Supercondutividade e a energia do futuro

Um dos maiores problemas enfrentados pelo mundo contemporâneo é a produção de energia. Boa parte da energia elétrica consumida no mundo ou envolve fortes impactos ambientais, como é o caso das hidrelétricas e termelétricas, ou são muito caras, apesar de “limpas”. Há ainda a quase totalidade dos veículos automotores que utilizam combustíveis fósseis como fonte energética, o que contribui pesadamente nas emissões de gases do efeito estufa. Será que já existem soluções viáveis para esses problemas? 

A ineficiência e a crise energética

Há, evidentemente, diversas iniciativas para a produção de energia limpa e sustentável e a tendência é que estas ganhem mais espaço nos próximos anos impulsionadas pela necessidade do setor. Porém, não seria interessante que, além da produção de energia mais limpa, também houvesse a produção de equipamentos mais econômicos e eficientes? 

Motores movidos a gasolina, por exemplo, são bastante ineficientes, você sabia disso? Para se ter uma ideia do quanto, saiba que somente cerca de 10% a 20% da energia fornecida pela queima da gasolina é convertida em energia cinética útil. Isso significa que, a cada 100 reais pagos para abastecer seu carro, somente cerca de 15 reais serão gastos para fazê-lo andar efetivamente, no melhor dos cenários! Os outros 85 reais servem para fazê-lo esquentar, emitir barulhos e ruídos etc. É mole? Se os compararmos com motores elétricos, que podem chegar a mais de 90% de eficiência, percebemos que estamos, quase literalmente, queimando dinheiro! Nesse contexto, pergunta-se: porque não migramos de uma vez para carros elétricos?

A resposta é simples: porque ainda são muito caros. Isso acontece também por conta da escala. Compare o preço de produtos manufaturados com produtos industrializados, por exemplo. Estes últimos costumam ser bem mais baratos! Além disso, migrar para carros elétricos exigiria uma mudança radical no sistema viário, com a instalação de docas de abastecimento, por exemplo, e um preparo do sistema elétrico que ficaria facilmente sobrecarregado. Para este problema (e outros…), há uma resposta caminhando desde do início do século XX: a supercondutividade. 

Supercondutividade: o que é?

Em um condutor típico (fios e cabos elétricos, por exemplo), a passagem de corrente elétrica acaba gerando também calor. Esse efeito, conhecido como efeito Joule, é “imprevenível” em condutores reais. Mas, em um supercondutor, a história é outra… 

A supercondutividade é uma propriedade apresentada por alguns materiais que, em certas condições, oferecem resistência elétrica zero (ou quase) à passagem de corrente elétrica. Isso significa que um supercondutor ideal não esquenta e permite que a totalidade da energia produzida por uma fonte seja transportada por ele sem que haja perdas, nesse processo, por calor. Isto permitiria a um circuito elétrico que fosse construído inteiramente de supercondutores funcionar utilizando muito menos energia elétrica. Além disso, supercondutores podem, em determinadas circunstâncias, apresentar campos magnéticos extremamente fortes que são úteis para diversas aplicações. O único problema é que a supercondutividade, em geral, só é obtida a baixíssimas temperaturas e em materiais puríssimos (leia-se: caríssimos!).

História e limitações

A supercondutividade foi observada pela primeira vez no início do século XX, pelo físico holandês Heike K. Onnes após ter resfriado o mercúrio (aquele do termômetro, sabe?) a uma temperatura próxima a -270ºC! No início, a supercondutividade só era vista em metais super resfriados (abaixo de 30K ou -243ºC). Com o avanço das pesquisas, cerâmicas e outros materiais passam a apresentar supercondutividade a temperaturas maiores, acima de 30K. Esses materiais são conhecidos como supercondutores de altas temperaturas. Desde então, a engenharia de materiais busca criar materiais que apresentem supercondutividade a temperaturas cada vez mais altas. Um exemplo de supercondutividade você pode ver no vídeo a seguir. Nele é possível ver que um material específico resfriado com nitrogênio líquido (-150ºC, mais ou menos) já apresenta supercondutividade! 

Aplicações da supercondutividade

As propriedades da supercondutividade são exploradas hoje para a produção de equipamentos que não funcionariam, ou funcionariam muito precariamente, sem elas. Um bom exemplo disso são os aparelhos de ressonância magnética. Estes aparelhos geram campos magnéticos que superam facilmente 1 milhão de vezes o valor do campo magnético terrestre! Para criar um campo tão forte é necessário muita energia elétrica. E para manter uma corrente elétrica adequada para geração desse campo magnético tão intenso fluindo é necessário que o seu condutor elétrico seja um supercondutor.

Outro exemplo é o Maglev, um trem de alta velocidade em operação em países como  Japão, China e Coreia. No Brasil, há até um protótipo em teste! Trata-se de um trem de altíssima velocidade (ele pode atingir até 3200 Km/h, mas opera em velocidade bem mais baixas, por volta de 500 km/h, por conta da intensa força de arrasto que o trem sofreria com o ar nessa velocidade). Esse trem levita, literalmente, sobre os trilhos que são resfriados com nitrogênio líquido a fim de produzir supercondutividade. Os trilhos supercondutores geram intenso campo magnético, que permite que os vagões fiquem suspensos. Por conta disso, não há atrito com os trilhos, o que permite que esses trens atinjam essas extraordinárias velocidades.  

Supercondutores viabilizaram também a construção de aceleradores de partículas. Estes são importantíssimos pois, além de pesquisa de base sobre física de partículas de alta energia, produzem tecnologia derivada para diversas aplicações. Por exemplo, a produção de isótopos utilizados nas mais diversas aplicações (como fonte de radiação gama, por exemplo). Recentemente, algumas partículas produzidas como subprodutos das colisões são utilizadas no tratamento de câncer! Além de aceleradores de partículas, alguns computadores neuromórficos utilizam a supercondutividade para favorecer a spintrônica de seus componentes.

Visão do futuro

Tudo isso foi feito com supercondutores que funcionam a temperaturas inferiores a 140ºC negativos! Imagina o potencial de supercondutores que funcionem a temperatura ambiente? Poderia ser uma solução definitiva para nosso problema com energia, já que com muito menos nossas máquinas realizariam os mesmos trabalhos que fazem hoje.

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Referências

Rezende PHO, Décio B. Estudo da eficiência energética e dimensionamento de motores de indução trifásicos a partir da plotagem de suas curvas características. Proceedings of International Conference on Engineering and Computer Education. 2014.

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