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Pesquisadores do MIT criam concreto condutor que combina nanocarbono e eletrólitos, capaz de armazenar energia e alimentar estruturas como muros, calçadas e pontes.
O concreto, material que há séculos sustenta edifícios e pontes, está prestes a mudar de função: além de estruturar o mundo físico, ele pode também armazenar e liberar energia elétrica.
Uma equipe do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveu o ec³ — abreviação de Electron-Conducting Carbon-Cement-Based Materials —, uma mistura de cimento, água, negro de fumo em nanoescala e eletrólitos capaz de criar uma rede condutora interna. Essa “nano-rede” permite que estruturas de concreto comuns funcionem como verdadeiras baterias.
Concreto que armazena energia
De acordo com o novo estudo publicado na revista PNAS, os pesquisadores otimizaram os eletrólitos e os processos de fabricação, elevando a capacidade de armazenamento de energia dos supercapacitores ec³ em dez vezes. Em 2023, seria necessário um volume de 45 metros cúbicos para atender ao consumo diário de uma casa média.
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Agora, com a nova formulação, a mesma tarefa exige apenas 5 metros cúbicos — o equivalente ao volume de uma parede de porão.
“O concreto já é o material de construção mais usado no mundo. Então por que não aproveitar essa escala para criar outros benefícios?”, questiona Admir Masic, principal autor do estudo e codiretor do MIT EC³ Hub. Segundo ele, o conceito de “concreto multifuncional” integra funções como armazenamento de energia, autorreparação e sequestro de carbono.
Descobrindo a rede condutora
A grande melhoria veio da compreensão detalhada de como a rede de nanocarbono negro funciona dentro do ec³. Para isso, os pesquisadores usaram uma técnica avançada chamada tomografia FIB-SEM, que combina feixes de íons e microscopia eletrônica para mapear o material camada por camada.
Essa abordagem revelou que a rede condutora forma uma espécie de “teia fractal” que envolve os poros do concreto, permitindo a circulação de eletrólitos e a condução eficiente da corrente elétrica.
“Entender como esses materiais se montam na nanoescala é fundamental para alcançar essas novas funcionalidades”, explica Masic.
Com base nessas descobertas, a equipe testou diferentes tipos e concentrações de eletrólitos para otimizar a densidade de energia. O pesquisador Damian Stefaniuk, primeiro autor do artigo, afirma que até água do mar pode servir como eletrólito, o que torna o ec³ ideal para aplicações costeiras e estruturas marinhas, como fundações de parques eólicos offshore.
Simplificação da produção e eletrólitos orgânicos
Outra inovação foi a simplificação do processo de fabricação. Antes, os eletrodos de concreto precisavam ser curados e depois mergulhados em eletrólitos. Agora, o eletrólito é adicionado diretamente à água de mistura, eliminando essa etapa.
Com isso, o material pode ser fundido em blocos mais espessos, capazes de armazenar mais energia.
A maior eficiência veio com o uso de eletrólitos orgânicos formados por sais de amônio quaternário e acetonitrila, substâncias comuns na indústria e em produtos de uso diário. Um metro cúbico dessa nova versão do ec³ — cerca do tamanho de uma geladeira — consegue armazenar mais de 2 quilowatts-hora, energia suficiente para alimentar uma geladeira real por um dia.
Aplicações estruturais e durabilidade
Embora as baterias convencionais ainda tenham densidade energética superior, o ec³ tem a vantagem de poder ser incorporado diretamente a elementos estruturais — como paredes, domos, abóbadas e lajes — com a mesma durabilidade do concreto comum.
Essa característica abre a possibilidade de transformar infraestruturas inteiras em sistemas de armazenamento de energia distribuída.
Inspirada na arquitetura romana, a equipe do MIT construiu um arco em miniatura de ec³ que sustentou peso e alimentou uma luz de LED operando a 9 volts.
Quando o arco sofreu aumento de carga, a luz piscou, indicando que o material pode reagir a tensões estruturais. “Pode haver uma capacidade de automonitoramento aqui”, diz Masic. Em escala real, isso permitiria identificar vibrações ou deformações em pontes e prédios em tempo real.
Escalabilidade e usos práticos
Os pesquisadores acreditam que o ec³ está cada vez mais próximo de aplicações práticas. O material já foi usado em lajes aquecidas de calçadas em Sapporo, no Japão, aproveitando suas propriedades térmicas condutivas como alternativa ao uso de sal para derreter neve. Para Stefaniuk, os avanços recentes transformam o ec³ em uma ferramenta poderosa e flexível para enfrentar desafios energéticos modernos.
A motivação central, segundo ele, é facilitar a transição para energias renováveis. Fontes como a solar são intermitentes — produzem energia apenas durante o dia ou sob condições ideais —, o que exige sistemas eficientes de armazenamento. “Com o ec³, poderemos armazenar essa energia nas próprias estruturas que já construímos”, explica.
Concreto como substituto de baterias tradicionais
O codiretor do EC³ Hub, Franz-Josef Ulm, destaca que o desafio global está justamente em armazenar energia de forma limpa e segura. “As baterias convencionais dependem de materiais escassos ou nocivos. O ec³ pode ser uma alternativa viável, permitindo que prédios e estradas se tornem sistemas de armazenamento integrados”, afirma.
Entre as aplicações em estudo estão vagas de estacionamento e estradas capazes de carregar veículos elétricos, além de casas autossuficientes que funcionem totalmente fora da rede elétrica.
Segundo os cientistas, isso poderá criar cidades com infraestruturas energeticamente inteligentes, em que o concreto não só sustenta, mas também alimenta a vida cotidiana.
Uma revolução inspirada na antiguidade
Para James Weaver, coautor do artigo e professor associado da Universidade Cornell, o mais impressionante é que o projeto une o passado e o futuro. “Pegamos um material tão antigo quanto o concreto e mostramos que ele pode fazer algo totalmente novo”, resume.
Weaver acredita que a fusão entre nanociência moderna e engenharia tradicional abre caminho para uma nova era de construção, em que cada edifício poderá atuar como uma central elétrica silenciosa. “Ao combinar a ciência de materiais com visão arquitetônica, podemos estar à beira de uma revolução estrutural.”
A comparação com os romanos, feita por Masic, reforça esse ponto: assim como o Panteão resistiu por séculos graças à inovação na mistura de concreto, as construções modernas podem resistir e contribuir para a sustentabilidade global.
O ec³ representa, portanto, não apenas um avanço tecnológico, mas uma mudança conceitual profunda — transformar o material mais usado do planeta em um elemento ativo na produção e armazenamento de energia.
Energia no coração das cidades
O desenvolvimento do ec³ sinaliza uma transição para uma infraestrutura viva e energética, em que o concreto deixa de ser apenas suporte físico para se tornar parte integrante da matriz elétrica urbana.
Com densidade de energia cada vez maior, durabilidade comprovada e possibilidade de integração direta à arquitetura, o concreto condutor de elétrons oferece uma resposta inédita a um dilema global: como armazenar energia de forma sustentável, barata e escalável.
Para os pesquisadores do MIT, o potencial é ilimitado. Um dia, paredes, pontes e calçadas poderão não apenas sustentar as cidades, mas mantê-las acesas — literalmente.
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Very helpful explanation — I learned several useful techniques.