Em apenas uma hora, o Sol despeja sobre a Terra uma quantidade de energia que seria suficiente para suprir, durante um ano, todo o consumo global. Apesar disso, a energia solar ainda é pouco explorada no mundo e particularmente no Brasil. No país, a capacidade de geração de energia fotovoltaica, que transforma luz solar em eletricidade, é de 10 mil MW, mas somente 12 MW estão efetivamente instalados em comunidades bisoladas. Outros 80 MW integram sistemas conectados à rede elétrica, mas em caráter experimental. “É muito pouco”, constata a professora Ana Flávia Nogueira, do Instituto de Química (IQ) da Unicamp, que lidera um grupo de cientistas que desenvolve novas tecnologias para o aproveitamento da energia solar.

O foco dos estudos são semicondutores orgânicos e inorgânicos para aplicação em células solares, dispositivos que convertem os raios solares em eletricidade. Graças a esse esforço, uma spin-off [empresa que surge a partir de um grupo de pesquisa], a Tezca Células Solares, acaba de ser criada para atuar nessa área.

As pesquisas em questão tiveram início em 1996, por ocasião da dissertação de mestrado da professora Ana Flávia, orientada pelo professor Marco-Aurelio De Paoli, também do IQ. Atualmente, os estudos são realizados no Laboratório de Nanotecnologia e Energia Solar (LNES), que conta com 15 integrantes, entre alunos de iniciação científica, mestrado, doutorado e pós-doutorado.

Nos últimos anos, o trabalho tem sido concentrado em duas tecnologias: células fotoeletroquímicas de óxido de titânio (TiO2), cujos estudos estão mais avançados, e células fotovoltaicas orgânicas. A vantagem desses dispositivos sobre os que são encontrados no mercado é o preço, até 80% inferior. “Elas são constituídas por materiais semicondutores muito mais baratos do que o silício, base das células convencionais. O óxido de titânio, por exemplo, é um pigmento usado em tintas de parede. Já as células orgânicas utilizam polímeros entre seus componentes. Além disso, o método de preparação utiliza técnicas de baixo custo e não requer toda a sofisticação das células de silício, tornando nossa tecnologia a futura geração de células solares”, explica a docente.

As células solares de óxido de titânio desenvolvidas no LNES apresentam uma vantagem adicional. O eletrólito que integra o dispositivo [há ainda dois eletrodos] é feito a partir de um polímero, enquanto os modelos convencionais empregam um líquido. “Isso evita eventuais vazamentos, pois o próprio eletrólito age como um selante”, esclarece a professora Ana Flávia. Há que se destacar, porém, que a eficiência das novas tecnologias ainda é inferior a alcançada pelos produtos comerciais. “Nas células à base de silício cristalino, a eficiência varia de 11% a 16%. Já nas de óxido de titânio, por exemplo, esse índice gira em torno de 7%. No LNES, estamos trabalhando para reduzir essa diferença. Ainda há espaço para avançarmos”, adianta a professora Ana Flávia.

A principal aplicação dos dispositivos que estão sendo investigados pelos pesquisadores do IQ é em equipamentos para o uso em ambiente indoor, ou seja, no qual há pouca disponibilidade de luz. “Nossa idéia é produzir células solares que possam ser acopladas e manter funcionando, por exemplo, telefones celulares, notebooks, brinquedos etc”, afirma. A expectativa do grupo é que os produtos fabricados com base nessa tecnologia sejam colocados no mercado entre 2012 e 2013. Um primeiro protótipo de célula solar de óxido titânio, um módulo medindo 10 centímetros quadrados, já foi produzido pela equipe. Colocado sob a luz de uma prosaica luminária, ele é capaz de movimentar um pequeno motor que faz girar uma diminuta hélice.

A docente da Unicamp chama a atenção para a importância desse tipo de pesquisa, lembrando que o Brasil perdeu excelentes oportunidades no passado por não ter investido adequadamente em estudos científicos estratégicos. “Agora é o momento para dominarmos essa tecnologia e tornarmos essas células solares baratas. O mercado de produtos eletrônicos portáteis está crescendo de forma exponencial. Se perdermos essa chance, é muito provável que nos tornemos tecnologicamente dependentes nessa área. O resultado é que continuaremos exportando quartzo, de onde é extraído o silício, e importando componentes semicondutores com alto valor agregado”, adverte a professora Ana Flávia.

Instalação com 12Vcc e 110Vac

Quanto às células fotovoltaicas orgânicas, as pesquisas ainda estão em fase inicial. Entretanto, os pesquisadores observam que elas apresentam características semelhantes àquelas produzidas a partir do óxido de titânio. A maior diferença é que as segundas, por contarem com dois eletrodos e um eletrólito, funcionam como se fossem baterias. As primeiras, por serem fotovoltaicas, não apresentam transporte de íons entre os eletrodos. Há apenas o transporte eletrônico entre dois materiais com afinidade diferente por elétrons. “A grande vantagem das células orgânicas é que elas nos permitem trabalhar com uma ampla gama de materiais, que apresentam propriedades diferentes. Isso nos possibilitará, por exemplo, o desenvolvimento de módulos flexíveis, coloridos ou transparentes, que poderão ser aplicados em inúmeras soluções. Um exemplo de aplicação futura é na arquitetura. Por hipótese, vamos poder criar painéis solares que substituirão as áreas envidraçadas dos prédios e que serão responsáveis pela geração de parte da energia consumida pelo próprio edifício”, projeta a docente do IQ.

Roupas inteligentes

Além de formar pessoal altamente qualificado e desenvolver novas tecnologias para o país, as pesquisas realizadas no LNES também contribuíram para a criação de mais uma “filha” da Universidade, a Tezca Células Solares, spin-off que tem por objetivo transformar conhecimento em produtos. De acordo com um dos sócios da empresa, Agnaldo de Souza Gonçalves, que faz pós-doutorado no IQ, a unidade pretende produzir células solares flexíveis de óxido de titânio. Uma das aplicações possíveis para esse tipo de dispositivo, conforme a professora Ana Flávia, coordenadora dos estudos, é em roupas de uso militar. Acoplado à vestimenta, um módulo, que é o conjunto de células conectadas em série, geraria eletricidade para alimentar aparelhos de comunicação, como rádios e telefones celulares.

Preço da tecnologia é ainda o maior entrave

Mas se a energia solar é tão abundante e oferece tantas possibilidades, por que razão ela não tem sido devidamente explorada, principalmente no Brasil? De acordo com a professora Ana Flávia Nogueira, coordenadora do Laboratório de Nanotecnologia e Energia Solar (LNES), vinculado ao Instituto de Química (IQ) da Unicamp, o principal entrave ainda é o preço da tecnologia e, conseqüentemente, da eletricidade gerada por ela. De acordo com a docente, o custo de instalação de um sistema completo (ver esquema) em uma residência no país sairia por volta de US$ 30 mil, o equivalente a R$ 75 mil, de acordo com a cotação do dólar no início da segunda semana de dezembro. “Isso ocorre por causa de vários fatores, mas fundamentalmente porque o Brasil ainda investe pouco em pesquisa e desenvolvimento na área de energia solar, além de importar os wafers de silício ultrapuros e caríssimos. À medida que dominarmos a tecnologia e baratearmos os custos de produção, a energia fotovoltaica certamente se tornará competitiva”, prevê.

Atualmente, assinala a professora Ana Flávia, a energia solar é a fonte que mais se expande no mundo. A capacidade instalada para a geração de eletricidade a partir de células solares fotovoltaicas em termos globais é da ordem de 3,2 mil megawatts. “Ainda há espaço para crescer muito mais. Dentro desse contexto, o Brasil surge como um país com enormes potencialidades. Aqui, nós temos uma grande extensão territorial e um alto índice de radiação solar. Também contamos com recursos humanos qualificados e com uma das maiores reservas de quartzo do planeta, matéria-prima usada na fabricação dos painéis de silício. Uma nação que apresenta todos esses atributos não pode perder mais uma vez o bonde da história”, analisa a professora Ana Flávia, cujos estudos contam ou contaram com financiamento da Fundação de Amparo à pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Rede de Nanotecnologia Molecular e de Interfaces (Renami).

(Por Manuel Alves Filho, Jornal da Unicamp, 17/12/2008)