Isto causa grande perda dessa eletricidade. Nesta situação, pode parecer lógico aproveitar este excedente de energia renovável para produzir calor e electricidade quando necessário. No entanto, deparamo-nos com um problema tecnológico: não dispomos de um sistema capaz de armazenar e produzir esta energia a pedido de forma economicamente viável.
 
Investigadores do Instituto de Energia Solar da Universidade Politécnica de Madrid (IES-UPM) encontraram uma possível solução: um sistema que pudesse armazenar grandes quantidades de energia renovável durante longos períodos de tempo de forma muito económica e fornecer calor e eletricidade a pedido.
 
O sistema, descrito num artigo recente publicado na revista Joule, utiliza a geração excedente de fontes de energia renováveis ​​intermitentes, como a energia solar ou eólica, para fundir metais de baixo custo, como o silício ou as ligas de ferrossilício, a temperaturas superiores a 1.000 °C. As ligas de silício podem armazenar grandes quantidades de energia durante o processo de fusão. Este tipo de energia é chamado de “calor latente”. Por exemplo, um litro de silício armazena mais de 1 kWh de energia sob a forma de calor latente, que é precisamente a quantidade de energia contida num litro de hidrogénio pressurizado a 500 bar. No entanto, ao contrário do hidrogénio, o silício pode ser armazenado à pressão atmosférica, tornando o sistema potencialmente mais económico e seguro.
 
Um aspeto fundamental do sistema diz respeito à forma como o calor armazenado é convertido em eletricidade. Quando o silício funde a mais de 1000 °C, brilha como o sol. Portanto, é possível converter o calor irradiado de volta em eletricidade utilizando células fotovoltaicas. Os chamados geradores termofotovoltaicos são como instalações fotovoltaicas em miniatura que podem produzir até 100 vezes mais energia do que uma central solar convencional. Por outras palavras, se um metro quadrado de painel solar produz 200 W, um metro quadrado de painel termofotovoltaico produz 20 kW. E não só a potência de saída, mas a eficiência de conversão também é maior. A eficiência das células termofotovoltaicas varia entre 30% a 40%, dependendo da temperatura da fonte de calor. Em comparação, os painéis solares fotovoltaicos comerciais têm eficiências entre os 15% e os 20%. A utilização de geradores termofotovoltaicos, em vez de motores térmicos convencionais (como os ciclos de Stirling, Brayton ou Rankine), evita a utilização de peças móveis, fluidos ou permutadores de calor complexos. Isto permite que todo o sistema seja económico, compacto e silencioso.
 
De acordo com o estudo, as baterias fotovoltaicas de calor latente poderiam armazenar grandes quantidades de excedente de eletricidade renovável. “Grande parte desta eletricidade será produzida quando não houver procura, pelo que será vendida a preços muito baixos no mercado da eletricidade”, afirma Alejandro Datas, investigador do IES-UPM que lidera o projeto. “Portanto, é crucial armazenar esta eletricidade num sistema muito barato, pois não faria sentido armazenar algo tão barato num recipiente muito caro. É por isso que armazenar o excesso de eletricidade como calor faz todo o sentido, uma vez que é uma das formas mais baratas de armazenar energia”, continua o investigador. Em particular, as ligas de silício e ferrossilício podem armazenar energia a um custo inferior a 4€ por kWh, o que é 100 vezes mais barato do que as atuais baterias estacionárias de iões de lítio. O custo total será mais elevado após a incorporação do contentor e do isolamento térmico. No entanto, de acordo com o estudo, seria possível atingir custos na ordem dos 10€ por kWh se o sistema for suficientemente grande, tipicamente superior a 10 MWh, uma vez que o custo do isolamento térmico representaria uma pequena fracção do custo total do sistema.
 
O facto de apenas uma fracção do calor armazenado ser convertida em electricidade não é necessariamente um problema. Se o sistema for suficientemente barato, recuperar apenas 30-40% da energia como eletricidade torná-lo-ia preferível a outras tecnologias mais caras, como as baterias de iões de lítio. Além disso, os restantes 60-70% do calor que não são convertidos em eletricidade podem ser fornecidos diretamente aos edifícios, fábricas ou cidades, reduzindo o seu consumo de gás natural. O calor representa mais de 50% da procura global de energia e 40% das emissões globais de CO2. Assim sendo, armazenar energia eólica ou solar fotovoltaica em baterias de armazenamento de calor latente (LHS) não só permitiria uma redução substancial de custos, como também iria satisfazer parte da grande procura de calor através de fontes renováveis. Assim, “o desenvolvimento deste tipo de sistemas pode ser fundamental para reduzir a nossa dependência dos combustíveis fósseis, não só no sector eléctrico, mas também no sector do aquecimento”, conclui Datas.
 
O primeiro protótipo à escala laboratorial do sistema, fabricado no âmbito de um projeto europeu (AMADEUS), já está disponível na IES-UPM, tendo os primeiros resultados experimentais sido publicados no estudo. Este é o resultado de mais de 10 anos de investigação no IES-UPM. No entanto, a tecnologia ainda requer investimentos significativos antes de chegar ao mercado. Por exemplo, o protótipo laboratorial atual tem menos de 1 kWh de capacidade de armazenamento, mas são necessárias capacidades de armazenamento de energia superiores a 10 MWh para que esta tecnologia seja economicamente viável. Por isso, o próximo desafio é ampliar a tecnologia e testar a sua viabilidade em larga escala. Para isso, os investigadores do IES-UPM já estão a reunir a equipa que tornará isso possível.

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