Calor é convertido em eletricidade muito acima do limite teórico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/10/2025

Este infográfico apresenta um diagrama simplificado da nova técnica de coleta de energia utilizando o líquido quântico. A implementação prática dessa estratégia poderá auxiliar na conversão do calor residual gerado por dispositivos eletrônicos em energia utilizável.
[Imagem: Institute of Science Tokyo]

Superando os limites clássicos

Cientistas japoneses descobriram uma nova técnica para converter calor residual em eletricidade com maior eficiência do que qualquer abordagem apresentada até hoje para a chamada reciclagem do calor.

Na verdade, a técnica é tão eficiente que contesta até mesmo os livros de física, que dizem que a conversão termoelétrica tem como teto o chamado limite de Carnot, ou eficiência de Carnot.

O físico francês Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832) calculou a conversão ideal de calor em trabalho em 1824, estabelecendo um limite superior para a eficiência com que se pode converter calor em trabalho, ou vice-versa, fazendo um sistema fechado ciclar por diferentes temperaturas e pressões.

Mas Hikaru Yamazaki e colegas do Instituto de Ciências de Tóquio deixaram de lado a mecânica clássica, e usaram a mecânica quântica para contornar essa barreira calculada por Carnot. O resultado é uma nova técnica de coleta de energia que utiliza estados quânticos únicos para alcançar eficiências que vão além dos limites termodinâmicos convencionais.

Assim, além de viabilizar o reaproveitamento do calor desperdiçado e a fabricação de eletrônicos de menor consumo de energia, a técnica também terá uso direto na computação quântica, onde o calor pode ter um efeito devastador.

Configuração para o experimento de coleta de energia usando a nova abordagem.
[Imagem: Hikaru Yamazaki et al. - 10.1038/s42005-025-02297-6]

Novo conceito de termoeletricidade

Em vez de se basear em estados térmicos tradicionais, os pesquisadores tiraram proveito das propriedades de um líquido não térmico, um tipo especial de sistema eletrônico unidimensional que, devido à sua natureza quântica, não termaliza. Isso significa que, quando o calor é introduzido, o sistema se mantém em seu estado não térmico e de alta energia, em vez de distribuir a energia uniformemente, como acontece em um sistema térmico convencional - esse estado quântico é conhecido como líquido de Tomonaga-Luttinger.

A equipe projetou um experimento para demonstrar na prática o potencial de sua ideia, na verdade um novo conceito de termoeletricidade: Eles injetaram calor residual de um transístor de contato de ponto quântico - um componente que controla o fluxo de elétrons - em um líquido de Tomonaga-Luttinger. Esse calor não térmico foi transportado por vários micrômetros, até um motor térmico de ponto quântico, um dispositivo microscópico que converte calor em eletricidade por meio de efeitos quânticos.

Os pesquisadores descobriram que essa fonte de calor não convencional produz uma tensão elétrica significativamente maior, alcançando maior eficiência de conversão, com desempenho muito melhor do que uma fonte de calor convencional quase termalizada. "Esses resultados nos incentivam a utilizar líquidos Tomonaga-Luttinger como uma fonte de energia não térmica para novos projetos de coleta de energia," afirmou o professor Toshimasa Fujisawa.

Na verdade, os cálculos indicam que a nova técnica supera não apenas a eficiência de Carnot, mas também um outro limite, a eficiência de Curzon-Ahlborn, que descreve a eficiência na potência máxima de saída dos motores térmicos convencionais.

"Nossas descobertas sugerem que o calor residual de computadores quânticos e dispositivos eletrônicos pode ser convertido em energia utilizável por meio da coleta de energia de alto desempenho," destacou Fujisawa. "Com sorte, novos esforços nessa área tornarão as tecnologias futuras mais potentes e sustentáveis."

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