Nas últimas décadas, o custo da geração de eletricidade eólica e solar caiu muito. Segundo o relatório The Sky’s the Limit do Carbon Tracker, o potencial de energia solar e eólica é 100 vezes maior que a demanda global de energia, liberando uma reserva de energia que pode atender à demanda mundial, sendo que a maior parte já é economicamente viável. O relatório Custos de Geração de Energias Renováveis em 2020 da Agência Internacional para as Energias Renováveis (IRENA) aponta o Brasil como um dos destaques. O gasto total de instalação da energia solar caiu 55% entre 2017 e 2020. Também tivemos quedas no custo de painéis solares.
Se as taxas de expansão atuais se mantivessem a uma taxa de crescimento anual de 15%, seria possível substituir até 2050 as fontes de energia não renováveis como petróleo, carvão mineral e gás natural. No entanto, ainda é relativamente caro armazenar energia. E como a geração de energia renovável não está disponível o tempo todo, ou seja, só acontece quando o vento sopra ou o sol brilha. Nesses casos o armazenamento é essencial. Aqui estão três tecnologias emergentes que podem ajudar a fazer isso acontecer.
Recursos finitos para armazenamento de eletricidade
A maioria das pessoas já usa baterias alcalinas para aparelhos eletrônicos a baterias de íon de lítio para carros e notebooks. Elas estão presentes em muitos aspectos do nosso dia a dia. Mas ainda há muito espaço para crescimento. Por exemplo, baterias de alta capacidade com longos tempos de descarga – até 10 horas – podem ser valiosas para armazenar energia solar à noite ou aumentar o alcance dos veículos elétricos.
No momento, existem poucas baterias em uso. Um dos maiores obstáculos é o fornecimento limitado de lítio e cobalto, que atualmente são essenciais para a fabricação de baterias leves e potentes. De acordo com o estudo do Karlsruhe Institute of Technology (KIT), publicado na revista Nature Reviews Materials, uma escassez e um aumento no preço do cobalto devem ocorrer em cerca de trinta anos, especialmente porque a demanda pelo metal deverá ser duas vezes maior.
Além disso, cerca de 70% do cobalto do mundo é produzido na República Democrática do Congo (RDC), em condições documentadas como desumanas. Os cientistas estão trabalhando para desenvolver técnicas de reciclagem de baterias de lítio e cobalto e para projetar baterias baseadas em outros materiais. A Tesla planeja produzir baterias sem cobalto nos próximos anos. Outros pretendem substituir o lítio pelo sódio, com propriedades muito semelhantes às do lítio, mas muito mais abundante.
Baterias mais seguras
Outra prioridade é tornar as baterias mais seguras. Uma área para melhoria são os eletrólitos – o meio, geralmente líquido, que permite que uma carga elétrica flua do terminal negativo, para o terminal positivo. Quando uma bateria está em uso, as partículas carregadas no eletrólito se movem para equilibrar a carga da eletricidade que sai da bateria. Os eletrólitos geralmente contêm materiais inflamáveis. Se eles vazarem, a bateria pode superaquecer e pegar fogo ou derreter.
Os cientistas estão desenvolvendo eletrólitos sólidos, o que tornaria as baterias mais robustas. É muito mais difícil para as partículas se moverem através de sólidos do que através de líquidos, mas resultados em escala de laboratório sugerem que essas baterias podem estar prontas para uso em veículos elétricos nos próximos anos, com datas previstas para comercialização já em 2026.
Embora as baterias de estado sólido sejam adequadas para eletrônicos de consumo e veículos elétricos, para armazenamento de energia em grande escala, os cientistas estão buscando designs totalmente líquidos chamados baterias de fluxo.
Nestes dispositivos, tanto o eletrólito quanto os eletrodos são líquidos. Isso permite um carregamento super rápido e facilita a fabricação de baterias realmente grandes. Atualmente, esses sistemas são muito caros, mas as pesquisas continuam baixando o preço.
Armazenando a eletricidade como calor
Outras soluções de armazenamento de energia renovável custam menos do que baterias, em alguns casos. Por exemplo, usinas de energia solar concentrada usam espelhos para concentrar a luz do sol, que aquece centenas ou milhares de toneladas de sal até derreter. Esse sal fundido é então usado para acionar um gerador elétrico (assim como o carvão ou a energia nuclear é usada para aquecer o vapor), e aciona um gerador nas usinas tradicionais. Esses materiais aquecidos também podem ser armazenados para produzir eletricidade em dias nublados ou mesmo à noite. Esta abordagem permite que a energia solar concentrada funcione 24 horas.
Esta ideia pode ser adaptada para uso com tecnologias de geração de energia não solar. Por exemplo, eletricidade produzida com energia eólica pode ser usada para aquecer sal para uso posterior, quando não houver vento.
A concentração de energia solar ainda é relativamente cara. Para competir com outras formas de geração e armazenamento de energia, ela precisa se tornar mais eficiente. Uma forma de conseguir isso é aumentar a temperatura a que o sal é aquecido, permitindo uma produção de eletricidade mais eficiente. Infelizmente, os sais atualmente em uso não são estáveis em altas temperaturas.
Uma ideia importante sobre como atingir temperaturas mais altas envolve aquecer areia em vez de sal, que pode suportar temperaturas mais altas. A areia seria então movida com correias transportadoras do ponto de aquecimento para o armazenamento. O Departamento de Energia anunciou recentemente o financiamento de uma usina piloto de energia solar concentrada com base neste conceito.
Combustíveis renováveis avançados
As baterias são úteis para armazenamento de energia de curto prazo, e usinas de energia solar concentrada podem ajudar a estabilizar a rede elétrica. No entanto, as concessionárias também precisam armazenar muita energia por períodos indefinidos de tempo. Este é um papel para combustíveis renováveis como hidrogênio e amônia. As concessionárias armazenariam energia nesses combustíveis, produzindo-os com energia excedente, quando as turbinas eólicas e os painéis solares estão gerando mais eletricidade do que os clientes das concessionárias precisam.
O hidrogênio e a amônia contêm mais energia do que as baterias, portanto, funcionam onde as baterias não funcionam. Por exemplo, eles podem ser usados para o transporte de cargas pesadas e operação de equipamentos pesados e para combustível de foguete.
Os cientistas estão procurando maneiras de produzir hidrogênio e outros combustíveis usando eletricidade renovável. Por exemplo, é possível fazer combustível de hidrogênio dividindo as moléculas de água usando eletricidade. O principal desafio é otimizar o processo para torná-lo eficiente e econômico. A recompensa potencial é enorme: energia inesgotável e totalmente renovável.