Calor do escapamento gera eletricidade e diminui consumo do carro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/11/2010

O desempenho dos materiais termoelétricos é aferido com o uso de lasers de alta potência, aqui operados pela pesquisadora Yaguo Wang.
[Imagem: Mark Simons/Purdue]

Pesquisadores estão desenvolvendo um sistema que usa o calor do escapamento de um carro para gerar eletricidade, reduzindo o consumo de combustível do veículo.

Xianfan Xu, da Universidade Purdue, nos Estados Unidos, afirma que a eletricidade gerada a partir do calor do escapamento é suficiente para recarregar as baterias do carro.

Em um carro comum, isso equivale a dispensar a carga representada pelo alternador, que consome uma parte da potência do motor para manter as baterias carregadas.

Em um carro híbrido, a energia pode ser usada da mesma forma que o sistema KERS da Fórmula 1.

Materiais termoelétricos

A equipe está desenvolvendo uma nova geração de materiais termoelétricos - materiais que geram eletricidade a partir de um diferencial de temperatura.

O protótipo, que está sendo construído em parceria com a GM, será instalado no sistema de exaustão, depois do conversor catalítico, aproveitando os gases que chegam até lá a cerca de 700 graus Celsius.

Os materiais termoelétricos conhecidos atualmente não conseguem suportar as temperaturas mais elevadas no interior do próprio catalisador, que alcançam até 1.000 graus Celsius.

Segundo os cálculos dos cientistas, a energia gerada a partir do calor do escapamento será capaz de gerar uma economia de combustível de 5%. Quando os materiais termoelétricos de alta temperatura (~1.000º C) já estiverem disponíveis, a economia pode saltar para 10%.

Transferência de calor

O material termoelétrico está contido em pequenas pastilhas, com poucos centímetros de largura, projetadas em formatos especiais para se encaixarem no interior das tubulações.

"Elas são otimizadas para funcionar de forma eficiente a diferentes temperaturas, que vão caindo conforme o gás flui ao longo do sistema de escapamento," explica Xu.

Transformar o calor em eletricidade não é o único desafio do projeto. Os cientistas estão tendo que ajustar os materiais usados nas pastilhas e no próprio sistema de exaustão para minimizar as diferenças de expansão e contração de cada material quando eles se aquecem e se resfriam.

Outra dificuldade é desenvolver materiais que sejam pobres condutores de calor. O material termoelétrico gera eletricidade quando há diferença de temperatura entre suas duas faces: se o calor fluir muito rapidamente de um lado para o outro, sua eficiência cai dramaticamente.

"O maior desafio é o projeto em nível de sistema - como otimizar tudo para conseguir o maior calor possível do sistema de exaustão," diz Xu. "O escapamento do carro tem que transferir o maior calor possível para o material."

Metais misturados

Os pesquisadores estão usando primariamente um material chamado escuterudita (skutterudite), um mineral natural que é um arseneto de cobalto - formado por cobalto, arsênio, níquel e ferro.

Os cientistas descobriram que a adição de elementos de terras raras - lantânio, césio, neodímio e érbio - reduzem a condutividade termal da escuterudita.

Mas como os elementos de terras raras puros são muito caros, o grupo está tentando substituí-los por uma mistura dessa família, reunidos em ligas conhecidas como mischmetals (do alemão "metais misturados").

Cientistas alemães, em um trabalho independente, também estão tentando aproveitar o calor do escapamento dos automóveis para aposentar o alternador.

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