O alumínio reprojetado pode ajudar a atender à demanda por cobre?

Gregório Barbeiro

Consideremos, por um momento, o fio elétrico, uma tecnologia difundida que é extremamente fácil de esquecer. Enrolados dentro dos nossos dispositivos, enrolados nas nossas paredes, pendurados nas nossas ruas, milhões de toneladas de finos fios metálicos fazem o trabalho de electrificar o mundo. Mas o seu trabalho é benigno e tão naturalista que nem parece tecnologia. Os fios movem elétrons simplesmente porque é isso que os metais fazem quando uma corrente lhes é fornecida: eles conduzem.

Mas sempre há espaço para melhorias. Os metais conduzem eletricidade porque contêm elétrons livres que não estão ligados a nenhum átomo específico. Quanto mais elétrons fluem, e quanto mais rápido eles vão, melhor é a condução do metal. Portanto, para melhorar essa condutividade – crucial para preservar a energia produzida numa central elétrica ou armazenada numa bateria – os cientistas de materiais estão normalmente à procura de arranjos atómicos mais perfeitos. Seu principal objetivo é a pureza – remover quaisquer pedaços de materiais estranhos ou imperfeições que interrompam o fluxo. Quanto mais um pedaço de ouro for ouro, quanto mais um fio de cobre for cobre, melhor será a sua condução. Qualquer outra coisa apenas atrapalha.

“Se você quer algo realmente altamente condutivo, então você só precisa ser puro”, diz Keerti Kappagantula, cientista de materiais do Pacific Northwest National Lab. É por isso que ela considera sua própria pesquisa um tanto “instável”. Seu objetivo é tornar os metais mais condutores, tornando-os menos puros. Ela pegará um metal como o alumínio e adicionará aditivos como grafeno ou nanotubos de carbono, produzindo uma liga. Faça isso da maneira certa, descobriu Kappagantula, e o material extra pode ter um efeito estranho: pode empurrar o metal além de seu limite teórico de condutividade.

O objetivo, neste caso, é criar alumínio que possa competir com o cobre em dispositivos elétricos – um metal que é quase duas vezes mais condutor, mas que também custa cerca de duas vezes mais. O alumínio tem benefícios: é muito mais leve que o cobre. E sendo o metal mais abundante na crosta terrestre – mil vezes mais que o cobre – também é mais barato e mais fácil de desenterrar.

O cobre, por outro lado, está cada vez mais difícil de obter à medida que o mundo faz a transição para uma energia mais verde. Embora seja onipresente em fiação e motores há muito tempo, a demanda por ele está aumentando. Um veículo eléctrico utiliza cerca de quatro vezes mais cobre que um carro convencional, e ainda mais será necessário para os componentes eléctricos das centrais de energia renováveis ​​e para os fios que as ligam à rede. Analistas da Wood Mackenzie, uma empresa de pesquisa focada em energia, estimaram que os parques eólicos offshore exigirão 5,5 megatons do metal ao longo de 10 anos, principalmente para o enorme sistema de cabos dentro dos geradores e para transportar os elétrons que as turbinas produzem até a costa. Nos últimos anos, o preço do cobre disparou e os analistas prevêem uma escassez crescente do metal. A Goldman Sachs declarou-o recentemente como “o novo petróleo”.

Algumas empresas já estão trocando-o por alumínio sempre que possível. Nos últimos anos, houve uma mudança multibilionária nos componentes de tudo, desde aparelhos de ar condicionado até peças de automóveis. As linhas de alta tensão já utilizam fios de alumínio, por serem baratos e leves, o que permite que sejam estendidos em distâncias maiores. Esse alumínio está normalmente em sua forma mais pura e altamente condutora.

Kim Zetter

Matt Burgess

Lily Hay Newman

Adriane So

Mas esta conversão desacelerou recentemente – em parte porque a troca já foi feita para aplicações onde o alumínio faz mais sentido, diz Jonathan Barnes, analista principal em mercados de cobre na Wood Mackenzie. Para uso em uma ampla gama de aplicações elétricas, a condutividade é o principal limite. É por isso que pesquisadores como Kappagantula estão tentando fazer a reengenharia do metal.

Os engenheiros geralmente projetam ligas para melhorar outras qualidades de um metal, como resistência ou flexibilidade. Mas essas misturas são menos condutoras do que a substância pura. Mesmo que um determinado aditivo seja especialmente bom no transporte de eletricidade (que é o caso dos materiais à base de carbono com os quais Kappagantula trabalha), os elétrons dentro da liga normalmente têm dificuldade para saltar de um material para outro. As interfaces entre eles são os pontos críticos.