Energia

Esquema conceitual do sistema de armazenamento de energia renovável usando silício fundido. [Imagem: Caleb Amy et al. - 10.1039/C8EE02341G]

Armazenamento de energia

Seja para armazenar o vento e o Sol, seja para guardar o calor do verão para usar no inverno, um novo projeto conceitual promete armazenar energia renovável, como energia solar e eólica, e entregar essa energia de volta à rede elétrica sob demanda.

O sistema pode ser dimensionado para abastecer uma cidade pequena não apenas quando o sol está alto ou o vento está forte, mas o tempo todo.

O novo projeto armazena o calor gerado pelo excesso de eletricidade da energia solar ou eólica em grandes tanques de silício fundido incandescente e, quando necessário, converte a luz do metal incandescente de volta em eletricidade.

Os pesquisadores estimam que tal sistema seria muito mais viável e custo-efetivo do que as baterias de íons de lítio, que têm sido propostas como um método tecnicamente viável, embora caro, para armazenar energia renovável. Eles também estimam que o sistema custaria cerca de metade do que o armazenamento hidrelétrico bombeado, a forma mais barata de armazenamento de energia em escala de rede disponível hoje.

"Mesmo se quiséssemos operar a rede de energia com base em fontes renováveis agora não poderíamos, porque você precisaria de turbinas movidas a combustíveis fósseis para compensar o fato de que a oferta renovável não pode ser despachada sob demanda. Estamos desenvolvendo uma nova tecnologia que, se bem-sucedida, resolveria esse problema mais importante e crítico no campo da energia e das mudanças climáticas, a saber, o problema do armazenamento da energia," disse Asegun Henry, do MIT, nos EUA.


[Imagem: Caleb Amy et al. - 10.1039/C8EE02341G]

Armazenamento em silício fundido

As usinas solares concentradas - ou usinas termossolares - armazenam calor solar em grandes tanques cheios de sal fundido, que é aquecido a temperaturas de cerca de 530º C. Quando a eletricidade é necessária, o sal quente é bombeado através de um trocador de calor, que transfere o calor do sal para vapor - uma turbina transforma esse vapor em eletricidade.

"Essa tecnologia existe há algum tempo, mas acredita-se que seu custo nunca ficará baixo o suficiente para competir com o gás natural," diz Henry. "Então tem havido uma pressão para operar em temperaturas muito mais altas, de forma que você possa usar um motor térmico mais eficiente e reduzir o custo."

O problema é que, se o sal for aquecido muito além das temperaturas atuais, o sal fundido corrói os tanques de aço inoxidável nos quais ele é armazenado.

Então, a equipe de Henry procurou um meio diferente do sal que pudesse armazenar calor a temperaturas muito mais altas. Inicialmente eles propuseram um metal líquido mas foram parar no silício - o metal mais abundante na Terra, que pode suportar temperaturas incrivelmente altas, de mais de 2.200º C.

No ano passado, a equipe desenvolveu uma bomba que pode suportar esse calor escaldante, para enviar o silício fundido através de um sistema de armazenamento. A bomba tem a maior tolerância ao calor já registrada - um feito reconhecido pelo livro Guiness de recordes mundiais. Desde esse desenvolvimento, a equipe vem projetando o sistema de armazenamento de energia que incorpore essa bomba de alta temperatura.


Detalhe da célula para reconversão do brilho do silício em eletricidade. [Imagem: Caleb Amy et al. - 10.1039/C8EE02341G]

Armazenamento Joule

O conceito para o novo sistema de armazenamento de energia renovável finalmente ficou pronto, batizado de TEGS-MPV, sigla em inglês para "Armazenamento em Rede de Energia Térmica Fotovoltaica Multi-Junção".

Em vez de usar campos de espelhos e uma torre central para concentrar o calor, a proposta é converter a eletricidade gerada por qualquer fonte renovável, como energia solar ou eólica, em energia térmica, via aquecimento joule - um processo pelo qual uma corrente elétrica passa por um elemento de aquecimento.

O sistema poderia ser adicionado a sistemas de energia renovável existentes, como células solares, para capturar o excesso de eletricidade durante o dia e armazená-lo para uso posterior.

O sistema consiste em um tanque grande, fortemente isolado termicamente, com 10 metros de largura, feito de grafite e preenchido com silício líquido, mantido a uma temperatura "fria" de quase 1.900º C. Um banco de tubos, exposto a elementos de aquecimento, conecta esse tanque frio a um segundo tanque "quente". Quando a eletricidade das células solares entra no sistema, essa energia é convertida em calor nos elementos de aquecimento. Enquanto isso, o silício líquido é bombeado para fora do tanque frio e aquece ainda mais enquanto passa pelo banco de tubos expostos aos elementos de aquecimento rumo ao tanque quente, onde a energia térmica é agora armazenada a uma temperatura muito mais alta, de cerca de 2.380º C.

Quando a eletricidade é necessária, digamos, depois que o sol se pôs, o silício líquido quente - tão quente que está brilhando, emitindo uma forte luz branca - é bombeado através de uma série de tubos que emitem essa luz. Células solares especializadas, conhecidas como fotovoltaicos multijunção, transformam a luz em eletricidade, que pode ser fornecida à rede da cidade. O silício agora resfriado pode ser bombeado de volta para o tanque frio até a próxima rodada de armazenamento - agindo efetivamente como uma grande bateria recarregável.

"Um dos nomes afetuosos que as pessoas começaram a chamar nosso conceito é 'Sol em uma caixa', que foi cunhado por minha colega Shannon Yee, na Georgia Tech," disse Henry. "É basicamente uma fonte de luz extremamente intensa que está contida em um recipiente que aprisiona o calor."

Bibliografia:

Thermal energy grid storage using multi-junction photovoltaics
Caleb Amy, Hamid Reza Seyf, Myles A. Steiner, Daniel J. Friedman, Asegun Henry
Energy & Environmental Science
DOI: 10.1039/C8EE02341G




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