Energia

Calor pode ser armazenado quimicamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/10/2021

Grânulos de zeólita em seu estado original (à esquerda) e revestidos com alumínio.
[Imagem: Fraunhofer FEP]

Armazenamento termoquímico

Guardar calor pode ser uma técnica crucial para criarmos uma sociedade mais energeticamente eficiente e menos agressiva ambientalmente.

Por um lado, nossas indústrias e máquinas geram calor o tempo todo, que é dissipado na atmosfera; por outro lado, soluções termossolares, de coleta do calor do Sol, por exemplo, só atendem às necessidades nos momentos mais quentes do dia, quando menos se necessita delas.

Todas essas formas de calor podem ser armazenadas em tanques de água, para serem usadas quando forem necessárias, mas isso exige tanques enormes em áreas onde o espaço é caro, e sistemas de isolamento térmico para minimizar as perdas.

Engenheiros do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, acreditam ter encontrado uma solução perfeita para todos esses problemas: Guardar o calor disponível de forma química, liberando-o de volta quando ele for necessário.

Zeólitas metalizadas já sendo usadas no trocador de calor.
[Imagem: Fraunhofer FEP]

Zeólitas

A solução de armazenamento termoquímico se baseia em um material cerâmico altamente poroso, conhecido como zeólitas.

Ao contrário da água, as zeólitas não armazenam o calor diretamente - em vez disso, o calor remove a água que está armazenada no material. No estado energético, as zeólitas ficam completamente secas; quando vapor de água passa por elas, o calor é liberado.

A vantagem disso é que a energia não é armazenada na forma de aumento de calor, mas na forma de um estado químico. Isso significa que o calor não é perdido durante o armazenamento de longo prazo, dispensando aparatos de isolamento térmico.

Mas, até agora havia também uma desvantagem: As zeólitas têm baixa condutividade térmica, o que dificulta a transferência de calor do trocador de calor para o material e vice-versa. Foi para esse problema que a equipe alemã encontrou uma solução.

"Nós revestimos os pellets de zeólita com alumínio; isto dobrou a condutividade térmica após apenas a primeira tentativa, sem afetar negativamente a adsorção e dessorção de água. Atualmente, pretendemos aumentar isso em cinco a dez vezes através do ajuste dos revestimentos," contou o professor Heidrun Klostermann, coordenador do projeto.

Equipamento desenvolvido pela equipe para revestir as zeólitas com alumínio.
[Imagem: Fraunhofer FEP]

Parece simples, mas não é

Embora a solução pareça muito simples, na verdade ela apresenta desafios consideráveis. Basta ver que, em um litro de grânulos, com tamanhos médios de cinco milímetros de diâmetro, são mais de dez mil minúsculas pelotas para serem uniformemente revestidas com alumínio. Reduza o tamanho de cada grão para um milímetro e já serão um milhão de pelotas, com uma área de superfície total de 3,6 m².

Acrescente-se a isso que é crucial diminuir o tamanho das pelotas de zeólitas porque grãos menores aumentam a densidade de potência específica dos sistemas de armazenamento térmico. E, para obter condutividade térmica suficiente, o revestimento também deve ter dezenas de micrômetros de espessura, muito mais espesso do que o normalmente obtido em processos de revestimento a vácuo.

Mesmo assim, os pesquisadores venceram todos esses desafios. Para isso, eles se valeram da evaporação térmica, na qual um fio de alumínio é continuamente inserido em uma placa de cerâmica aquecida em um ambiente de vácuo, o que faz com que o alumínio evapore e deposite-se nos grânulos na forma de uma camada muito precisa - as zeólitas devem ficar girando continuamente em um barril para que fiquem todas cobertas por igual.

"A principal dificuldade está em revestir os grânulos enquanto eles rolam, bem como em garantir que o revestimento seja aplicado de maneira uniforme em um grau suficiente," contou Klostermann. "A excelente colaboração dos nossos engenheiros, físicos e mecânicos de precisão foi o principal trunfo para nos ajudar a alcançar isso."