acaba de lançar o livro Chemical Electrostatics, escrito por Thiago Burgo e por mim. No capítulo 12 desse livro, abordamos acidentes e perdas causadas por descargas eletrostáticas e há muitos livros inteiramente dedicados a esse assunto. Por que? Ocorreram muitos acidentes nos Estados Unidos e em muitos outros países, acidentes que fizeram voar fábricas inteiras, deixando mortos. Qualquer poeira orgânica que tenha carbono, de algum jeito, pode explodir. Sabemos que isso ocorre quando a poeira é eletrizada, mas não sabemos os mecanismos que fazem a carga se depositar na poeira. A dificuldade na prevenção é causada justamente pelo fato de que as pessoas não sabem de onde vem a carga.  Manuseio de  produtos da biomassa, farinhas, grãos, farelo, coisas desse tipo, celulose... A eletrização desses produtos depende muito de variações da umidade. 

XXI – Um gerador pode ser usado para segurança nesses casos, se instalado para tirar a carga elétrica do ar?
Galembeck – Não creio. A higroeletricidade seria o mecanismo para retirar a carga elétrica do ar, da atmosfera. Precisamos de bons métodos para medir essa eletricidade e avaliar procedimentos para sua captura, de forma segura. 

XXI – Uma empresa que trabalha com esse tipo de pó tem todo interesse para ter segurança, certo?
Galembeck – Empresas têm interesse, mas precisamos primeiro chegar ao ponto de fazer demonstrações convincentes. As empresas de segurança não podem arriscar adotar um sistema novo sem certeza de que não terão problemas.

XXI – O sistema reduz descarga atmosférica também?
Galembeck – Sim. Isso pode ser observado em uma experiência muito simples, na qual usamos uma folha de papel − usamos papel de filtro porque é rastreável, reprodutível, é só celulose, tem muito pouca impureza. Colocamos um objeto eletrizado atrás do papel e um eletrodo na frente. O eletrodo acusa quando a umidade fica muito alta e, com o desenrolar da experiência, é possível verificar que o papel é eletrizado. Essa eletricidade transferida para o papel, se não for devidamente administrada, pode tornar-se um problema. O papel eletrizado pode produzir uma faísca, se passar perto de qualquer objeto eletrizado, mas com sinal contrário. Esta é outra manifestação da higroeletricidade.

XXI – E no caso das regiões que tem bastante descarga elétrica, problemas com raios, é possível controlar?
Galembeck – Hoje, como nos protegemos de raios? Com para-raios. Em cidades como Brasília, morrem pessoas vítimas de raio, certo? Mas, nas previsões do tempo, há alguma informação sobre eletricidade atmosférica? Sabemos que a nuvem vem, que é bom sair da praia ou da piscina. Mas, de fato, isso não é um comportamento objetivo, porque não sabemos qual o potencial de descarga que está sendo criado. Em Cabo Canaveral, quando vão lançar foguete, a eletricidade da atmosfera é monitorada por uma bateria de medidores de campo elétrico, pois foguetes já explodiram por causa de descargas eletrostáticas. No meu laboratório, procuramos obter sistemas de medida que sejam muito simples e baratos, com os quais possamos mapear potenciais elétricos ao nosso redor, para avaliarmos objetivamente os riscos a que estamos expostos. Outro objetivo da nossa pesquisa é reduzir ou controlar a eletrização no ambiente, capturando a eletricidade. Assim, conseguiremos duas coisas: aproveitar essa energia e reduzir a eletricidade da atmosfera, evitando raios e outras descargas. 

XXI – Essa aplicação é um dos conhecimentos que vocês têm sobre geração de eletricidade. Mais algum tem sido visualizado?
Galembeck – Há alunos e colaboradores trabalhando com coisas semelhantes, mas não é bem higroeletricidade, como, por exemplo, a triboeletricidade, que é a eletricidade provocada pelo atrito. A experiência básica de triboeletricidade é aquela de pegar uma blusa de acrílico, esfregar em um pente e vê-lo atrair pedacinhos de papel. Nesse trabalho, pretendemos produzir nanotribogeradores − geradores triboelétricos baseados em nanoestruturas. Não é uma coisa original nossa, há várias experiências com isso no mundo. As experiências com nanotribogeradores procuram atender às demandas dos sistemas distribuídos, sistemas que não estão ligados às redes de distribuição de energia. Estes não são uma parte muito grande da matriz energética, mas são estratégicos. Um celular, por exemplo: a duração da bateria entre recargas é um problema sério que afeta muita gente. Porém, quando você está andando está também gerando eletricidade. A roupa que é atritada, o sapato... A pergunta é: conseguiríamos colher uma parte dessa eletricidade e usá-la para carregar celulares automaticamente? Outra situação é a das redes de monitoramento, seja para prevenção de desastres, seja para monitoramento de campos de petróleo. No caso aqui do Brasil, há poços que são profundos, longe da costa e há necessidade de sensores distribuídos que acusem, por exemplo, vazamentos. É necessário monitorar esses sinais, mas há plataformas distantes, a cem ou mais quilômetros da costa. Para manter os sensores, é preciso ter uma fonte de energia. Seria muito bom se, nesses lugares, a geração fosse local, autônoma, e não é necessário produzir grandes quantidades de energia. Provavelmente consegue-se alimentar muitos sensores e transmissores com um quilowatt, que é menos do que se gasta para iluminar uma residência média. Mas a fonte de energia precisa ser autônoma. Voltando à geração de energia em grande escala, esse é o grande objetivo. Alguns pesquisadores na Índia e Indonésia publicaram artigos afirmando que a higroeletricidade pode contribuir significativamente para o abastecimento naqueles países. Não sou tão otimista quanto eles, mas se eles estiverem certos, isso será melhor para todos.