Uma ‘superbateria’ feita de ar

O vento produz eletricidade, mesmo quando a demanda de energia é baixa. Keystone

Um novo sistema para armazenar eletricidade, sob a forma de ar comprimido, está em estudo dentro de um cubículo escavado nos Alpes suíços. Esse projeto é único no mundo e poderá dar um impulso decisivo às fontes de renováveis de energia. E confirmar o papel da Suíça como bateria da Europa.

A estocagem do excesso de energia produzida pelas centrais solar e eólica é um dos principais desafios das fontes renováveis. Sol e vento produzem eletricidade de forma irregular. Por isso, a disponibilidade de muita corrente elétrica nem sempre coincide com o período de alta demanda. Como aproveitar esse excedente e evitar o desperdício?

A resposta de Giw Zanganeh, jovem engenheiro formado pelo Politécnico Federal de Zurique, baseia-se no ar comprimido. Mais precisamente, na estocagem do ar nos túneis e cavernas escavados na montanha.

O princípio é simples, explica o responsável de AlacaesLink externo, um projeto apoiado pelo Ministério da Energia. “Com a energia excedentária é possível acionar um compressor que joga o ar num cubículo. Nos momentos de demanda o fluxo é invertido e o ar em alta pressão circula numa turbina que o converte em eletricidade”..

Ambiente submarino na caverna

O projeto-piloto de Alacaes custou 4 milhões de francos suíços e foi instalado num túnel abandonado perto de Biasca, no cantão do Ticino, sul da Suíça. Até pouco tempo atrás, ele servia para o transporte de material da escavação do túnel ferroviário de base do São Gotardo, inaugurado recentemente.

“O cubículo está como o encontramos”, nos diz Giw Zanganeh, enquanto nos acompanha pelo interior do túnel. Dentro de seu carro avançamos 700 metros no escuro absoluto, antes de nos depararmos com dois aparelhos enormes. São os compressores usados para preencher a caverna de ar. “São compressores especiais. É uma nova tecnologia”, diz o engenheiro, de origem iraniana. Um pouco mais adiante chegamos na sala de estocagem do ar, depois de ultrapassar uma porta de aço.

Num espaço longo de cem metros, o ar é comprimido a 33 bar, o equivalente à pressão da água a 300 metros de profundidade. Esse trabalho, em condição extrema, é uma das maiores dificuldades, explica Giw Zanganeh. Para monitorar o complexo foram instaladas câmeras especiais usadas em serviços submarinos.

O objetivo dessa fase inicial de testes é o estudo da reação da rocha submetida a pressões elevadas. A pesquisa concentra-se nas qualidades de impermeabilização e na ocorrência de eventuais vibrações. O engenheiro observa que, ao contrário das instalações geotérmicas, o risco de provocar terremotos não existe a rocha não é perfurada.

Calor nas pedras

Os armazéns de estocagem da energia através do ar comprimido (tecnologia CAES, Compressed Air Energy Storage) não são uma novidade. O primeiro foi construído na Alemanha, em 1978. O segundo entrou em funcionamento nos Estados Unidos, no começo dos anos 1990. Ambos foram realizados em minas de sal. Já o projeto piloto de Biasca tem um rendimento maior, afirma Giw Zanganeh e “a razão está na recuperação do calor “.

A temperatura aumenta quando o ar é comprimido. Esse é um fenômeno físico. Durante o processo de compressão, ele pode alcançar 550 graus centígrados. Esse valor é alto demais para levá-lo ao subsolo sem perigo. Na Alemanha e nos Estados Unidos, o calor acaba dissipado. Giw Zanganeh – e aqui está uma das inovações do projeto Alacaes- criou um sistema de conservação da energia e um processo para usá-la durante a fase de conversão do ar em eletricidade. 

Graças à gestão do calor, o projeto de Biasca tem um rendimento de 72%, contra 45-50% nas centrais existentes, observa

Giw Zanganeh. “Nos aproximamos do eficiente sistema de bombeamento-turbinagem das usinas hidrelétricas. Custamos menos e somos mais sustentáveis do ponto de vista ambiental. Não precisa intervir no território para construir diques e represas”.

Sistema promissor, mas deve ser aperfeiçoado

“Além do baixo impacto ecológico, o recurso ao ar comprimido poderia garantir o abastecimento de grandes quantidades de energia, por um período longo. Uma exigência que se tornará sempre maior no futuro”, afirma Maurizio BarbatoLink externo, professor no Instituto CIM de apoio à inovação sustentável na Escola Universitária Profissional da Suíça italiana

10% da eletricidade nos lagos

Com relação à Europa, a Suíça tem uma capacidade de armazenamento de energia superior, releva Sophie Haussener. 10% da eletricidade produzida na Suíça pode ser estocada nos sistemas de bombeamento-turbinagem (nas centrais hidrelétricas). A porcentagem na Europa é de 5%. estratégia energetica 2050Link externo do governo federal prevê duplicar ou triplicar a capacidade de estocagem, observa a pesquisadora.

Todavia, a tecnologia e, mais precisamente, aquela do armazenamento térmico, ainda não está pronta, sinaliza Maurizio Barbato. Ele acompanha de perto o experimento de Biasca no contexto de um programa do fundo nacional de pesquisa (PNR70Link externo). O uso da rocha, explica, não garante a manutenção do ar a uma temperatura constante na saída. E essa é uma condição indispensável para o funcionamento correto das turbinas. Por isso avançam as pesquisas de aplicação de ligas metálicas. O aperfeiçoamento do sistema prossegue com os estudos no Politécnico Federal de Zurique e no de Lausanne. (EPFL).

A tecnologia de Alacaes é muito interessante, concorda Sophie HaussenerLink externo, pesquisadora do laboratório da ciência e engenharia de energia renovável da EPFL. “O limite talvez seja a densidade energética relativamente baixa: a quantidade de energia que pode ser armazenada por uma unidade de volume é 5 a 10 vezes menor se comparada à capacidade uma bateria recarregável”.

O consumo de Lugano num cubo

Na Europa, principalmente no norte, que produz cada vez mais eletricidade com o vento, uma central a ar comprimido poderia ter um grande potencial. Idealmente, comenta Maurizio Barbato, essa super bateria deveria ser localizada ao redor dos parques eólicos. ” Mas para aqueles de planície, como no norte da Alemanha, é complicado. Teria que colocá-la dentro de centenas de metros de profundidade ou construir caros e herméticos depósitos na superfície”. Um país de montanhas, cavernas e túneis, como a Suíça, pode assumir um papel relevante neste campo, acrescenta ele.

No entanto, nos túneis e velhos “bunkers” militares escavados nos Alpes, Giw Zanganeh acredita pouco.  Os “bunkers” são, em geral, muito pequenos e a forma alongada de um túnel não é a mais indicada para minimizar as perdas. O melhor é um cubo ou uma esfera. Essas figuras geométricas possuem uma relação superfície/volume menor. O engenheiro fez um cálculo: “Um cubo de 48 metros de lado permitiria o armazenamento de 500 MWh de energia. Esse é o consumo da cidade de Lugano, de 70 mil habitantes, por um período de 12 horas”.

Se os testes de Alacaes darão bons resultados, observa, a Suíça poderá reafirmar o seu papel de bateria da Europa. E contribuir para a estabilização da rede europeia ao compensar as flutuações das energias eólica e solar do continente

Enquanto a ciência estuda como armazenar eletricidade, o que pode fazer o cidadão para reduzir o seu consumo energético? Compartilhe as suas experiências e sugestões, enviando os seus comentários.

Adaptação: Guilherme Aquino