A janela “inteligente”
Dispositivo pesquisado pelo Laboratório de Polímeros regula a
intensidade de luz e influencia na temperatura do ambiente

PAULO C. NASCIMENTO

ma janela “inteligente”, capaz de controlar automaticamente a luminosidade de ambientes, foi desenvolvida no Laboratório de Polímeros Condutores e Reciclagem, do Instituto de Química (IQ) da Unicamp. O produto, ainda em fase laboratorial, poderá estar pronto para industrialização nos próximos três anos e deverá se constituir em um importante recurso para economia de energia elétrica no Brasil. Ao regular a intensidade de luz, a janela também influencia a temperatura do local em que está instalada, o que poderá resultar em menor uso de ventiladores e aparelhos de ar-condicionado para refrigeração durante o verão ou de aquecedores no inverno. Poderá, ainda, transformar cortinas e persianas em artigos para antiquário.

A janela é um dispositivo eletrocrômico (capaz de mudar de cor ao receber impulsos elétricos) constituído de um “sanduíche” de diferentes polímeros “inteligentes” – plásticos cuja constituição química lhes permite responder a um determinado estímulo de forma reprodutível e específica.
A superfície de duas folhas de plástico transparente e flexível (semelhante às transparências utilizadas em retro-projetores) é recoberta com uma fina camada de óxido de estanho, um produto químico capaz de conduzir energia elétrica, e dois diferentes tipos de polímeros: poli (o-metóxianilina) e poli (tiofeno), este produzido pela empresa alemã Bayer com o nome comercial de Baytron-P.

O recheio se completa com a colocação, entre ambas as folhas, de uma camada de borracha impregnada com outro produto químico, o perclorato de lítio. O material, cedido pela companhia japonesa Daiso, parceira da Unicamp na pesquisa, é um eletrólito elastomérico que exerce, na janela, papel idêntico ao da solução ácida (eletrólito líquido) da bateria elétrica de um veí-culo, ou seja, o de transportar íons e permitir o equilíbrio de cargas elétricas no dispositivo.

Ao receber o impulso elétrico, os substratos químicos reagem e apresentam mudança de tonalidade, da transparência total ao opaco, conforme a intensidade da corrente. Com isso, a janela deixa passar maior ou menor luminosidade para o ambiente de acordo com as condições climáticas externas ou, ainda, a preferência do usuá-rio. Apesar do número de componentes utilizados em sua montagem, o dispositivo tem espessura inferior a meio milímetro.

Protótipos – “A transmitância da luz pela janela pode ser de 90% ou apenas 10%”, observa o professor Marco-Aurelio De Paoli, do Departamento de Química Inorgânica da Unicamp e coordenador de projetos do Laboratório de Polímeros Condutores e Reciclagem. “Para comparação, basta lembrar que nas películas para reduzir a luminosidade interna em veículos a transmitância limitada por lei é de 75%.”

Financiada pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e pelo Conselho Nacional de Pesquisa (CNPq), com colaboração das empresas Bayer e Daiso, a pesquisa resultou até o momento em protótipos de janelas “inteligentes” com dimensões de 25 centímetros quadrados. De acordo com De Paoli, os próximos passos incluem a montagem de protótipos maiores e o desenvolvimento de estudos para a viabilização de sua produção em escala industrial no país.

Segundo ele, protótipos comerciais com a mesma tecnologia já estão sendo testados na Europa e nos EUA, fabricados por consórcios de empresas, de olho no alto potencial de consumo dessas janelas. Estima-se que, por volta de 2005, só o mercado norte-americano responderá por quatro bilhões de metros quadrados anuais em aplicações arquitetônicas para a janela “inteligente”.

Os produtos desenvolvidos no exterior têm, porém, um inconveniente: montados em lâminas de vidro, atenderão primordialmente obras novas. Caso o interessado queira utilizá-lo em uma edificação já concluída, terá que substituir totalmente a janela convencional pela “inteligente”.

Vantagens – É nesse aspecto que o dispositivo elaborado pelos pesquisadores da Unicamp se diferencia com vantagens do concorrente internacional, ressalta De Paoli. Por ser montado em material delgado e flexível, pode ser simplesmente colado sobre vidraças já existentes, como ocorre com películas convencionais redutoras de luminosidade encontradas atualmente no mercado. Também seu custo produtivo deve ser inferior ao do similar em vidro.

O controle da intensidade do impulso elétrico para escurecer ou clarear a janela irá variar conforme a aplicação do produto, esclarece o coordenador da pesquisa. Poderá ocorrer por meio de um dimmer (regulador para iluminação) acionado manualmente ou, de forma automática, a partir de informações enviadas por sensores externos de luminosidade e temperatura monitorados por computador nos chamados edifícios “inteligentes”.

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Células de plástico para converter energia solar

O Laboratório de Polímeros Condutores e Reciclagem também é pioneiro no Brasil no desenvolvimento de células fotoeletroquímicas de plástico para conversão de energia solar em eletricidade.

Nesse projeto estão sendo desenvolvidas e testadas células solares que utilizam um corante fotosensibilizador (o composto de rutênio) e óxido de titânio (o pigmento branco das tintas de parede e de plásticos em geral), um produto químico semicondutor que tem a propriedade de transformar a luz solar em energia elétrica. Conforme De Paoli, esses dispositivos estão sendo considerados os mais promissores substitutos às células fotovoltaicas de silício.

Os estudos envolvendo as células solares de óxido de titânio começaram no início da década de 90, no laboratório do professor Michael Grätzel, na Universidade de Lausanne (Suíça). No entanto, após dez anos de intensa pesquisa em todo o mundo, a produção de módulos em larga escala ainda não foi efetivada.

O maior problema para a produção comercial dessas células é decorrente do uso de um componente líquido (o eletrólito), o que requer a vedação perfeita do dispositivo para evitar o vazamento e a evaporação de solvente. O vazamento do produto pode causar danos ambientais, além de comprometer o funcionamento da célula.

Solução – Porém, na pesquisa conduzida pela equipe da Unicamp, esse problema foi solucionado pela substituição do eletrólito líquido por um eletrólito plástico, uma borracha impregnada com iodeto de sódio e iodo, também fabricada e cedida pela Daiso.

Em ensaios recentes, dois protótipos de células fotoeletroquímicas, com apenas 1 centímetro quadrado cada um, geraram energia equivalente à de duas pilhas comuns de 1,5 volt. Isso corresponde a um rendimento da ordem de 1,5% a 2%, ou seja, o percentual da energia solar que é convertido em energia elétrica pelo dispositivo preparado com o componente polimérico.

“Em escala mundial é o melhor resultado já obtido para células solares de óxido de titânio com eletrólito seco”, comemora De Paoli.
Comparativamente ao rendimento de 14% proporcionado por uma fotocélula de silício, ainda é muito modesto para ser aplicado em larga escala. Entretanto, pondera o professor da Unicamp, os resultados em âmbito laboratorial apontam para a viabilidade de um produto alternativo para geração de energia de custo baixo, produção mais simples e, principalmente, menor impacto ambiental. O pedido de privilégio de patente para este dispositivo já foi encaminhado ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI).

Baixo custo – De acordo De Paoli, células de silício, embora tradicionalmente tenham maior aplicação comercial, apresentam um custo muito elevado, o que inviabiliza sua popularização. Além disso, estima-se que a energia gasta para construir uma fotocélula de silício seja superior a energia gerada pela mesma durante toda a sua vida útil, o que não é o caso das células fotoeletroquímicas baseadas em óxido de titânio com corante.

“A pesquisa da Unicamp mostra como a energia solar, uma fonte limpa, abundante e barata, pode ser utilizada para suprir a demanda energética em áreas remotas, como a Amazônia, por exemplo. Ratifica ainda o compromisso da Universidade com os problemas relativos à produção e distribuição de energia e à maior conscientização ambiental”, argumenta o professor.