sábado, 5 de março de 2011

FIAT LUX: LEDs, a terceira revolução da óptica

Por Vanderlei Salvador Bagnato*
Publicado originalmente na Revista Pesquisa Fapesp



O invento da luz elétrica, por Thomas Edson (1847-1931), representou a primeira grande revolução da iluminação. Naquele momento, o homem saía de fato da escuridão. A habilidade tecnológica de produzir luz, a partir de eletricidade, impulsionou a ciência, forçou o desenvolvimento de geração de eletricidade, criou melhor bem-estar à humanidade e principalmente acelerou o desenvolvimento econômico. A maior fração que cada cidadão gasta de energia elétrica é provavelmente com iluminação. Podemos dizer que a luz elétrica de Edson revolucionou não apenas a iluminação, mas também as ciências ópticas.

Finalmente o homem podia criar luz de forma controlada. Imagine como seriam as casas e as cidades se ainda tivéssemos que utilizar lamparinas a óleo ou a gás. Como seriam as noites?  Após essa grande revolução, veio quase que um século de modernos desenvolvimentos baseados em aplicativos da lâmpada elétrica. Para o homem, esse é o verdadeiro marco que separa a era do fogo da era moderna.

Na década de 1960, outra fonte de luz viria a produzir aquilo que chamamos de a segunda grande revolução da óptica: era inventado o laser. Ao contrário da luz elétrica, o laser possui propriedades especiais, criando aplicativos antes inimagináveis com a luz comum. A revolução do laser cria a chamada “era  da fotônica”, com uma mudança radical de conceitos. Luz passa a ser usada para transmissão de informações, forçando a mudança dos cabos elétricos para fibras ópticas. As telecomunicações ópticas, por sua vez, revolucionaram as telecomunicações. O laser continua, ainda hoje, como uma das fontes de luz mais revolucionárias que temos. Com as aplicações do laser, praticamente todas as áreas do conhecimento e da produção foram afetadas. Eletrodomésticos, lazer, instrumentos médicos, processos industriais de precisão, entre outras coisas,  dependem hoje do laser.


A coisa não parou por aí. Recentemente teve início aquilo que poderemos chamar da terceira revolução na óptica: o desenvolvimento dos  LEDs (Light Emitting Diode, em português, diodo emissor de luz) de potência, que funcionam por um processo diferente da emissão da luz comum. Num material semicondutor devidamente preparado, a passagem de corrente elétrica produz a recombinação de elétrons com defeitos chamados de buracos e, nessa recombinação, ocorre a emissão de luz. Vários equipamentos  usam essa tecnologia atualmente. Todas aquelas pequenas luzinhas do aparelho de som ou dos eletrodomésticos são LEDs. Eles são convenientes de usar e têm uma vida longuíssima. Geralmente sua vida é muito superior àquela dos aparelhos onde são utilizados. Até pouco tempo atrás, os LEDs eram eficientes, porém bastante fracos em luminosidade.  A grande novidade é que agora consegue-se produzir LEDs de alta potência, capazes inclusive de emitir uma luz combinada totalmente branca. O processo de produção de luz nos LEDs é muito mais eficiente que na lâmpada comum, possibilitando o  desenvolvimento de iluminação com uma economia de energia superior a 50% dos valores atuais. Em termos de lúmens (unidade de energia luminosa) produzidos por watt de energia elétrica consumida, os LEDs são campeões.

As fontes de luz com emissores LEDs  são tão eficientes quanto as melhores  lâmpadas fluorescentes. Só que apresentam algumas vantagens: são muito mais práticas, duram muito mais e não poluem, pois não possuem vapores metálicos do tipo mercúrio. Além disso, os LEDs podem ser produzidos em tamanhos muito pequenos, podendo ser utilizados em carros. Como são atualmente, os LEDs já são atraentes, mas deverão ficar ainda mais interessantes se olharmos o avanço tecnológico que vem ocorrendo em sua produção. A cada dia, a ciência aumenta a eficiência na produção de luminosidade e o custo de fabricação dos LEDS, ainda elevado, tende a cair. Por isso, não é preciso esperar mais para investir nessa tecnologia. Hoje as fontes de luz baseadas nos LEDs ainda são caras, mas o investimento nesse tipo de equipamento se paga – e “dá lucro” – a médio e longo prazo.

Além dos LEDs à base de semicondutores, há hoje um grande avanço com os chamados OLEDs (Organic Light-Emitting Diode ou diodo orgânico emissor de luz), que são emissores de luz à base de substâncias orgânicas, como polímeros.  Se os LEDs convencionais já estão fazendo uma nova revolução, os OLEDs irão amplificar esses efeitos, pois teremos emissores de luz maleáveis, transparentes, etc.

São Carlos produziu a primeira fábrica nacional de lasers, na década de 1980, a Opto Eletrônica. Essa empresa foi um marco na cidade graças ao seu pioneirismo e ousadia. Esse pioneirismo não parou com o laser e São Carlos já conta hoje com inúmeras empresas que desenvolvem aplicativos de LEDs, inclusive para uso na área de iluminação residencial e pública, como a DirectLight, firma recém-criada como spin off de  pesquisas realizadas nas universidades. Isso comprova a vocação de São Carlos como capital do conhecimento e inovação e prepara, juntamente com as atividades de nossos pesquisadores, um terreno fértil que desponta em todo mundo. Com o espírito visionário de vários empreendedores de nossa cidade, espera-se que aqui seja estabelecida a primeira fábrica de OLEDs do Brasil. Seria uma excelente oportunidade para que, em pé de igualdade com os grandes produtores mundiais, adentrássemos nessa nova tecnologia. Seria também importante para a consolidação do conhecimento científico acumulado pela cidade nas áreas de polímeros orgânicos e condutores – tanto o Grupo de Polímeros da Universidade de São Paulo (USP) como o da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) estão entre os lideres nessa área – com o espírito empresarial empreendedor do Grupo Damha, que prepara a instalação um dos mais modernos parques tecnológicos de toda a América do Sul. Certamente não podemos ficar de fora desta importante revolução tecnológica que já começou em todo o mundo.

Além do fator tecnológico, não se pode esquecer da questão econômica. Dizem os especialistas que a região Sudeste-Sul do país terá uma demanda por energia cerca de 50% maior daqui a menos de dez anos. Como não estaremos produzindo 50% mais energia para atender essa demanda, é preciso usar de forma mais eficiente a energia hoje disponível para que possamos crescer. Caso contrário, estaremos convivendo com apagões a uma taxa cada vez mais constante. Em razão do enorme gasto de energia que fazemos com iluminação pública, residencial e fabril, não é difícil imaginar as luminárias à base de LEDs como soluções viáveis para parte de nossos problemas decorrentes do  aumento da demanda por energia.  O solo é fértil, mas temos que plantar agora para colher em tempo hábil.

*Vanderlei Salvador Bagnato é físico, engenheiro, professor da USP e membro titular da Academia Brasileira de Ciências.

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