Abril: Tecnologia de próxima geração com emissão zero de carbono

A imagem mostra o coração do reator dentro da máquina de deposição de vapor químico orgânico metálico (MOCVD). É aqui que o substrato aquecido é colocado, formando a base sobre a qual o Óxido de Gálio é cultivado. Cohen Rautenkranz, Tecnologia Agnitron

A imagem mostra a parte externa da máquina MOCVD. Os processos são monitorados por computadores; temperaturas e fluxos de gás são controlados. Prof Martin Kuball

Comunicado de imprensa emitido: 27 de abril de 2022

Os transformadores de energia, atualmente do tamanho de contentores de transporte que fornecem energia a residências e empresas em todo o Reino Unido, poderiam ser reduzidos ao tamanho de uma mala, graças a um processo pioneiro que utiliza um novo material sobrealimentado com níveis de eficiência sem precedentes.

A técnica revolucionária está a ser desenvolvida na Universidade de Bristol numa altura em que a necessidade de reduzir o consumo de energia nunca foi tão grande, à medida que o esforço para reduzir as emissões de carbono se intensifica e os custos dos combustíveis disparam.

Uma equipe de cientistas renomados acaba de instalar a primeira máquina do Reino Unido para fabricar camadas de óxido de gálio, o maravilhoso semicondutor que constitui o componente crucial de futuros dispositivos de energia revolucionários, com potencial para reduzir o uso geral de energia em cerca de 20%, tanto em ambientes domésticos como ambientes industriais.

A maioria dos conversores de energia e fontes de eletricidade funcionam convertendo uma tensão CA em outra tensão CA, ou uma tensão CA em uma tensão CC ou vice-versa. Este é o caso de redes de distribuição de energia mais amplas, como linhas de energia, bem como quando se conectam dispositivos elétricos. Os transformadores tradicionais podem ser pesados, à base de metal e ineficientes devido ao excesso de calor gerado no processo, enquanto os circuitos de conversão de energia mais modernos são feitos principalmente de componentes semicondutores de silício (Si) mais comuns.

Nos últimos anos, avanços significativos foram feitos para substituir a eletrônica de potência baseada em silício por novos dispositivos feitos dos chamados semicondutores de banda larga. Isso os torna muito menores e mais eficientes, por exemplo, carros elétricos e carregadores de laptop usam componentes feitos de semicondutores de baixa perda, nitreto de gálio (GaN) ou carboneto de silício (SiC).

Mas permanecem desafios para converter com sucesso altas tensões de maneira econômica e com perda mínima de energia. Isto inclui a substituição de transformadores metálicos antigos e volumosos localizados em bairros até a tensão da rede elétrica comum das tomadas domésticas. Também existem ainda ineficiências significativas até mesmo nos modernos conversores baseados em semicondutores com componentes de silício que, por exemplo, alimentam a rede nacional com energia de centrais solares.

A nova máquina de deposição de vapor químico orgânico metálico (MOCVD) da universidade, que pode cultivar óxido de gálio semicondutor de próxima geração, apresenta uma solução atraente para esse problema.

O líder do projeto, Martin Kuball, professor de física e titular da Royal Academy of Engineering em Tecnologias Emergentes, disse: “Esta é uma oportunidade extremamente emocionante e urgentemente necessária. Com o impulso para introduzir uma electrónica de potência mais eficiente e tecnologias renováveis ​​avançadas no meio da crise climática premente, isto representa uma mudança de jogo para um fornecimento de energia futuro mais sustentável e acessível.

“Atualmente, quase três quartos (72%) do consumo global de energia primária são desperdiçados. Embora a maior parte da tecnologia de baixo carbono ainda dependa de dispositivos eletrónicos baseados em silício, estamos lentamente a começar a ver esta substituição por semicondutores feitos de nitreto de gálio e carboneto de silício. À medida que as ações para reduzir a nossa pegada de carbono se aceleram, um foco mais forte no desenvolvimento de dispositivos baseados em óxido de gálio deve acontecer e estamos empenhados em progredir neste sentido em escala e velocidade.”

A forte equipe de 20 pesquisadores está colaborando com outros grupos em todo o mundo, incluindo no Japão, nos Estados Unidos e na Alemanha, bem como com parceiros da indústria, como a Dynex Semiconductors. Financiado em parte pela Royal Academy of Engineering, o sistema MOCVD de óxido de gálio da Agnitron Technology nos EUA é o primeiro deste tipo na Europa.