Pesquisa do Future Grid comprova viabilidade técnica da captação de energia do ambiente para alimentar dispositivos IoT, com impactos diretos em smart grids, custos operacionais e sustentabilidade
A digitalização do setor elétrico brasileiro avança para uma nova fronteira tecnológica: a autonomia energética de sensores em redes inteligentes. Pesquisa conduzida pelo Future Grid, ligado ao Lactec e credenciado pela Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial, comprovou a viabilidade técnica do uso de Energy Harvesting para alimentar dispositivos IoT sem a necessidade de baterias.
O avanço representa uma mudança estrutural para utilities e operadores de infraestrutura, ao atacar um dos principais gargalos da expansão da Internet das Coisas no setor elétrico: a dependência de fontes convencionais de energia para dispositivos distribuídos em campo.
Energy Harvesting: da teoria à validação em laboratório
O projeto, coordenado pelo pesquisador Patryk Fonseca, demonstrou em ambiente controlado que é possível captar pequenas quantidades de energia presentes no ambiente, como vibrações, calor e campos elétricos, e convertê-las em eletricidade suficiente para alimentar sensores de baixíssimo consumo.
“Esse projeto visa atender a demanda energética do futuro. Em nível de laboratório, já energizamos sensores que fazem comunicação sem fio. O Energy Harvesting é possível, é viável, é factível”, detalhou Fonseca.
A comprovação técnica abre caminho para a evolução de soluções voltadas a redes inteligentes (smart grids), nas quais milhares de sensores precisam operar de forma contínua e confiável.
O custo oculto das baterias no setor elétrico
A dependência de baterias representa hoje um desafio relevante para concessionárias e empresas que operam ativos distribuídos. A necessidade de substituição periódica implica custos logísticos elevados, deslocamento de equipes e interrupções operacionais.
“Já presenciei situações em empresas com mais de 2 mil ativos espalhados em um estado. Se gastava até um mês para fazer a troca de baterias de uma região. Não é apenas o custo da bateria, mas o deslocamento da equipe e o tempo de operação comprometido”, ressaltou Fonseca.
Nesse contexto, o Energy Harvesting surge como alternativa para reduzir drasticamente e, no limite, eliminar, a necessidade de manutenção associada às baterias.
Campo elétrico desponta como principal fonte para smart grids
Entre as diferentes fontes analisadas, a captação de energia a partir do campo elétrico ao redor de linhas de transmissão e distribuição se mostrou a mais promissora para aplicações no setor elétrico. A pesquisadora Natalia Menezes destaca que a simplicidade técnica é um diferencial relevante.
“O fenômeno físico da captura e conversão do campo elétrico é factível. O grande desafio está no condicionamento dessa energia, na parte eletrônica. Dentre as três frentes estudadas, o campo elétrico é o mais promissor no contexto de Smart Grids”, destacou.
A possibilidade de aproveitar a energia já presente no entorno da infraestrutura elétrica reduz custos de implantação e amplia a escalabilidade da solução.
Armazenamento e comunicação de baixo consumo
Apesar do potencial de eliminar baterias convencionais, a tecnologia ainda depende de soluções para armazenamento temporário de energia, devido à natureza intermitente das fontes captadas. Nesse cenário, os supercapacitores surgem como alternativa técnica, oferecendo maior durabilidade e desempenho em comparação às baterias tradicionais.
Os dispositivos também operam com protocolos de comunicação de baixo consumo, como redes mesh baseadas em Wi-SUN, além de alternativas como Bluetooth, Zigbee e LoRa, tecnologias adequadas para aplicações que demandam consumo energético na faixa de microwatts a miliwatts.
“É importante ressaltar que não estamos falando de geração de energia em grande escala, como megawatts ou gigawatts. É um reaproveitamento de pequenas quantidades de energia que, em geral, seriam desperdiçadas, mas, se bem gerenciadas, são suficientes para alimentar sensores IoT”, pontuou Fonseca.
Inovação em estágio inicial e caminho para industrialização
Os projetos desenvolvidos no Future Grid estão inseridos em níveis iniciais de maturidade tecnológica (TRL), com foco na validação de conceitos e princípios físicos. A iniciativa já resultou em publicações científicas, depósitos de patentes e um pedido de patente de invenção em andamento, com previsão de conclusão das pesquisas em maio deste ano.
“Nosso papel é estruturar ambientes de experimentação tecnológica que permitam validar conceitos emergentes com rigor técnico e visão de longo prazo, criando base para soluções industriais robustas”, afirmou Luciano Carstens.
A estratégia é transferir o conhecimento gerado para empresas associadas, que poderão avançar no desenvolvimento e na aplicação comercial da tecnologia.
Impactos para o setor elétrico e a transição energética
A adoção do Energy Harvesting pode redefinir o conceito de monitoramento em redes elétricas, viabilizando a instalação massiva de sensores sem a limitação imposta por baterias.
Isso tende a ampliar a digitalização do sistema, melhorar a qualidade dos dados operacionais e fortalecer a resiliência das redes diante de eventos climáticos extremos, um fator cada vez mais relevante no contexto da transição energética.
Além dos ganhos operacionais, a tecnologia também apresenta benefícios ambientais. A redução no uso de baterias implica menor extração de recursos naturais, menor geração de resíduos e menor impacto associado ao descarte de componentes eletrônicos.
“menos extração de recursos, menor volume de produção e descarte – uma contribuição relevante em um cenário de crescentes preocupações com resíduos eletrônicos e mudanças climáticas”, avaliou Menezes.
Uma nova fronteira para dispositivos conectados
O potencial do Energy Harvesting vai além do setor elétrico e pode impactar diferentes segmentos da economia, incluindo indústria, agronegócio e cidades inteligentes.
“Imagine, o cidadão do futuro, talvez não precise mais carregar seu celular, pois este irá utilizar as ondas de rádio presentes nas cidades para carregar sua bateria, ou ainda, poderá ter roupas inteligentes que utilizam o diferencial de temperatura do corpo com o ambiente para se auto energizar”, concluiu Fonseca.
A convergência entre IoT, armazenamento e captação de energia ambiental sinaliza um novo paradigma tecnológico, no qual dispositivos passam a operar de forma autônoma e integrada ao ambiente energético.
