Imagine um mundo em que muros, calçadas e pontes armazenam e liberam energia elétrica. Uma cidade onde o concreto ao nosso redor funciona como “baterias” gigantes. Essa é a proposta de mais um experimento realizado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, na sigla em inglês), nos EUA. Pesquisadores aprimoraram um concreto de carbono condutor de elétrons — também conhecido como EC³ (pronuncia-se “ec-cubed”) — combinando cimento, água, negro de fumo ultrafino (com partículas em nanoescala) e eletrólitos.
Até então, armazenar energia suficiente para atender às necessidades diárias de uma casa média exigiria cerca de 45 metros cúbicos de EC³, aproximadamente a quantidade de concreto usada em um porão típico. Agora, com o eletrólito aprimorado, a mesma tarefa pode ser realizada com cerca de 5 metros cúbicos, volume de uma parede típica de porão.
“A chave para a sustentabilidade do concreto é o desenvolvimento do ‘concreto multifuncional’, que integra funcionalidades como armazenamento de energia, autorreparação e sequestro de carbono. O concreto já é o material de construção mais utilizado no mundo, então por que não aproveitar essa escala para criar outros benefícios?”, questiona Admir Masic, principal autor do novo estudo.
As mudanças foram possíveis graças à reconstrução da rede de nanocarbono negro dentro do EC³ a partir de uma técnica chamada tomografia FIB-SEM, que utiliza um microscópio eletrônico de varredura para fornecer imagens de alta resolução. A partir daí, a equipe pôde testar diferentes eletrólitos para verificar a densidade de armazenamento de energia. Até mesmo água do mar entrou no portfólio, tornando o material viável para aplicações costeiras e marinhas, incluindo estruturas de suporte para parques eólicos offshore.
Inspiração romana
Em princípio, o EC³ pode ser incorporado em elementos arquitetônicos, como lajes, paredes, domos e abóbadas, e também na própria estrutura. A equipe se inspirou na arte romana para construir um arco em miniatura e demonstrar como a forma estrutural e o armazenamento de energia podem funcionar em conjunto.
“Os antigos romanos fizeram grandes avanços na construção em concreto. Estruturas maciças como o Panteão permanecem até hoje sem reforço. Se mantivermos o espírito deles de combinar a ciência dos materiais com a visão arquitetônica, poderemos estar à beira de uma nova revolução arquitetônica com concretos multifuncionais como o EC³”, propõe Masic.
Operando a 9 volts, o arco suportou seu próprio peso e a carga adicional, enquanto alimentava uma luz de LED. No entanto, quando a carga sobre o arco aumentou, a luz piscou. Isso provavelmente se deve à forma como o estresse afeta os contatos elétricos ou a distribuição de cargas.
“Pode haver uma espécie de capacidade de automonitoramento aqui. Se pensarmos em um arco de EC 3 em escala arquitetônica, sua saída pode flutuar quando for impactado por um estressor como ventos fortes. Podemos usar isso como um sinal de quando e em que medida uma estrutura está estressada, ou monitorar sua saúde geral em tempo real”, explicou Masic.
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Próximos passos
Na vida real, a tecnologia já foi testada para aquecer lajes de calçada em Sapporo, Japão, devido às suas propriedades termicamente condutivas. A equipe agora está trabalhando em aplicações como vagas de estacionamento e estradas para carregar veículos elétricos, bem como residências que possam operar totalmente fora da rede.
“Precisamos de uma maneira de armazenar e liberar energia. Isso geralmente significa uma bateria, que muitas vezes depende de materiais escassos ou nocivos. Acreditamos que o EC³ é um substituto viável, permitindo que nossos edifícios e infraestrutura atendam às nossas necessidades de armazenamento de energia”, disse Franz-Josef Ulm, codiretor do EC³ Hub.
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