Como armazenar energia renovável
O armazenamento de energia renovável é importante para ajudar a humanidade a reduzir sua dependência de combustíveis fósseis, como petróleo e carvão, que produzem dióxido de carbono e outros gases de efeito estufa que causam mudanças climáticas.
Aproveitar a energia do sol com painéis solares e utilizar a energia eólica com turbinas eólicas são duas maneiras comuns de gerar energia renovável . Mas o sol nem sempre está brilhando e o vento nem sempre está soprando quando queremos eletricidade, e às vezes eles produzem energia excedente quando a demanda é baixa.
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Para reduzir o impacto da geração inconsistente de energia a partir de fontes renováveis, cientistas e engenheiros estão desenvolvendo maneiras de armazenar o excesso de energia para uso quando necessário. Há muitas maneiras diferentes de armazenar energia, e novas técnicas de armazenamento estão sendo desenvolvidas e refinadas o tempo todo. Aqui estão alguns dos melhores e mais promissores métodos para armazenar energia renovável.
1. Baterias
As baterias são provavelmente o método mais familiar de armazenamento de energia. Os humanos usam baterias em todos os tipos de dispositivos elétricos, de smartphones a carros. As baterias mais populares são as baterias de íons de lítio, que são usadas em pequenos dispositivos e também representam mais de 90% do armazenamento de baterias na rede elétrica global, de acordo com o Environmental and Energy Study Institute em Washington, DC, uma organização sem fins lucrativos organização que promove a energia sustentável.
A extremidade negativa de uma bateria é conectada a um eletrodo chamado ânodo e a extremidade positiva é conectada a outro eletrodo chamado cátodo. O eletrólito, uma substância líquida de íons eletricamente carregados dentro da bateria, combina-se com o material dos eletrodos para produzir uma reação química que gera uma corrente elétrica. Nas baterias de íons de lítio, o ânodo e o cátodo armazenam lítio, de acordo com o Departamento de Energia dos EUA . O eletrólito transporta íons de lítio carregados positivamente do ânodo para o cátodo para alimentar algo e vice-versa quando a bateria é carregada, o que pode ser feito usando energia renovável.
As baterias de íons de lítio têm algumas desvantagens. Por exemplo, eles se tornam menos eficientes e mais propensos a falhar ao longo do tempo, de acordo com o Instituto de Energia Limpa da Universidade de Washington. Eles também são caros para produzir em larga escala e extrair as matérias-primas necessárias para fazê-los tem um impacto ambiental negativo. Como a maioria dos outros métodos de armazenamento de energia, as baterias não retêm toda a energia que é colocada nelas; eles têm uma eficiência de 85% a 95%, de acordo com um relatório de 2020 do Conselho Mundial de Energia , uma rede de líderes em energia que promovem a energia sustentável.
2. Armazenamento de energia hidrelétrica bombeada
O armazenamento de energia hidrelétrica bombeada, ou energia hidrelétrica de armazenamento bombeado, usa dois reservatórios de água para armazenar eletricidade. O excesso de energia é usado para bombear água de um reservatório inferior para um reservatório superior. Então, quando a eletricidade é necessária, a água no reservatório superior é liberada para fluir de volta para o reservatório inferior através de turbinas que geram eletricidade, de acordo com uma revisão de 2021 do armazenamento de energia hidrelétrica bombeada publicada na revista Progress in Energy . Nem toda a energia usada para bombear a água é recuperada quando é liberada; o armazenamento de energia hidrelétrica tem uma eficiência de cerca de 75% a 85%, de acordo com o relatório do Conselho Mundial de Energia de 2020.
A maior instalação hidrelétrica reversível do mundo fica na Virgínia e fornece energia para cerca de 750.000 residências, de acordo com o Environmental and Energy Study Institute. Os sistemas de armazenamento de energia hidrelétrica bombeada são normalmente construídos em rios ou próximos a eles, juntamente com a produção de energia hidrelétrica. No entanto, eles também podem ser usados com água do mar dos oceanos. Um sistema de armazenamento de energia hidrelétrica bombeada na ilha de Okinawa, no Japão, puxa a água do mar para fora do oceano e sobe uma colina por meio de um oleoduto. O sistema então libera a água de volta pelo tubo para alimentar as turbinas e gerar eletricidade, de acordo com a Universidade de Strathclyde , na Escócia.
3. Armazenamento de eletricidade térmica bombeada
O armazenamento de eletricidade térmica bombeada envolve o uso de eletricidade gerada a partir de fontes renováveis para aquecer cascalho ou outro material de retenção de calor dentro de um tanque isolado. Esse calor pode ser usado para gerar eletricidade quando necessário, de acordo com um artigo de 2020 no The Conversation de Antoine Koen, doutorando em armazenamento de energia térmica bombeada, e Pau Farres Antunez, pesquisador em armazenamento de energia, ambos da Universidade de Cambridge na Inglaterra.
O método usa materiais de fácil acesso, como cascalho, para que possa ser instalado em praticamente qualquer lugar. O armazenamento de eletricidade térmica bombeada tem uma faixa de eficiência esperada entre 50% e 70%, de acordo com um artigo de 2017 publicado na revista Renewable and Sustainable Energy Reviews . Essa tecnologia ainda está sendo desenvolvida. A primeira instalação de armazenamento de eletricidade térmica bombeada da Universidade de Newcastle, na Inglaterra, demonstrou uma eficiência de 65% em 2019, de acordo com um estudo de 2020 publicado na revista Frontiers in Energy Research.
4. Armazenamento de energia por gravidade
Uma empresa britânica chamada Gravitricity está desenvolvendo uma tecnologia para aproveitar ao máximo a gravidade. O método usa eletricidade para levantar pesos em um guincho, que são posteriormente liberados para acionar um gerador de eletricidade, recuperando a maior parte da energia usada para levantá-los. Este equipamento pode ser construído em poços de minas em desuso para cair cerca de 13.200 toneladas (12.000 toneladas métricas) em um poço a mais de 800 metros de profundidade, informou o The Guardian em 2019. A tecnologia tem uma eficiência prevista de 80% a 90% , de acordo com o site Gravitricity . Outro sistema baseado em gravidade usa o excesso de energia para puxar os trens para cima de uma inclinação antes de deixá-los rolar de volta para liberar a energia armazenada, informou a Live Science anteriormente. Uma empresa chamada Advanced Rail Energy Storage (ARES) está desenvolvendo um desses sistemas em Nevada, de acordo com o site da ARES.
5. Armazenamento de energia de ar comprimido
Os sistemas de armazenamento de energia de ar comprimido bombeiam ar para uma câmara subterrânea para aumentar a pressão, que pode ser liberada sob demanda para alimentar turbinas a gás, informou a Live Science anteriormente . Mais energia é produzida se a usina queimar gás natural no ar de alta pressão, mas isso produz emissões de dióxido de carbono. Este sistema pode ter uma eficiência entre 70% e 89%, de acordo com o relatório do Conselho Mundial de Energia de 2020. Existem pelo menos duas instalações operacionais de armazenamento de energia de ar comprimido. A primeira instalação foi estabelecida em Huntorf, na Alemanha, em 1978, e uma segunda instalação no Alabama está em operação desde 1991, de acordo com um estudo de 2021 na revista Renewable and Sustainable Energy Reviews.
6. Armazenamento de hidrogênio
O hidrogênio é usado como uma forma de armazenamento de energia química. A eletricidade é convertida em hidrogênio por meio de um processo chamado eletrólise, que quebra a água em seus elementos de hidrogênio e oxigênio , de acordo com o Departamento de Energia dos EUA . O hidrogênio pode então ser armazenado e usado como combustível para gerar eletricidade. O hidrogênio também pode ser usado para alimentar veículos movidos a hidrogênio para reduzir as emissões de gases de efeito estufa do transporte.
O uso de hidrogênio para armazenar energia tem uma eficiência de 35% a 55%, de acordo com o relatório do Conselho Mundial de Energia de 2020. As células de combustível de hidrogênio são caras, pois exigem metais caros, como a platina . No entanto , eles são usados para alimentar e fazer backup de instalações críticas, como relés de telecomunicações e processamento de cartão de crédito, de acordo com o Environmental and Energy Study Institute.
Recursos adicionais
Para saber mais sobre como podemos usar energia renovável para alimentar o mundo, assista a este pequeno vídeo do YouTube do TED-Ed . Você pode descobrir como economizar dinheiro economizando energia e combustível no site do Departamento de Energia dos EUA . Leia mais sobre os benefícios da energia renovável na Union of Concerned Scientists , uma organização sem fins lucrativos de defesa da ciência.
Bibliografia
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Fonte: LiveScience
