Relâmpagos são descargas elétricas causadas por um desequilíbrio entre as cargas positivas e negativas que se acumulam em uma nuvem de tempestade. A maioria dos relâmpagos ocorre entre ou dentro de nuvens, mas cerca de 40 milhões de raios atingem o solo nos Estados Unidos a cada ano, de acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças, que monitoram ferimentos e mortes por raios.É possível aproveitar essa energia para abastecer comunidades inteiras? Aqui, exploramos essa questão.
Quantidade de energia em um raio
Os raios produzem 10 vezes mais eletricidade do que flui em fios de alta tensão.
Ele também produz energia térmica mais quente que a superfície do sol e energia sonora (trovão) que pode viajar 40 quilômetros.
Embora dure apenas um milissegundo, acredita-se que um relâmpago produza até 10 gigawatts (GW) de eletricidade, o que seria um sexto da capacidade de todos os painéis solares instalados em telhados nos EUA em 2021.Capturar essa energia, no entanto, não é uma tarefa fácil.
Você sabia?
Um único raio pode conter até um bilhão de volts e cerca de 100.000 ou mais amperes de eletricidade.
Podemos coletar energia de raios?
O relâmpago carrega ou produz três formas de energia: eletricidade, calor e som. Nos últimos anos, cientistas têm explorado as questões:
- E se pudéssemos armazenar essa eletricidade para carregar todos os veículos elétricos que em breve dominarão nossas estradas?
- Ou capturar seu calor intenso para produzir vapor suficiente para movimentar uma turbina?
- Ou converter som suficiente para gerar a eletricidade necessária para produzir combustível de hidrogênio sem carbono?
Capturando Eletricidade
Várias tentativas foram feitas usando circuitos de comutação de alta voltagem e capacitores magnéticos para capturar e armazenar energia de raios. Várias patentes, tanto pendentes quanto ativas, descrevem sistemas que poderiam transformar raios em eletricidade. Ainda assim, nenhum desses sistemas está sendo usado — pelo menos amplamente.
Como afirma um estudo, “este não é um empreendimento científico complexo, como reatores de fusão ou instalações nucleares”.De fato, Benjamin Franklin nos levou até a metade do caminho com a invenção dos para-raios, que atraem e capturam raios e os direcionam para o solo. A outra metade — domá-los — é a parte difícil.
A Terra atua como um aterramento elétrico porque é grande o suficiente para absorver uma quantidade ilimitada de corrente elétrica com efeito mínimo.
O desafio está em reduzir a energia transportada por um raio para níveis seguros.
A rede elétrica já funciona assim: linhas de transmissão de alta tensão vindas de usinas elétricas transportam eletricidade a 345.000 volts, mas, por meio de várias subestações, a eletricidade é reduzida para níveis regionais e depois para níveis de bairro, até que as linhas de energia nas residências transportem apenas 120 volts.
No entanto, reduzir a tensão de um raio de milhões — até um bilhão — para um nível mais seguro é uma tarefa mais monumental, que ainda precisa ser concluída.
Colhendo calor
De acordo com a Administração Oceânica e Atmosférica Nacional, a energia dos raios aquece o ar brevemente até cerca de 50.000 graus Fahrenheit — mais quente que a superfície do sol.
Avanços recentes na captura de calor e sua transformação em eletricidade podem sugerir uma maneira de coletar o megacalor dos raios. Enquanto os ímãs (centrais para a maioria da geração de eletricidade) perdem sua força magnética quando são aquecidos, pesquisas recentes identificaram que pequenas partículas chamadas paramagnons agem como semicondutores, capazes de transformar calor em eletricidade.
Passar dessa pesquisa básica para um produto viável pode acontecer primeiro com fontes de calor mais realistas, como o calor residual de processos de fabricação ou veículos. Aplicá-lo a raios é uma tarefa menos urgente.
Convertendo som
Qualquer um que tenha um telefone sabe que é possível converter eletricidade em ondas sonoras. O inverso também é possível, e experimentos estão em andamento ao redor do mundo coletando som para eletricidade.
O calor extremo produzido pelo raio faz com que o ar ao redor dele exploda, produzindo as ondas sonoras que chamamos de trovão. A algumas centenas de pés de sua fonte, o trovão pode produzir cerca de 120 decibéis.No entanto, as fontes existentes de energia sonora provenientes do trânsito e da poluição sonora urbana são incômodos confiáveis demais para justificar experimentos com coleta de trovões.
Perspectiva sobre a colheita de eletricidade
Com a eletricidade, o suprimento deve sempre atender à demanda — caso contrário, o sistema quebra e ocorrem apagões. Um dos desafios da coleta de energia de raios, assim como de outras energias renováveis, é sua intermitência.
A intermitência dos raios é muito menos previsível tanto em tempo quanto em localização do que a energia eólica ou solar. Armazenar a eletricidade dos raios é a parte mais difícil, não apenas porque a indústria de armazenamento de energia ainda está em sua infância, mas porque os próprios dispositivos de armazenamento precisarão suportar um único raio de eletricidade sem danificar o dispositivo.
A vontade política (e, portanto, os dólares de pesquisa) está focada nas tecnologias mais estabelecidas de energia renovável: água, vento e solar. Por enquanto, a coleta de raios continuará sendo a busca de inventores individuais com sonhos de ser o próximo Benjamin Franklin.