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"Armazenamento gravitacional" pode ser solução para as energias renováveis

Claudio Yuge

Nunca o mundo extraiu tanta energia renovável, especialmente por meio de conversores eólicos e solares — e isso é uma boa notícia. Contudo, manter o fluxo desse processo ininterrupto é um grande desafio, pois, como sabemos, luz solar e ventos dependem da natureza. Além disso, é preciso ter uma grande reserva para abastecer não somente a demanda atual como também o crescente uso de dispositivos eletrônicos. A melhor solução encontrada pelos pesquisadores atualmente é guardar o excedente em larga escala, para manter alimentação contínua. Startups vêm fazendo isso com o uso do “armazenamento gravitacional”.

Embora as baterias de íon-lítio, presentes em veículos elétricos e em smartphones, estejam ficando mais baratas, a matéria-prima vem de uma reserva finita de metais raros. Assim o “armazenamento gravitacional” surge como a melhor ideia no momento. É mais ou menos isso que acontece nas estruturas da Energy Vault, empresa que conta com uma instalação em Arbedo-Castione, na Suíça. Quando parques eólicos ou solares produzem mais eletricidade do que os consumidores precisam, guindastes de mais de 122 metros de altura, programados por algoritmo, levantam torres de tijolos semelhantes a concreto e os adicionam cuidadosamente ao topo de pilhas. Mais tarde, o esse processo é revertido e a energia cinética criada a partir da queda dos blocos gera eletricidade.

Imagem: Reprodução/Wall Street Journal

Quando a demanda por energia é baixa, o protótipo da empresa usa um guindaste de seis cabeças para levantar tijolos de 35 toneladas, construindo uma torre de 122 metros de altura e usando a energia excedente dos parques eólicos e solares. Um software avalia quando a demanda aumenta, o que faz com que a máquina desmonte a torre.

Setor está em alta

A Energy Vault diz que um projeto padrão com 20 torres pode garantir fornecimento contínuo para até 40 mil famílias. Eventualmente, a empresa pretende produzir sua eletricidade a um custo menor do que os combustíveis fósseis. Para tocar o projeto, a empresa suíça levantou US$ 110 milhões de um fundo do SoftBank em agosto. A companhia afirma que seu sistema pode operar por mais de 40 anos com manutenção padrão, fornecendo uma vantagem sobre as baterias convencionais, que se desgastam com a repetição de uso. Após um desembolso inicial de US$ 8 milhões a US$ 9 milhões para um sistema padrão, o custo de armazenamento seria inferior a 5 centavos de dólar por quilowatt-hora com "degradação zero" e "despesas operacionais muito baixas", diz a Energy Vault.

Sistema da Energy Vault (Imagem: Reprodução/Energy Vault)

A Gravitricity, com sede em Edimburgo, na Escócia, quer instalar sistemas em minas abandonadas, com guinchos elétricos levantando e derrubando pesos de 12 mil toneladas. A startup acredita que seu sistema pode gerar eletricidade pela metade do custo das baterias de íon-lítio e sem perda de desempenho.

Já o grupo alemão Heindl Energy usa o conceito que se baseia no levantamento hidráulico de uma massa de rocha muito grande, com o uso de bombas d’água. O bloco adquire energia potencial e pode liberá-la quando a água que está sob pressão é descarregada de volta, por meio de uma turbina.

Construção do sistema hidráulico da Heindl Energy (Imagem: Reprodução/Heindl Energy)

Enquanto os guindastes do Energy Vault forneceriam energia contínua por um período de oito a 16 horas, os pesos subterrâneos da Gravitricity garantiriam rajadas de energia mais curtas, entre 15 minutos e oito horas. O Heindl Energy diz que um diâmetro de 250 metros resultaria em uma capacidade de armazenamento de 8 GWh, comparável à maior usina de armazenamento bombeado em Goldisthal, Alemanha (8,4 GWh).

Outros pesquisadores apoiam o “armazenamento gravitacional”

Thomas Morstyn, pesquisador de sistemas de energia da Universidade de Oxford que estudou os planos da Gravitricity, diz que o armazenamento gravitacional pode ser útil para equilibrar as flutuações de curto prazo na grade de energia, um problema aumentado pela intermitência da energia solar e eólica.

Em comparação com as baterias tradicionais, Morstyn afirma que há duas grandes vantagens: primeiro, os sistemas de gravidade não se desgastariam tão rapidamente; segundo, eles podem ser ajustados. A queda gradual de pesos pequenos pode gerar uma quantidade menor de energia por um longo período, enquanto, ao cair rapidamente, um bloco pesado pode gerar uma explosão de energia. Por outro lado, descarregar uma bateria de íon de lítio muito rapidamente a degrada. Para tudo dar certo, a tecnologia deve ser estar ajustada com alta precisão, para garantir que os blocos sejam manobrados na posição correta. A Energy Vault afirma que seus algoritmos compensam o clima e as mudanças na estrutura do guindaste ao longo do tempo.

Asmae Berrada, engenheira da Universidade Internacional de Rabat, no Marrocos, também vem desenvolvendo um tanque de armazenamento baseado na gravidade. Sua iniciativa tem apoio do governo e faz parte dos planos federais para implantação de energia renovável. No Marrocos, “temos uma alta participação de energia renovável intermitente e uma crescente integração de energia renovável no sistema de fornecimento, o que causa problemas de instabilidade da rede; o armazenamento pode resolver esses problemas”, diz.

Armazenamento com sal?

Vários grupos de cientistas e startups vêm procurando outras opções para guardar o excedente de energia. A Malta, criada no laboratório X da fábrica experimental da Alphabet (empresa-mãe do Google), vem desenvolvendo armazenamento de energia que usa o sal como ingrediente principal. O sistema, com sede em Cambridge, Massachusetts, usa uma bomba de calor para transformar energia elétrica sobressalente da rede, ou de fontes renováveis, ​​em energia térmica.

Em um sistema que pode ser tão grande quanto uma usina convencional, a eletricidade é usada para derreter sal — feito de nitrato de sódio e nitrato de potássio — a temperaturas superiores a 200 graus Fahrenheit, e para esfriar um líquido semelhante a um anticongelante. Quando a energia é necessária, o sistema entra em marcha à ré, reunindo ar quente e frio para criar vapor que aciona uma turbina.

Imagem: Reprodução/Malta

Ainda não há comprovação de que esse processo realmente seja mais barato do que gerar energia da maneira tradicional, mas a Malta adianta que aperfeiçoou o processo e os materiais, e está apostando nessas melhorias para que o sistema consiga concorrer no mercado, com um custo mais acessível. A empresa destaca que sua bateria será capaz de armazenar energia por mais de seis horas, e o sistema tem ciclo de vida de 20 anos.

Alternativas

O ar comprimido também pode ser usado para armazenar energia, mas até agora não era comercialmente viável. A startup canadense Hydrostor tenta mudar esse cenário, usando a eletricidade excedente proveniente de parques eólicos e solares e da rede elétrica para acionar um compressor e compactar o ar, que, então, é armazenado no subsolo — uma opção mais barata do que construir tanques pressurizados no solo, o grupo.

Para acionar uma turbina e gerar eletricidade, o ar comprimido precisa ser aquecido para que se expanda. O sistema Hydrostor usa o mesmo calor gerado pela compressão do ar, e não de outra fonte, tornando-o mais eficiente, diz a empresa. A capacidade de geração de energia dessas instalações varia de cerca de 200 megawatts a 500 megawatts - aproximadamente o equivalente a 1,5 milhão de painéis solares - e pode operar por um dia ou mais. A primeira planta comercial da Hydrostor, em Ontário, Canadá, fornece energia em períodos de pico de demanda para a operadora de rede desde o ano passado. Atualmente, a companhia vem desenvolvendo cerca de 15 projetos maiores nos Estados Unidos, Canadá, Chile e Austrália.

"Fazenda de ar" da Hydrostor (Imagem: Reprodução/Hydrostor)

Além dessas frentes, cientistas vêm experimentando o hidrogênio como fonte de energia limpa há décadas. Hoje, o processo não é tão eficiente quanto as baterias químicas, mas os pesquisadores procuram reduzir os custos, e a tecnologia pode ser útil em ambientes favoráveis. Um dispositivo chamado eletrolisador divide a água em oxigênio e gás hidrogênio, que alimenta uma célula combustível.

A energia resultante é isenta de emissões, desde que o eletrolisador seja alimentado por fontes renováveis. Um projeto apoiado pela União Europeia nas Ilhas Órcades usa células de combustível para converter a eletricidade gerada pela energia eólica, e pelas ondas da região, em combustível.

Fonte: Canaltech

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