Reforma da rede elétrica
Com o crescimento econômico e o aumento na
demanda de energia, praticamente todas as regiões
do mundo estão precisando repensar suas grandes
linhas de transmissão de longa distância.
A Europa tem anunciado projetos para a reforma
de seu sistema elétrico nos quais se destacam três
elementos fundamentais:
- Uso de fontes renováveis.
- Migração da corrente alternada para a corrente contínua.
- Uso de supercondutores.
O grande exemplo continental do uso de fontes
renováveis é a Alemanha, onde as geradoras de
energia fotovoltaica e eólica representaram 33% do
suprimento de eletricidade em 2015.
Dos fios metálicos aos fios supercondutores
A adoção em larga escala das fontes renováveis, contudo,
exigirá a construção de linhas de transmissão que deem
suporte à descentralização das fontes geradoras, que
deverão ser cada vez mais constituídas por
empreendimentos de menor porte, e até residenciais.
Assim, o esforço todo se concentra mesmo na reforma das
grandes linhas de transmissão de energia de longa
distância.
Para isso, estudos feitos em todo o mundo vêm mostrando
eficiente do que o atual sistema baseado em corrente
alternada.
O grande problema é que o transporte de eletricidade por
cabos de cobre e alumínio tem que lidar com as perdas
geradas pela resistência elétrica desses metais. A
resistência faz com que os fios aqueçam, o que significa
perda de energia - uma perda de até 10% de toda a
energia gerada.
A saída então será a adoção de supercondutores,
materiais que conduzem a eletricidade sem qualquer
resistência. O grande desafio é que esses materiais só
funcionam em temperaturas criogênicas, exigindo
sistemas de arrefecimento que os tornam caros. A questão
é saber se o custo adicional vale a perda atual de energia
pelo calor.
Algumas empresas estão apostando na fabricação de fitas supercondutoras. [Imagem: Cortesia Fujikura/Divulgação]
Era dos supercondutores
Os engenheiros estão fazendo sua parte procurando
supercondutores mais baratos.
Uma equipe italiana anunciou que descobriu uma forma
conhece.
Para isso, o diboreto de magnésio, que até agora só podia
ser fabricado na forma de pó, é sinterizado no interior de
tubos de cobre ou níquel.
Agora, uma equipe do Instituto de Estudos Avançados de
Sustentabilidade, na Itália, em colaboração com o CERN,
que dirige o LHC, está se preparando para fazer os
primeiros testes desses novos fios supercondutores.
Se tudo correr conforme os planos, um fio supercondutor
de 12,5 milímetros de diâmetro deverá conduzir 10.000
amperes de corrente contínua a uma tensão entre 200 e
320 kV. Isto é praticamente toda a energia gerada
simultaneamente por três grandes usinas.
Se o teste tiver sucesso - sobretudo se o sistema de arrefecimento funcionar a contento - pode estar aberto o caminho para um novo sistema de transmissão de energia de longa distância. Pode estar vindo aí a era dos supercondutores.
Afinal que material é esse que permite este avanço tecnológico no transporte de energia elétrica.
Em 2002, a mesma revista trouxe uma noticia sobre um recorde de transmissão de energia com o uso deste novo material ainda em pesquisa e testes.
Publicação da Revista em 29/04/2002.
Detonado o recorde da supercondutividade.
A história da ciência relata uma série de descobertas "por acaso". É claro que "por acaso" é um conceito um tanto forçado, uma vez que a pesquisa científica envolve sempre a busca do saber. Aonde se chega tem sempre importância, mas chega-se devido a passos dados com a convicção de que há muito o que se descobrir. É um acaso muito diferente do de se tropeçar em uma pepita de ouro ou mesmo ganhar na loteria. Há discussões quase religiosas acerca de se chamar de acaso a verificação de uma descoberta ou aplicabilidade de um material que, por assim dizer, ficou sobre a bancada do laboratório por não ser o foco do momento.
O diboreto de magnésio é um composto largamente conhecido e, a rigor, estava mais para a prateleira do que para a bancada de pesquisas, no sentido de que não era foco de trabalhos que chamassem a atenção. O composto pode ser produzido facilmente pelo aquecimento a 950º C de boro e magnésio em pó, a pressões não muito altas. A estrutura do material é simples, com átomos de magnésio no centro de um conjunto de átomos de boro. Os átomos de magnésio cedem seus dois elétrons de valência, formando uma rede covalente de átomos de boro. Algo muito próximo ao que se poderia chamar de "boro metálico", mas ainda assim, um composto intermetálico. Medições bastante precisas dessa estrutura foram recentemente feitas por Larry Boyer. Essas medições descrevem o diboreto de magnésio como algo muito próximo ao procurado hidrogênio metálico. O hidrogênio metálico é a Meca de todos que labutam na área da supercondutividade.
A supercondutividade chamou muito a atenção do grande
público em anos recentes. Os resultados obtidos próximo
do zero absoluto davam, entretanto, uma idéia do tempo
que ainda se levará para chegar a aplicações práticas. O
fenômeno consiste basicamente na perda de resistência à
passagem de corrente elétrica verificada em certos metais
quando submetidos a temperaturas muito baixas. Georg
Bednorz e Alex Müller ganharam um Prêmio Nobel pelas
suas descobertas, da supercondutividade em compostos
de cobre, em pesquisas feitas em 1986.
As pesquisas continuam em vários laboratórios ao redor
do mundo. Em 2001, a descoberta do fenômeno da
supercondutividade em moléculas de carbono-60 chamou
novamente a atenção para essas pesquisas. Num paralelo
com o mundo dos esportes, os trabalhos continuam em
ritmo de quebra de recordes: muito esforço deve ser feito
para que se consiga pequenos avanços. No mundo da
supercondutividade, os avanços são medidos em termos
da temperatura na qual se consegue observar o
fenômeno.
Novos compostos e materiais são pesquisados e são
considerados mais eficientes na medida em apresentam a
supercondutividade a temperaturas mais altas do que as
anteriores. Essa temperatura é chamada pelos cientistas
de Tc, ou temperatura de transição. É aquela na qual o
material estudado muda seu comportamento, perdendo a
resistência à condução de elétrons e passando de
condutor comum para supercondutor.
O recorde histórico, quase imbatível, era da liga nióbio-
germânio, com 23,2º K, atingida na década de 1970. Em
1994, o recorde foi batido, mas por um material
considerado complexo demais, exótico até mesmo nos
círculos científicos: o carbeto de ítrio-paládio-boro. A nova
marca: 23º K. Um quinto de grau em vinte anos.
Com esses dados é possível agora dimensionar o avanço
representado pela descoberta, quase "por acaso", da
supercondutividade no diboreto de magnésio. Em primeiro
lugar, o MgB2 é um composto simples, produzido em
grandes quantidades. Ele não tem nada de exótico e é
fácil de se produzir. Mas o espanto maior, foi causado
quando o cientista japonês Jun Akimitsu, da Universidade
de Tóquio, anunciou que o simplório MgB2 apresentou
supercondutividade a 40º K. Isso é quase o dobro do
recorde anterior. É como se, de repente, um corredor
completasse os cem metros rasos em cinco segundos.
A descoberta provocou uma corrida aos laboratórios.
Cientistas do mundo todo correram às prateleiras de seus
laboratórios: "Onde foi que eu deixei aquele vidrinho de
diboreto de magnésio? Deve estar aqui em algum lugar."
Muitos deles encontraram os seus vidrinhos e confirmaram
a experiência, agora publicada na Nature. O servidor de
arquivos do laboratório Los Alamos, uma espécie de
central onde todos os cientistas divulgam suas
descobertas, valendo inclusive em termos de definir quem
descobriu primeiro alguma coisa, recebeu mais de
cinqüenta trabalhos sobre MgB2 no mês seguinte ao do
anúncio da descoberta.
Agora, todos trabalham na definição correta e precisa das
propriedades do material e buscam formas mais eficientes
para seu processamento. Eventualmente, até mesmo
alguma aplicação poderá ser descoberta. A experiência do
Dr. Akimitsu foi feita a partir de diboreto de magnésio
comum. Os trabalhos concentram-se agora no
crescimento de cristais simples e de extrema pureza, com
os quais espera-se conseguir resultados mais precisos. E,
obviamente, quebrar-se novamente o recorde.
Artigo disponível na Wikpédia e pinçada em parte como informação complementar.
A supercondutividade é uma propriedade física de característica intrínseca de certos materiais que, quando resfriados a temperaturas extremamente baixas, tendem a conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas.
Esta propriedade foi descoberta em Abril de 1911, pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes em seu laboratório em Leiden. Guiado por seu brilhante trabalho na fabricação do hélio líquido, o que possibilitou o avanço necessário para alcançar temperaturas muito baixas, da ordem de 1 K. A supercondutividade foi pela primeira vez notada enquanto Onnes observava o comportamento do mercúrio quando resfriado a 4 K (-452 °F, -269,15 °C).
Assim como o ferromagnetismo e as linhas espectrais atômicas, a supercondutividade pode ser entendida como um fenômeno quânticomacroscópico, ou seja, este estado pode ser descrito por uma única função de onda. Caracteriza-se também por um fenômeno chamado de Efeito Meissner-Ochsenfeld, que é a ejeção de um campo magnético suficientemente fraco do interior do material que impede que campos externos penetrem no supercondutor, às vezes confundido como um tipo de diamagnetismo perfeito, assim como as transições no estado supercondutor. A ocorrência do Efeito Meissner indica que a supercondutividade não pode ser entendida simplesmente como a idealização de um condutor perfeito como na física clássica.
A resistividade elétrica dos condutores metálicos decresce gradualmente quando se diminui a temperatura. No entanto, em condutores normais como o cobre e aprata, esse decréscimo é limitado por impurezas e outros defeitos. Mesmo próximo ao zero absoluto, uma amostra de cobre apresenta resistência, mas num supercondutor a resistência cai abruptamente a zero quando o material é resfriado abaixo de sua temperatura crítica. A corrente elétrica fluindo em umcircuito feito de fios supercondutores pode persistir indefinidamente sem qualquer fonte de energia.
Um dos fatores limitantes para aplicação e pesquisa dos supercondutores no passado foi à necessidade de atingir baixíssimas temperaturas, o que inviabilizou o seu uso em larga escala. Mas em 1986 foram descobertos alguns materiais cerâmicos chamados de cupratos com estrutura de perovskitas que exibiam temperaturas críticas próximas de 90 K (-183 °C). Os supercondutores de altas-temperaturas renovaram o interesse no estudo e na possível comercialização em larga escala, viabilizando novas perspectivas de melhoria nos materiais existentes e no potencial de engenharia na criação de novos materiais supercondutores próximos a temperatura ambiente.
Classificação:
Não existe apenas uma forma ou critério para classificar os supercondutores. As mais comuns são:
- Por suas propriedades físicas: podem ser do Tipo I (se sua transição de fase for de primeira ordem) ou do Tipo II (se sua transição de fase for de segunda ordem).
- Pela Teoria que o explica: podem ser convencionais (se podem ser explicados pela Teoria BCS) ou não convencionais caso contrário.
- Pela sua temperatura crítica: podem ser de alta-temperatura (geralmente se atingem o estado supercondutor quando resfriados com nitrogênio líquido, Tc > 77 K), ou podem ser de baixa-temperatura (geralmente quando necessitam de temperaturas mais baixas que 77 K para atingir o estado supercondutor)
- Pelo material: podem ser elementos químicos (como o mercúrio e o chumbo), ligas (como a titânio-nióbio ou germânio-nióbio), cerâmicas (como o YBCO ou o diboreto de magnésio), ou mesmo supercondutores orgânicos como fulerenos e nanotubos de carbono.
Fontes:
J.A.
