Reciclagem de calor residual por termoeletrocatálise

Os materiais termoelétricos, antes focados principalmente na conversão de calor residual em eletricidade, agora facilitam processos catalíticos, oferecendo soluções inovadoras para eficiência energética e melhorias ambientais.

Os materiais termoelétricos, cruciais para a conversão de energia térmica em elétrica e para a redução de resíduos, ampliaram sua utilidade além da recuperação de calor para a catálise, impulsionados por gradientes de calor naturais e industriais.

Com o rápido desenvolvimento da sociedade humana, a procura de energia registou um crescimento explosivo. Contudo, na fase actual, a eficiência de utilização da energia primária é inferior a 40%, sendo o restante perdido sob a forma de calor residual, conduzindo a sérios desperdícios de energia e agravando os problemas ambientais.

Os materiais termoelétricos, como um novo material energético capaz de converter diretamente energia térmica em energia elétrica, têm ganhado cada vez mais atenção no campo da recuperação de calor residual. Quando há diferença de temperatura nas duas extremidades dos materiais termoelétricos, uma força termoeletromotriz é gerada dentro do material, conseguindo assim a conversão de energia térmica em energia elétrica.

Aplicações emergentes de materiais termoelétricos

Além da utilização como geradores elétricos, os materiais termoelétricos abriram novos rumos para a catálise nos últimos anos. O pequeno gradiente de temperatura (<100 °C) causado pelo calor generalizado na natureza e na produção industrial fornece força motriz suficiente para reações catalíticas.

Isso permite a reutilização de recursos térmicos residuais de baixa qualidade para conduzir diferentes processos de catálise, como produção de hidrogênio, síntese orgânica, purificação ambiental e aplicações biomédicas. Oferece uma nova solução para melhorar a eficiência da utilização de energia, conservação de energia, redução de emissões e catálise verde.

Modos de trabalho e aplicações potenciais de materiais termoeletrocatalíticos

Modos de trabalho dos sistemas TECatal: (a) modo de estrutura híbrida, (b) modo monofásico, (c) modo de nanojunção PN e (d) modo de célula termogalvânica. Aplicações potenciais de materiais TECatal em (e) produção de H2 e redução de CO2, (f) terapia tumoral, (g) tratamento de gases residuais de veículos e (h) revestimento de vidros de janelas para purificação de ar interno. Crédito: Science China Press

Avanços e perspectivas futuras em termoeletrocatálise

Com base nos avanços recentes nesta área emergente, a equipe do Instituto de Tecnologia Quântica e Sustentável da Universidade de Jiangsu propôs a direção de aplicação conceitual da termoeletrocatálise (TECatal) e resumiu sistematicamente os materiais catalíticos termoelétricos existentes e os modos de trabalho. Quatro modos de trabalho principais foram sugeridos, incluindo modo de estrutura híbrida, modo monofásico, modo de nanojunção PN e modo de célula termogalvânica.

O estudo explora maneiras de melhorar o desempenho de materiais catalíticos termoelétricos por meio da otimização de propriedades termoelétricas, engenharia de banda, microestruturas e estabilidade. Além disso, foram propostas e discutidas as perspectivas dos materiais catalíticos termoelétricos em áreas como energia verde, tratamento de tumores e governança ambiental, fornecendo referências importantes para o desenvolvimento futuro deste campo.

Referência: “Termoeletrocatálise: uma estratégia emergente para converter calor residual em energia química” por Yuqiao Zhang, Shun Li, Jianming Zhang, Li-Dong Zhao, Yuanhua Lin, Weishu Liu e Federico Rosei, 25 de janeiro de 2024, Revisão Nacional de Ciência.
DOI: 10.1093/nsr/nwae036



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