Ouça este conteúdo
Em um cenário no qual a Internet das Coisas (IoT) expande fronteiras e conecta dispositivos nos mais remotos locais, a dependência de baterias sempre representou um desafio operacional, logístico e ambiental. Agora, uma pesquisa conduzida pelo Future Grid – Centro de Competência do Lactec credenciado pela Embrapii (Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial) – comprova que é possível romper essa barreira.
Sob a liderança do gerente sênior do Centro de Competência Future Grid, Luciano Carstens, a iniciativa integra a estratégia de desenvolvimento de tecnologias habilitadoras para redes elétricas inteligentes, reforçando o papel do Centro na antecipação de soluções para o setor elétrico.
O projeto coordenado pelo pesquisador Patryk Fonseca, do Lactec, comprovou, em laboratório, a viabilidade técnica do Energy Harvesting, que consiste em coletar energias disponíveis no ambiente ao redor de sensores, convertê-las em energia elétrica e utilizá-las para alimentar o dispositivo.
Os resultados obtidos nas três linhas de pesquisa desenvolvidas demonstram que é possível capturar energias disponíveis no ambiente – como vibrações, calor e campo elétrico – e convertê-las em eletricidade suficiente para operar dispositivos de baixíssimo consumo.
“Esse projeto visa atender a demanda energética do futuro. Em nível de laboratório, já energizamos sensores que fazem comunicação sem fio. O Energy Harvesting é possível, é viável, é factível”, afirma Patryk Fonseca, que coordena os projetos na área.
Solução para o desafio das baterias
O Energy Harvesting surge como resposta a um desafio crescente: inúmeros sensores espalhados em redes elétricas, processos industriais, plantas de agronegócio e estruturas urbanas dependem exclusivamente de baterias para funcionar. A manutenção desses dispositivos – que envolve deslocamento de equipes, custos operacionais e logística de troca – representa um custo significativo para as empresas.
“Já presenciei situações em empresas com mais de 2 mil ativos espalhados em um estado. Se gastava até um mês para fazer a troca de baterias de uma região. Não é apenas o custo da bateria, mas o deslocamento da equipe e o tempo de operação comprometido”, relembra o pesquisador.
A tecnologia permite, num primeiro momento, reduzir a frequência de trocas e, no futuro, eliminar completamente o uso de baterias. Os dispositivos passariam a ser alimentados por energias locais disponíveis – como o campo elétrico presente ao redor de cabos de transmissão, calor residual de equipamentos industriais ou vibrações mecânicas.
Campo elétrico é o mais promissor para o setor elétrico
Dentre as fontes investigadas, o campo elétrico apresenta-se como a mais promissora para aplicações no setor de redes inteligentes (Smart Grid). Diferentemente de outras formas de captura, que podem exigir transdutores sofisticados, a captação de campo elétrico ao redor de linhas de transmissão e distribuição é tecnicamente simples e de baixo custo.
“O fenômeno físico da captura e conversão do campo elétrico é factível. O grande desafio está no condicionamento dessa energia, na parte eletrônica. Dentre as três frentes estudadas, o campo elétrico é o mais promissor no contexto de Smart Grids”, explica a pesquisadora Natalia Menezes, que integra o grupo de estudos de Energy Harvesting.
Armazenamento temporário e protocolos de baixo consumo
Embora a tecnologia possa eliminar baterias, os pesquisadores ressaltam que ainda é necessário algum dispositivo para armazenamento temporário de energia, dada a intermitência das fontes captadas. A solução encontrada são os supercapacitores – componentes com capacidade de armazenamento superior aos capacitores convencionais, com vida útil maior que baterias e características técnicas distintas.
Para viabilizar a comunicação com consumo reduzido, os projetos utilizam protocolos de rede mesh como o Wi-SUN, porém ainda poderiam ser explorados Bluetooth, Zigbee e LoRa, todos adequados para dispositivos de baixíssimo consumo energético, operando na faixa de microwatts a miliwatts.
“É importante ressaltar que não estamos falando de geração de energia em grande escala, como megawatts ou gigawatts. É um reaproveitamento de pequenas quantidades de energia que, em geral, seriam desperdiçadas, mas, se bem gerenciadas, são suficientes para alimentar sensores IoT”, esclarece o coordenador.
Próximos passos
Os avanços obtidos já renderam publicações científicas, dois depósitos de patentes de desenho industrial e um pedido de patente de invenção em andamento. Os três projetos, iniciados de forma integrada e posteriormente desmembrados para maior especialização, devem ser concluídos em maio deste ano, com validação completa em ambiente laboratorial.
Como Centro de Competência credenciado pela Embrapii, o Future Grid atua em níveis de maturidade tecnológica (TRL) mais baixos, voltados à prova de conceito e validação de princípios básicos. “Nosso papel é trabalhar os fundamentos, entender se é possível extrair energia disponível no ambiente e alimentar um dispositivo. Comprovado o conceito, disponibilizamos esses resultados para que as empresas associadas possam elevar a tecnologia através de outros modelos de desenvolvimento de projetos”, explica Patryk Fonseca.
Segundo Luciano Carstens, gerente sênior do Future Grid, iniciativas como essa demonstram a maturidade do ecossistema de inovação aplicado às redes inteligentes no Brasil. “Nosso papel é estruturar ambientes de experimentação tecnológica que permitam validar conceitos emergentes com rigor técnico e visão de longo prazo, criando base para soluções industriais robustas”, destaca.
Impactos para indústria, sociedade e meio ambiente
Além da redução de custos operacionais para empresas que monitoram ativos, a tecnologia abre caminho para uma nova geração de dispositivos conectados. A popularização do Energy Harvesting deverá escalar o sensoriamento de outras informações que hoje não são monitoradas justamente pela limitação logística ou energética imposta pelo uso de baterias.
“Imagine, o cidadão do futuro, talvez não precise mais carregar seu celular, pois este irá utilizar as ondas de rádio presentes nas cidades para carregar sua bateria, ou ainda, poderá ter roupas inteligentes que utilizam o diferencial de temperatura do corpo com o ambiente para se auto energizar”, projeta Patryk Fonseca.
A pesquisadora Natalia Menezes avalia que, do ponto de vista ambiental, a redução no uso de baterias significa “menos extração de recursos, menor volume de produção e descarte – uma contribuição relevante em um cenário de crescentes preocupações com resíduos eletrônicos e mudanças climáticas”, assinala.
Nesse contexto, o Future Grid, sob coordenação de Luciano Carstens, busca atrair empresas interessadas em converter essa base tecnológica em produtos comerciais, ao mesmo tempo em que estrutura novos projetos cooperativos que integrem múltiplas fontes de captura de energia. Essa abordagem visa aumentar a confiabilidade e a disponibilidade energética de dispositivos do futuro, preparando empresas e talentos para liderar a próxima geração de soluções industriais e tecnológicas.
