Cientistas descobrem como transformar calor de data centers em energia

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Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH), na Coreia do Sul, desenvolveram um novo método para transformar o calor residual de centros de dados, baterias de veículos elétricos e fábricas em eletricidade. A tecnologia utiliza silício, um material abundante e de baixo custo, e pode reduzir a dependência de metais escassos e caros.

Toda vez que um usuário faz uma pergunta ao ChatGPT ou utiliza qualquer serviço de inteligência artificial, os servidores dos data centers geram uma pequena quantidade de calor. Com o aumento do uso dessas tecnologias, o consumo energético global cresceu, assim como a quantidade de calor desperdiçado. Além disso, baterias de veículos elétricos e grandes fábricas também liberam calor para o ambiente, agravando o problema.

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A inovação dos nanotubos de silício

Tradicionalmente, os dispositivos termoelétricos – usados para converter calor em eletricidade – exigiam materiais como bismuto e telúrio, elementos raros e com cadeias de suprimento vulneráveis. A equipe da POSTECH, liderada pelo professor Chang-Ki Baek e pelo candidato a doutor Ki Yeong Kim, encontrou uma alternativa: o silício.

O silício é amplamente disponível e de baixo custo, mas sua eficiência termoelétrica sempre foi limitada por sua alta condutividade térmica – ou seja, ele dissipa calor com facilidade. Os pesquisadores resolveram esse problema modificando a estrutura do material em escala nanométrica.

Em vez dos tradicionais nanofios sólidos, a equipe desenvolveu nanotubos de silício ocos. Essa mudança estrutural permitiu reduzir a condutividade térmica em 70% em comparação com os fios sólidos. Mesmo quando ambas as estruturas tinham a mesma superfície, os nanotubos ocos mantinham uma temperatura 33% mais baixa.

O fenômeno da localização de fônons

O desempenho da tecnologia é explicado pelo comportamento dos fônons – partículas que representam as vibrações atômicas responsáveis pela transferência de calor em um sólido. Nos fios sólidos, os fônons circulam livremente. Nos nanotubos ocos, as vibrações ficam presas em zonas específicas, um fenômeno conhecido como localização de fônons. Essa barreira impede que a energia térmica avance, permitindo uma captura mais eficiente do calor.

Os pesquisadores documentaram que esse efeito não depende da superfície, mas da estrutura interna do material – o que representa uma diferença substancial em relação a abordagens anteriores. Os resultados do estudo foram publicados na revista científica Nano Energy.

Vantagens e aplicações

A principal vantagem do sistema é o uso do silício, um material abundante e compatível com a infraestrutura já existente da indústria de semicondutores. “Como essa tecnologia é altamente compatível com a tecnologia de fabricação nacional de semicondutores, essa abordagem pode contribuir para liderar o mercado de gestão térmica de próxima geração sem depender de materiais raros”, afirmaram os pesquisadores.

Graças a essa compatibilidade, a possibilidade de rápida comercialização e adoção em larga escala é consideravelmente maior. Além disso, a cadeia de suprimento torna-se mais estável e menos vulnerável a crises internacionais.

O avanço da POSTECH aponta para uma integração simples em:

• Centros de dados (data centers);

• Plantas industriais;

• Sistemas de armazenamento de energia.

O potencial de reutilizar o calor residual como fonte de eletricidade contribui tanto para a economia de energia quanto para a redução de emissões de gases poluentes. O desenvolvimento dos nanotubos de silício ocos representa um passo relevante rumo à eficiência energética em setores altamente demandantes, com possibilidades de impacto global se a tecnologia for implementada em massa.