Como a Biomimética está revolucionando a geração de energia renovável?

Ao estudar as estruturas, processos e sistemas da Natureza, a Biomimética ao longo dos últimos anos já foi responsável por grandes criações, de membranas de alta performance e carros aerodinâmicos a sistemas de refrigeração e sensores de alta performance.

Mais recentemente, os estudos biomiméticos têm se aprofundado sobretudo nas questões envolvendo a geração, armazenamento e distribuição de energia, especialmente as de fontes renováveis. Muitas lições foram tiradas do processo de fotossíntese das plantas e turbinas eólicas cada vez mais eficientes estão se aprimorando a partir do desenho e movimento das barbatanas de baleias e das asas de beija-flores.

A vida biológica e consequentemente a evolução das espécies sempre dependeram de energia para viabilizarem seus processos. E, nesse sentido, a Natureza é certamente o laboratório de inovações mais rico já criado, onde residem respostas para os dilemas energéticos que desafiam o desenvolvimento das sociedades atuais.

Baleias jubartes: um exemplo improvável de eficiência energética

As baleias jubartes estão entre as maiores espécies de animais existentes. Com toneladas de massa corporal, o deslocamento desses mamíferos pelas águas poderia ser bastante comprometido, não fosse o mecanismo de oscilação de suas barbatanas que permite diminuir a força de arraste e elevar o controle dos movimentos.

Com as nadadeiras recortadas e articuláveis conforme as correntes oceânicas, as jubartes nadam sem provocar muita turbulência. Desse modo, elas economizam grandes quantidades de energia que, obviamente, ao longo da evolução, foram utilizadas para outras demandas corporais mais importantes.

Pás Biomiméticas emulam a barbatana recortada das jubartes
Pás Biomiméticas emulam a barbatana recortada das jubartes

Foi a partir da observação biomimética dessa espécie de baleias que cientistas da West Chester University conseguiram construir ventiladores e lâminas cujas hélices contêm o mesmo recorte presentes nas jubartes. Como era de se esperar, eles conseguiram reduzir em cerca de 40% a resistência mecânica do ar, elevando a eficiência dos sistemas eólicos.

As pesquisas com esse novo padrão de pás são importantes não apenas para elevar a performance das usinas eólicas já existentes, mas também para viabilizar a instalação de outras em locais onde os ventos são considerados muito fracos para a geração de energia.

Samambaias: armazenamento de energia de alta performance

As plantas são os maiores exemplos de usinas de energia autossustentáveis. Foram elas as grandes inspiradoras para o desenvolvimento das atuais usinas solares e, mais recentemente, estão sendo estudadas como uma nova possibilidade para elevar a eficiência de armazenamento de energia.

A partir da observação das folhas das samambaias, pesquisadores australianos desenvolveram eletrodos cuja capacidade de armazenamento de energia é ao menos 3.000% maior do que as tecnologias mais avançadas existentes. A ideia partiu de pequenas estruturas nanofotônicas presentes na superfície das folhas que são altamente eficientes para o transporte de água e o armazenamento de energia.

Os eletrodos produzidos em grafite são constituídos por partículas autorreplicantes e prometem capturar e armazenar energia solar de forma flexível e multifuncional quando associados a supercapacitores. Com isso, espera-se que qualquer tipo de objeto, como carros e telefones, possam aumentar exponencialmente a performance e o tempo de autonomia.

Beija-flores: um redesenho completo dos parques eólicos do futuro

Anis Aouini, criador da Tyer Wind, utilizou a biofísica para emular o movimento das asas de um beija-flor e, assim, mudar completamente o padrão de movimento das tradicionais torres eólicas. Essa espécie de pássaro é capaz de bater as asas até 200 vezes por segundo, com elevada eficiência energética.

A partir dessa observação, criou-se um conversor de vento com eixo vertical que, no lugar de girar as pás faz com que elas “batam asas”, em movimentos ascendentes e descendentes, ambos capazes de gerar energia.

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Essa nova formatação permitiu diminuir o arraste e aumentar a eficiência das pás. Além disso, ela possibilita estender a operação dos parques eólicos para locais com alta velocidade dos ventos, consumindo muito menos espaço e reduzindo a ameaça aos animais voadores que, frequentemente, são mortos ou machucados pela rotação das lâminas.

As usinas com asas ainda podem agrupar um maior número de turbinas, muitas das quais abrigam, em um mesmo pólo, uma série de lâminas. Acredita-se que esse novo design permitirá que pequenas estações eólicas, fora das grandes redes, sejam difundidas, tal como os painéis solares que hoje estão nas casas de milhões de pessoas pelo mundo.

Cardumes: água em alta rotação diminui gasto energético

Pesquisadores do California Institute of Technologies Center for Bioinspired Engineering (Caltech) investigaram o funcionamento de peixes que nadam em grandes cardumes, formando enormes colônias que se movimentam sempre no mesmo sentido.

esquema de funil formado pelo movimento dos peixes
Esquema de funil formado pelo movimento dos peixes

A ideia surgiu da dinâmica de movimento da água que, ao ser cortada pelos peixes, gera uma espécie de funil rotatório em torno de um eixo. Os pesquisadores perceberam que, ao formarem grandes cardumes, esses funis poderiam ajudar o coletivo a nadar com menor gasto de energia.

Essa análise recentemente foi estendida às usinas eólicas. A partir dela, criou-se um projeto de agrupamento de pás que, tal como na água, criam um eixo rotatório de vento capaz não apenas de impulsionar o movimento das turbinas, mas também de reduzir o arraste. Com isso, através de uma simples reorganização aerodinâmica obtida da observação biomimética, os cientistas esperam tornar os sistemas atuais ainda mais produtivos.

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Como observado, o funcionamento de algumas estruturas biológicas ou mesmo o comportamento de algumas espécies são capazes de gerar grandes revoluções nos atuais mecanismos de geração, armazenamento e distribuição de energia. Os exemplos citados são apenas uma minúscula parcela do enorme potencial que o estudo biomimético apresenta. As respostas para muitos dos nossos dilemas atuais já foram resolvidas pela Natureza. Cabe a nós apenas exercitar a observação para encontrá-las com mais facilidade e rapidez.

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