Mecânica
Redação do Site Inovação Tecnológica – 25/07/2025
À medida que as nanofolhas se tornam mais finas, as interações da superfície com as moléculas de água são intensificadas, manifestando-se como estados líquidos ou gelados, dependendo das condições estruturais. Esse refinamento estrutural melhora significativamente o desempenho do armazenamento de calor, particularmente abaixo de 100 °C.
[Imagem: Hiroki Yoshisako et al. – 10.1038/s42004-025-01567-2]
Absorção e adsorção
Reciclar o calor – redirecionar o calor desperdiçado para realimentar processos ou gerar energia – já está fazendo a diferença em inúmeras indústrias, mas o impacto desse reaproveitamento pode ser muito maior se conseguirmos capturar todas as temperaturas – e ainda não dispomos de tecnologias adequadas quando o calor dissipado fica abaixo dos 200 °C.
Pesquisadores japoneses acabam de apresentar avanços significativos nesse sentido, desenvolvendo um material de baixo custo que consegue armazenar calor mesmo abaixo de 100 °C.
O material é constituído folhas de dióxido de manganês (MnO2) em camadas com dimensões nanométricas.
“Nossas nanofolhas operam usando um mecanismo de armazenamento de calor de modo duplo, onde as moléculas de água são simultaneamente absorvidas (intercaladas) e adsorvidas da atmosfera,” explica Hiroki Yoshisako, da Universidade de Tohoku.
Apesar de os nomes serem parecidos, absorção e adsorção são processos físico-químicos diferentes. A absorção é um fenômeno de volume, pelo qual a substância absorvida (o absorvato) é totalmente incorporada pelo material absorvente, geralmente causando um aumento no volume do material que está absorvendo – pense em uma esponja absorvendo água. Já a adsorção é um fenômeno de superfície, quando os átomos, íons ou moléculas de uma substância (o adsorvato) aderem à superfície de outra substância (o adsorvente), ficando presos na sua parte externa, sem penetrar em seu volume – um exemplo é o carvão ativado.
Conteúdo de calor de hidratação em termos do estado físico-químico da água adsorvida.
[Imagem: Hiroki Yoshisako et al. – 10.1038/s42004-025-01567-2]
Recuperação de calor leve
O dióxido de manganês em camadas opera graças à intercalação, um processo reversível pelo qual moléculas ou íons hóspedes se inserem na estrutura em camadas de um material hospedeiro, sem causar grandes alterações estruturais.
Embora já se soubesse que as moléculas de água penetram nas camadas de MnO2 a cerca de 130 °C, a equipe se surpreendeu ao descobrir um segundo mecanismo: A adsorção superficial que surge em temperaturas abaixo de 60 °C, quebrando o dióxido de manganês em camadas de nanofolhas ultrafinas.
Esse mecanismo duplo aumenta a quantidade total de moléculas de água armazenáveis em 1,5 vez e aumenta a densidade de armazenamento de energia em aproximadamente 30% em comparação com o MnO2 em massa. Como resultado, as nanofolhas podem operar efetivamente em temperaturas muito mais baixas.
“Nossa inovação abre novos caminhos para soluções de gerenciamento térmico de última geração, que vão desde sistemas de armazenamento de calor solar para uso noturno, até dispositivos portáteis de recuperação de calor residual de baixa temperatura e geração descentralizada de energia termoelétrica, capaz de operar independentemente do horário ou local,” disse o professor Norihiko Okamoto.
Artigo: Utilizing surface water adsorption on layered MnO2 nanosheets for enhancing heat storage performance
Autores: Hiroki Yoshisako, Norihiko L. Okamoto, Kazuya Tanaka, Tetsu Ichitsubo
Revista: Communications Chemistry
Vol.: 8, Article number: 169
DOI: 10.1038/s42004-025-01567-2
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