Combustíveis metálicos como o futuro do armazenamento de energia? Quando o alumínio e o ferro ultrapassarem o hidrogênio – Imagem: Xpert.Digital
Armazenar energia em metal: essa ideia simples tem 23 vezes mais potência que o hidrogênio.
A solução para a falta de eletricidade no inverno? Pesquisadores estão criando a bateria do futuro a partir de pó metálico – um litro de ferro para 8 horas de energia: a revolução negligenciada no armazenamento de energia.
A transição energética enfrenta um desafio paradoxal: enquanto as usinas solares produzem um excedente de eletricidade limpa no verão, parte da qual não é utilizada, uma significativa escassez de eletricidade ameaça durante os meses escuros e frios do inverno. Esse desequilíbrio sazonal é um dos obstáculos mais persistentes no caminho para a neutralidade climática e continua a forçar a Europa a uma dependência dispendiosa das importações de combustíveis fósseis. Embora o debate público frequentemente se concentre no hidrogênio como uma panaceia, uma alternativa potencialmente superior está amadurecendo nos bastidores da pesquisa: o armazenamento de energia em combustíveis metálicos, como alumínio e ferro.
Essa ideia aparentemente incomum, após uma análise mais detalhada, revela-se uma solução engenhosamente simples e robusta. O princípio baseia-se em um ciclo químico reversível: o excesso de eletricidade gerada no verão é utilizado para reduzir óxidos metálicos a metais puros, que servem como portadores de energia extremamente densos e seguros. Quando necessário, esses metais reagem de forma controlada com a água, liberando simultaneamente calor e hidrogênio utilizáveis, que são então convertidos novamente em eletricidade.
As vantagens físicas são surpreendentes: um litro de alumínio armazena cerca de 23 vezes mais energia, em volume, do que o hidrogênio altamente comprimido. O pó ou grânulos de metal podem ser armazenados e transportados com segurança à temperatura ambiente e pressão normal – sem a necessidade de tanques de alta pressão dispendiosos ou refrigeração criogênica. Isso significa que os combustíveis metálicos podem não apenas revolucionar o armazenamento sazonal de energia para edifícios e indústrias, mas também reorganizar os fluxos globais de energia e abrir caminho para que a Europa se liberte de sua dependência energética geopolítica. Projetos-piloto na Suíça e na Alemanha já demonstram que essa tecnologia é muito mais do que apenas uma ideia de laboratório – ela pode se tornar o componente crucial, antes ausente, para um fornecimento de energia seguro e totalmente renovável.
Adequado para:
Uma sacada genial suíça: como um grânulo metálico discreto pode acabar com nossa dependência energética.
O desafio do armazenamento sazonal de energia é um dos problemas mais persistentes da transição energética. Embora o excedente de eletricidade fotovoltaica no verão europeu esteja aumentando constantemente, essa mesma energia é escassa durante os meses escuros do inverno. Combustíveis metálicos como alumínio e ferro prometem uma solução superior ao hidrogênio, mais proeminente, em parâmetros cruciais, e que podem transformar fundamentalmente o setor energético.
A Europa enfrenta um desafio energético fundamental. Só a Suíça prevê um défice de eletricidade no inverno de cerca de oito a dez terawatts-hora até 2050, apesar da expansão massiva da energia fotovoltaica. A Alemanha e toda a União Europeia enfrentam um problema estrutural semelhante. Enquanto a geração de energia solar cria excedentes de capacidade no verão, alguns dos quais têm de ser reduzidos, existe uma escassez gritante no inverno. Esta discrepância sazonal é agravada a cada novo painel solar instalado em telhados e espaços abertos na Europa. Ao mesmo tempo, a crescente eletrificação do aquecimento e dos transportes torna a procura de eletricidade, particularmente durante os meses mais frios, ainda mais crítica.
A dependência energética da Europa em relação às importações de combustíveis fósseis ressalta a necessidade urgente de soluções sustentáveis de armazenamento. A Alemanha transfere anualmente entre 80 e 130 bilhões de euros para o exterior com carvão, petróleo e gás, enquanto a União Europeia como um todo transfere mais de 300 bilhões de euros. Essas enormes somas estão saindo do país em vez de serem investidas em infraestrutura nacional e tecnologias futuras. Além disso, as convulsões geopolíticas dos últimos anos demonstraram dolorosamente os riscos associados a essa dependência.
Combustíveis metálicos como alumínio e ferro requerem oxigênio (O₂) para liberar energia. A reação é semelhante à combustão, mas frequentemente ocorre na forma de oxidação, por exemplo:
Alumínio + Oxigênio → Óxido de alumínio (Al₂O₃)
Ferro + Oxigênio → Óxido de ferro (Fe₂O₃ / Fe₃O₄)
Essas reações liberam muito calor – e é justamente essa energia que se deseja usar como forma de armazenamento.
O hidrogênio (H₂) é um vetor energético bem conhecido atualmente, mas é difícil de armazenar e transportar.
Os combustíveis metálicos são considerados uma alternativa porque:
◾️ são muito ricos em energia,
◾️ facilmente transportável (sólido, não volátil),
◾️ são reutilizáveis – os óxidos podem ser reciclados e reduzidos novamente a metal, frequentemente utilizando eletricidade renovável.
Alguns conceitos chegam a usar hidrogênio para converter metal oxidado de volta em metal puro.
A física do armazenamento de energia metálica
O princípio básico dos combustíveis metálicos baseia-se numa elegante reversibilidade química. Metais como o alumínio, o ferro ou o silício podem ser carregados com energia elétrica num processo de redução, durante o qual o óxido resultante liberta oxigénio. Os metais puros resultantes funcionam como dispositivos de armazenamento de energia altamente comprimida. Quando necessário, este processo é invertido. O metal reage com água ou vapor de água, produzindo hidrogénio e calor. O hidrogénio pode ser utilizado em células de combustível para gerar eletricidade, enquanto o calor pode ser utilizado diretamente em sistemas de aquecimento.
A densidade energética distingue fundamentalmente os combustíveis metálicos das alternativas gasosas. O alumínio atinge uma densidade energética teórica superior a oito quilowatts-hora por quilograma e uma densidade volumétrica superior a vinte e três quilowatts-hora por litro. Mesmo o hidrogênio comprimido sob alta pressão a setecentos bar atinge apenas cerca de um quilowatt-hora por litro em termos volumétricos. Um litro de ferro poderia abastecer uma residência alemã média com energia por mais de oito horas, enquanto um litro de hidrogênio altamente comprimido não duraria nem uma hora.
Essas propriedades físicas têm consequências práticas de grande alcance. Pós ou grânulos metálicos podem ser armazenados e transportados à temperatura ambiente e pressão normal. Não são necessários tanques de alta pressão dispendiosos nem tecnologia de refrigeração complexa. Os requisitos de segurança são comparáveis aos dos materiais a granel convencionais. Os riscos de explosão, como os associados a poeira metálica fina, são evitados com o uso de grânulos maiores. O Instituto Suíço de Tecnologia Solar SPF da OST, por exemplo, trabalha com grânulos de fio de alumínio 6060, que estão disponíveis comercialmente e não exigem precauções de segurança especiais.
Uma comparação dos candidatos a materiais
O alumínio é considerado o candidato mais promissor entre os combustíveis metálicos. Com sua alta densidade energética, teoricamente superior a oito quilowatts-hora por quilograma, ele supera significativamente todos os outros metais não tóxicos. Quando reage com a água, aproximadamente cinquenta por cento da energia armazenada é liberada como calor e cinquenta por cento como hidrogênio. Este último pode ser convertido em eletricidade em uma célula de combustível com cinquenta por cento de eficiência, resultando em uma proporção geral de aproximadamente setenta e cinco por cento de calor e vinte e cinco por cento de eletricidade. Essa combinação é ideal para sistemas de energia predial, onde a demanda por calor normalmente predomina.
O desafio com o alumínio reside em sua produção intensiva em energia. São necessários aproximadamente treze a dezessete quilowatts-hora de energia elétrica por quilograma de alumínio primário. O uso de energia proveniente de usinas termelétricas a carvão nesse processo gera até vinte quilogramas de dióxido de carbono por quilograma de alumínio. Mesmo quando se utiliza energia renovável, o processo Hall-Héroult convencional ainda libera cerca de uma tonelada e meia de dióxido de carbono por tonelada de alumínio, devido ao consumo dos ânodos de carbono, que reagem para formar dióxido de carbono.
É aqui que entra a inovação. No projeto de pesquisa europeu REVEAL, cientistas liderados pela OST estão desenvolvendo um processo de produção de alumínio totalmente livre de dióxido de carbono, utilizando os chamados ânodos inertes. Esses ânodos são compostos por ligas metálicas que não são consumidas durante o processo de eletrólise e liberam oxigênio puro em vez de dióxido de carbono. A parceira islandesa IceTec está trabalhando em paralelo na implementação industrial dessa tecnologia, utilizando energia geotérmica e hidrelétrica facilmente disponíveis. Empresas alemãs como a Trimet também estão impulsionando o desenvolvimento e já colocaram em operação plantas demonstrativas.
O ferro se apresenta como uma alternativa pragmática. Com uma densidade energética de aproximadamente 0,2 a 0,3 quilowatts-hora por quilograma, é significativamente menor que a do alumínio, mas ainda assim permanece competitivo com muitas outras tecnologias de armazenamento. A principal vantagem do ferro é sua disponibilidade e baixo custo. Sendo o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre, o minério de ferro está disponível em quantidades praticamente ilimitadas, sem afetar substancialmente os preços no mercado global.
A reação do ferro com a água produz muito pouco calor. Toda a energia armazenada é transferida para o hidrogênio produzido, que pode então ser convertido em eletricidade com uma eficiência de cerca de cinquenta por cento. Essa proporção torna o ferro particularmente atraente para aplicações onde a demanda por eletricidade é primordial. O grupo de pesquisa liderado pelo Professor Wendelin Stark na ETH Zurich opera uma planta piloto no campus de Hönggerberg que armazena hidrogênio sazonalmente usando óxido de ferro. Essa tecnologia é considerada cerca de dez vezes mais barata do que o armazenamento convencional de hidrogênio.
A redução direta com hidrogênio verde já está estabelecida industrialmente para a produção de ferro. Empresas como a ArcelorMittal e a thyssenkrupp estão trabalhando na transição para a produção de aço baseada em hidrogênio. Essa tecnologia pode ser usada diretamente para armazenamento de energia. Seu nível de maturidade está entre seis e sete em uma escala de nove, aproximando-se, portanto, da prontidão para o mercado. As plantas podem operar em pressão normal e a cerca de 800 graus Celsius, o que limita a complexidade técnica.
O silício representa uma terceira opção. Ele combina alta densidade energética, semelhante à do alumínio, com boa disponibilidade. Sendo o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, depois do oxigênio, praticamente não há restrições de recursos. A tecnologia de produção está bem estabelecida graças à indústria solar. No entanto, a pesquisa sobre o silício como meio de armazenamento de energia está menos avançada do que a do alumínio e do ferro. A Universidade Técnica de Darmstadt está investigando o silício no âmbito do projeto A-STEAM, mas provavelmente levará alguns anos até que ele seja utilizado em aplicações industriais.
A Economia da Transformação
A viabilidade econômica dos combustíveis metálicos depende crucialmente dos custos de produção da extração de metais sem emissão de carbono. Com o preço convencional do alumínio em torno de US$ 2.650 por tonelada, custos adicionais de cerca de US$ 400 surgiriam em 2035 caso a tecnologia de ânodos inertes fosse implementada industrialmente. A longo prazo, espera-se que os custos se estabilizem no nível de 2020, embora com um acréscimo de aproximadamente US$ 300 em comparação com uma hipotética continuação da produção convencional.
Esses custos adicionais, no entanto, são colocados em perspectiva dentro do contexto geral. Os investimentos na descarbonização da indústria do alumínio são estimados em cerca de um trilhão de dólares, dos quais aproximadamente metade é destinada ao fornecimento de energia com baixas emissões. Duzentos bilhões de dólares estão orçados para ânodos de baixo carbono. Mas esses investimentos, simultaneamente, lançam as bases para um mercado de armazenamento de energia totalmente novo, que vai muito além do uso tradicional do alumínio.
A eficiência geral da conversão de eletricidade renovável em eletricidade e calor por meio de armazenamento metálico varia de cinquenta a sessenta por cento para os três metais. Esse valor inicialmente parece baixo em comparação com as baterias de íon-lítio, que apresentam eficiências de oitenta e cinco a noventa e cinco por cento. No entanto, diversos fatores devem ser considerados na avaliação. Primeiro, a comparação só é relevante para aplicações com durações de armazenamento comparáveis. As baterias são adequadas para períodos de horas a alguns dias, enquanto os combustíveis metálicos são adequados para períodos de meses a anos. O custo por quilowatt-hora armazenado aumenta drasticamente para as baterias com o aumento da duração do armazenamento, uma vez que os custos de investimento são diluídos em um número menor de ciclos.
Em segundo lugar, o calor deve ser considerado como uma fonte de energia totalmente utilizável. Em edifícios com necessidades de aquecimento, um sistema com 75% de calor e 25% de eletricidade é potencialmente mais ideal do que a eletricidade pura, que primeiro precisa ser transformada por meio de uma bomba de calor. Os pesquisadores suíços preveem custos de eletricidade e aquecimento em torno de 20 centavos de dólar por quilowatt-hora no inverno, utilizando sistemas de armazenamento de alumínio. Isso seria competitivo com muitas opções alternativas de fornecimento de energia.
A conversão de energia em gás com hidrogênio atinge uma eficiência de apenas 30 a 40% quando a simples reconversão para eletricidade não utiliza o calor residual. Com a metanização, esse valor cai para cerca de 33%. Somente com a otimização da cogeração (CHP) e o aproveitamento consistente do calor residual é possível alcançar eficiências superiores a 80%, com base no poder calorífico superior. Na prática, porém, esses valores raramente são atingidos. Além disso, o armazenamento e o transporte de hidrogênio acarretam custos consideráveis. Cavernas de sal subterrâneas só são viáveis em locais geologicamente adequados. Para países como a Suíça, que não possuem essas formações, restam apenas tanques caros acima do solo ou importações como opções.
Os custos de armazenamento de diferentes tecnologias variam significativamente. Sistemas sazonais de armazenamento de energia térmica custam entre 25 e 400 francos suíços por megawatt-hora de energia armazenada. Para energia elétrica, os custos para usinas hidrelétricas de bombeamento são de cerca de 100 francos suíços por megawatt-hora, mas aumentam mais de dez vezes para outros sistemas sazonais de armazenamento de energia. As baterias de íon-lítio custam atualmente entre 400 e 1.000 euros por quilowatt-hora de capacidade de armazenamento. Embora esses preços tenham caído drasticamente, eles continuam proibitivos para armazenamento sazonal.
As centrais de armazenamento por bombeamento funcionam excepcionalmente bem em ciclos diários e semanais, atingindo eficiências de 70 a 85%. No entanto, para armazenamento sazonal com apenas um ciclo por ano, os custos sobem para mais de dois euros por quilowatt-hora de eletricidade adicional. As limitações geográficas de locais adequados restringem ainda mais o potencial de expansão. Numa economia totalmente adaptada às energias renováveis, as capacidades de armazenamento por bombeamento existentes estariam longe de ser suficientes.
Integração de sistemas e acoplamento setorial
A força dos combustíveis metálicos reside na sua perfeita integração ao conceito de acoplamento setorial. Este termo descreve a interligação dos setores tradicionalmente separados de eletricidade, aquecimento e mobilidade. Embora a transição para energias renováveis no setor elétrico já esteja bem avançada, o fornecimento de calor e o transporte continuam fortemente dependentes de combustíveis fósseis. A Europa gasta mais de trezentos bilhões de euros anualmente em importações de carvão, petróleo e gás — dinheiro que se perde para a sua própria economia.
Os combustíveis metálicos permitem uma integração flexível entre os setores. No verão, o excedente de energia fotovoltaica é utilizado para reduzir óxidos metálicos. O metal resultante é armazenado. No inverno, ocorre a oxidação, produzindo calor e hidrogênio. O calor flui diretamente para o sistema de aquecimento, idealmente acoplado a uma bomba de calor, o que aumenta a eficiência em temperaturas mais amenas. O hidrogênio é convertido em eletricidade em uma célula de combustível, e o calor residual desse processo é então reaproveitado no sistema de aquecimento.
Essa combinação aborda precisamente o principal problema dos sistemas energéticos europeus. Na Alemanha, a demanda por aquecimento representa aproximadamente metade do consumo total de energia final. Uma parcela significativa desse consumo se concentra nos meses de inverno. Um sistema de armazenamento que fornece principalmente calor, ao mesmo tempo que gera quantidades substanciais de eletricidade, atende perfeitamente a esse perfil de demanda. A Universidade de Ciências Aplicadas e Artes de Lucerna calculou que o isolamento consistente de edifícios residenciais, combinado com bombas de calor, poderia praticamente eliminar a escassez de eletricidade no inverno suíço. Em conjunto com sistemas de armazenamento metálico, esse sistema utilizaria de forma otimizada o excedente de eletricidade do verão e garantiria um fornecimento confiável no inverno.
Segundo o modelo dos pesquisadores suíços, equipar todos os edifícios multifamiliares com sistemas de armazenamento de energia em metal poderia reduzir significativamente o déficit de eletricidade previsto para o inverno, estimado em oito terawatts-hora até 2050. Equipar apenas metade dos edifícios multifamiliares contribuiria com vários terawatts-hora. A estrutura descentralizada dessa solução evita medidas dispendiosas de expansão da rede elétrica e aumenta a segurança do fornecimento por meio da redundância.
Novas perspectivas estão surgindo para aplicações industriais. O calor de processo representa uma parcela significativa da demanda energética industrial. A eletrificação direta por meio de bombas de calor, caldeiras de eletrodos ou aquecimento por resistência é tecnicamente viável e já está disponível para muitas faixas de temperatura. No entanto, os combustíveis metálicos podem oferecer uma solução, particularmente para processos de alta temperatura e estabilidade de carga base. A combustão de pó de ferro pode atingir temperaturas superiores a 1.800 graus Celsius, suficientes para muitos processos industriais.
Usinas termelétricas a carvão convertidas poderiam operar com pós metálicos. A infraestrutura existente para combustão, circulação de vapor e geração de energia poderia ser amplamente aproveitada. O óxido metálico resultante seria coletado e transportado para instalações com ampla disponibilidade de energia renovável para redução. Essa abordagem utilizaria instalações existentes, preservaria empregos e, simultaneamente, contribuiria para a descarbonização. A Universidade Técnica de Darmstadt está investigando esse conceito como parte de sua Iniciativa Círculos Limpos.
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Armazenamento sazonal de energia 2.0 com energia metálica: Será que o alumínio e o ferro podem suprir a falta de energia no inverno?
Maturidade tecnológica e perspectivas de desenvolvimento
O nível de maturidade tecnológica dos diversos componentes difere consideravelmente. A oxidação de metais para liberação de energia é conhecida há muito tempo e já é utilizada em aplicações especializadas. Partículas de alumínio e ferro são usadas em foguetes propulsores Ariane, fogos de artifício e outras aplicações pirotécnicas. Os processos químicos fundamentais, portanto, são dominados e compreendidos.
A reação controlada com água ou vapor a temperaturas moderadas para a produção de calor e hidrogênio encontra-se atualmente em fase piloto. O Instituto SPF de Tecnologia Solar em Rapperswil encomendou um protótipo desenvolvido no âmbito do projeto REVEAL. Quando estiver operacional, este protótipo demonstrará como o alumínio pode produzir calor e eletricidade para edifícios através de processos químicos. A energia produzida poderá ser utilizada para alimentar edifícios e instalações industriais ou para alimentar redes de aquecimento urbano.
A ETH Zurich opera uma planta piloto para armazenamento de hidrogênio à base de óxido de ferro em seu campus de Hönggerberg. Três tanques de aço inoxidável, cada um contendo 600 quilos de óxido de ferro, podem armazenar aproximadamente dez megawatts-hora de hidrogênio a longo prazo. Isso gera de quatro a seis megawatts-hora de eletricidade, dependendo da tecnologia de conversão. A planta está em operação desde 2024 e tem previsão de expansão até 2026 para suprir um quinto das necessidades de eletricidade do campus durante o inverno com energia solar armazenada sazonalmente. Aumentar a capacidade para mil toneladas de óxido de ferro poderia gerar dois gigawatts-hora de eletricidade, o que equivale a um décimo da capacidade da usina hidrelétrica reversível de Nant de Drance.
O maior desafio tecnológico reside na produção de metais sem emissão de carbono. Para o ferro, a redução direta com hidrogênio verde já foi comprovada industrialmente. Diversas siderúrgicas estão construindo plantas de demonstração e planejando uma transição gradual até 2030-2040. A tecnologia possui um nível de maturidade de aproximadamente sete a oito em uma escala de nove e, portanto, está próxima da comercialização.
A tecnologia de ânodos inertes está prestes a revolucionar a indústria do alumínio. A Trimet, em Essen, opera uma planta demonstrativa em condições de produção desde 2024. A empresa prevê a implementação industrial até 2040 e a neutralidade climática até 2045. Corporações internacionais como a Norsk Hydro e a Rio Tinto também estão investindo fortemente nessa tecnologia. A Apple já adquiriu o primeiro lote de alumínio produzido em uma planta piloto com ânodos inertes para uso em smartphones. Isso demonstra o interesse comercial e a credibilidade da tecnologia.
A escalabilidade continua sendo um fator crítico. A produção global anual de alumínio gira em torno de setenta milhões de toneladas, enquanto a produção de aço se aproxima de dois bilhões de toneladas. Seria necessária capacidade de produção adicional para contribuir significativamente para o armazenamento sazonal de energia. No entanto, isso não necessariamente desestabilizaria os mercados de commodities. O alumínio e o ferro estão entre os elementos mais abundantes na crosta terrestre. Seus recursos são praticamente ilimitados. A produção seria limitada principalmente pela disponibilidade de energia renovável a preços acessíveis.
É precisamente aí que reside uma oportunidade crucial. Regiões com excelentes condições para energias renováveis, mas com baixa demanda local, poderiam se tornar produtoras de metais. A Islândia, com sua energia geotérmica e hidrelétrica, o Norte da África, com seu sol intenso, ou a Patagônia, com seus recursos eólicos, poderiam produzir metais para exportação em larga escala. O transporte é simples e seguro. Navios porta-contêineres podem transportar grânulos de metal em condições normais, sem os riscos e custos associados ao hidrogênio líquido ou ao gás natural liquefeito.
Repensando os fluxos globais de energia
A internacionalização do fornecimento de energia por meio de vetores energéticos metálicos alteraria fundamentalmente os fluxos comerciais globais. A Europa gasta mais de trezentos bilhões de euros anualmente em importações de combustíveis fósseis. Só a Alemanha gasta entre oitenta e cento e trinta bilhões de euros. Essas somas enormes fluem em grande parte para países com regimes autoritários, cujas políticas muitas vezes contradizem os valores europeus. O financiamento dessas importações contribui para a instabilidade geopolítica e torna a Europa vulnerável à chantagem, como as recentes crises energéticas demonstraram dolorosamente.
Uma transição para fontes de energia metálicas poderia resolver essas dependências, ao mesmo tempo que possibilitaria novas parcerias. Países com abundantes recursos renováveis, mas com industrialização interna limitada, ganhariam uma valiosa perspectiva de exportação. Marrocos, com seu potencial solar; o Chile, com sua capacidade eólica e geotérmica; ou a Austrália, com sua vasta área territorial adequada para energia renovável, poderiam se tornar produtores de metais. Esses países são predominantemente democracias e compartilham valores fundamentais com a Europa. As importações de energia, portanto, contribuiriam para o financiamento do desenvolvimento, em vez de sustentar autocracias.
A economia circular dos combustíveis metálicos difere fundamentalmente da dos combustíveis fósseis. Carvão, petróleo e gás são queimados irreversivelmente e convertidos em gases de efeito estufa. Os metais, por outro lado, circulam em um circuito fechado. O metal oxidado é transportado de volta para a planta de redução e reutilizado. Teoricamente, esse ciclo pode ser repetido um número ilimitado de vezes sem qualquer perda ou degradação de material. Pesquisadores da ETH Zurich observaram inclusive que a capacidade de armazenamento de seus reatores de ferro aumenta ligeiramente a cada ciclo.
Essa abordagem circular tem implicações econômicas de longo alcance. O investimento na produção de metal se paga ao longo de inúmeros ciclos. Diferentemente das baterias, cuja capacidade diminui a cada ciclo, os sistemas de armazenamento metálico permanecem utilizáveis indefinidamente. Embora os investimentos iniciais em plantas de redução e oxidação, bem como no próprio metal, possam ser substanciais, ao longo de décadas os custos por quilowatt-hora armazenado tornam-se competitivos.
Os cálculos do modelo dos pesquisadores suíços pressupõem custos de cerca de vinte centavos por quilowatt-hora para eletricidade e calor provenientes de um sistema de armazenamento de alumínio. Isso está em linha com os custos de produção de energias renováveis e é significativamente inferior aos custos da eletricidade para demanda de pico nos meses de inverno. Com o aumento da maturidade tecnológica e da escalabilidade, espera-se que os custos caiam ainda mais. A história da energia fotovoltaica e eólica demonstra como reduções drásticas de custos podem ser alcançadas devido aos efeitos da curva de aprendizado.
Riscos e desafios
Apesar do seu potencial promissor, ainda existem desafios e riscos significativos. O desenvolvimento tecnológico ainda não está completo. Em particular, a produção de alumínio sem dióxido de carbono utilizando ânodos inertes está apenas começando a transição para a implementação industrial. Numerosas tentativas anteriores de estabelecer essa tecnologia falharam. O ânodo inerte tem a reputação de estar sempre à beira da conclusão, sem nunca alcançar um avanço significativo.
O aumento dos custos de eletricidade representa um problema. Os ânodos inertes não só não libertam dióxido de carbono, como também não fornecem energia de processo como os ânodos de carbono. A procura de eletricidade por tonelada de alumínio aumenta, portanto. Com os custos de energia já elevados na Europa, isto poderá prejudicar a competitividade. A produção de alumínio poderá deslocar-se ainda mais para regiões com energia particularmente barata, enquanto a Europa se tornaria uma mera importadora.
A competição por energia renovável está se intensificando. Numerosos setores estão buscando a eletrificação. A indústria precisa de hidrogênio verde para processos químicos e produção de aço. O transporte está se eletrificando com milhões de veículos elétricos. As infraestruturas digitais, com seus data centers, consomem quantidades cada vez maiores de eletricidade. Nesse ambiente competitivo, as soluções de armazenamento metálico ainda precisam comprovar sua superioridade econômica.
Os requisitos de infraestrutura são consideráveis. Milhões de sistemas de armazenamento descentralizados ou grandes instalações centralizadas seriam necessários para contribuir significativamente para o fornecimento de energia no inverno. A construção dessa infraestrutura exige tempo, capital e vontade política. O retorno do investimento para tais sistemas pode se estender por décadas, o que poderia dissuadir investidores privados. Subsídios governamentais e incentivos regulatórios provavelmente seriam necessários.
O impacto ambiental da expansão massiva da produção de metais deve ser analisado criticamente. Mesmo que o processo produtivo seja neutro em carbono, ele consome quantidades enormes de eletricidade. Essa eletricidade, além de todas as outras necessidades energéticas, deve provir de fontes renováveis. A área necessária para as usinas eólicas e solares é considerável. Além disso, a extração de bauxita para a produção de alumínio exige mineração em larga escala, com suas consequências ecológicas e sociais.
A aceitação pública de novas tecnologias energéticas é frágil. Toda grande planta industrial enfrenta resistência local. A construção de turbinas eólicas, parques solares e linhas de transmissão de energia é frequentemente atrasada ou impedida por iniciativas populares. Usinas de redução de metais, que operam em altas temperaturas e consomem quantidades significativas de eletricidade, podem enfrentar resistência semelhante. A comunicação transparente sobre benefícios, riscos e impactos ambientais é essencial.
Perspectivas estratégicas para a Europa
Para a Europa, o desenvolvimento de combustíveis metálicos oferece uma oportunidade estratégica para estabelecer liderança tecnológica em um mercado futuro. Instituições de pesquisa suíças e alemãs estão entre as principais do mundo nessa área. O projeto REVEAL reúne importantes parceiros europeus. A expertise industrial em metalurgia, engenharia de processos químicos e integração de sistemas energéticos está prontamente disponível na Europa.
Uma estratégia europeia coordenada poderia incluir vários elementos. Primeiro, a continuidade e a intensificação do financiamento da investigação. Os investimentos anteriores permitiram progressos consideráveis. A ampliação do financiamento consolidaria a vantagem tecnológica. Segundo, a criação de incentivos regulamentares à entrada no mercado. Tarifas de incentivo ou subsídios ao investimento poderiam motivar os pioneiros na adoção de novas tecnologias.
Em terceiro lugar, a integração na estratégia europeia de infraestrutura energética. As redes de hidrogênio planejadas poderiam ser expandidas para também acomodar vetores energéticos metálicos. A infraestrutura de gás existente poderia ser parcialmente reaproveitada. Em quarto lugar, a cooperação internacional com países que oferecem condições ideais para a produção de metais. Parcerias de desenvolvimento com países do Norte da África, investimentos em capacidades de produção na América do Sul ou transferência de tecnologia para a Ásia poderiam criar situações vantajosas para todos.
A dimensão geopolítica não deve ser subestimada. A menor dependência das importações de combustíveis fósseis aumenta significativamente a liberdade de ação política da Europa. A capacidade de garantir o fornecimento de energia no inverno a partir de fontes nacionais ou internacionais confiáveis fortalece a resiliência contra choques externos. A diversificação das fontes de energia e das cadeias de suprimento reduz o potencial de chantagem por regimes autoritários.
Ao mesmo tempo, surgem novas dependências. A Europa poderá tornar-se dependente da importação de metais, de forma semelhante à sua atual dependência dos combustíveis fósseis. A diferença reside na reversibilidade e circularidade dos metais. Eles podem ser reciclados e reutilizados. Isto evita a escassez existencial observada com os recursos fósseis finitos. Além disso, a produção poderia, em princípio, estar localizada na Europa, desde que haja energia renovável suficiente e acessível.
O futuro do armazenamento de energia
Os combustíveis metálicos não serão a única solução para os desafios da transição energética. Em vez disso, farão parte de um portfólio diversificado de tecnologias de armazenamento. As baterias de íon-lítio manterão sua capacidade em curtos períodos, de horas a dias. As usinas hidrelétricas de bombeamento continuarão indispensáveis para a estabilização da rede e o equilíbrio das flutuações diárias e semanais. O hidrogênio será necessário na indústria como gás de processo e agente redutor.
Os combustíveis metálicos têm um nicho específico no armazenamento sazonal de longo prazo, principalmente para fornecimento de calor. Nesse contexto, eles combinam as vantagens de alta densidade energética, facilidade de manuseio, matérias-primas de baixo custo e boa integração setorial. Essa combinação os torna superiores a outras tecnologias. O desenvolvimento futuro demonstrará se e com que rapidez essas vantagens teóricas podem ser concretizadas na prática.
Os próximos anos serão cruciais. Diversas plantas-piloto estão atualmente em operação ou em construção. A experiência adquirida com esses projetos revelará se as expectativas técnicas e econômicas serão atendidas. O desenvolvimento da tecnologia de ânodos inertes determinará se a produção de alumínio livre de dióxido de carbono se tornará realmente possível em larga escala. A disposição da indústria e dos formuladores de políticas em investir nessa tecnologia definirá o cronograma.
A integração de sistemas de armazenamento metálico nos sistemas energéticos existentes exige não apenas inovação tecnológica, mas também inovação regulatória e de mercado. É necessário desenvolver novos modelos de negócio que levem em consideração as características específicas do armazenamento metálico. Contratos de longo prazo entre produtores, operadores de armazenamento e fornecedores de energia são imprescindíveis para garantir a segurança do investimento. A avaliação dos benefícios climáticos e energéticos deve ser refletida em preços de mercado adequados ou em mecanismos de apoio.
O debate público sobre armazenamento de energia precisa ser ampliado. Por muito tempo, a discussão se concentrou unilateralmente no hidrogênio como uma suposta solução universal. A realidade é mais complexa. Diferentes aplicações exigem diferentes soluções. Os combustíveis metálicos merecem um lugar de destaque nesse cenário. Suas vantagens são significativas demais para serem ignoradas. Seu potencial é grande demais para permanecer inexplorado.
A transformação do sistema energético é um dos maiores desafios tecnológicos e econômicos deste século. Requer coragem para inovar, disposição para investir e abertura a novas soluções. Os combustíveis metálicos oferecem uma dessas soluções. Eles são mais do que uma mera curiosidade de laboratório. Podem revolucionar o armazenamento sazonal de energia, ser um elemento fundamental para solucionar o déficit de eletricidade no inverno e um caminho para a independência energética. São uma alternativa que não substitui o hidrogênio, mas o complementa eficazmente e o supera em algumas aplicações. Seu desenvolvimento merece atenção, apoio e análise crítica. Os próximos anos mostrarão se os combustíveis metálicos cumprirão sua promessa.
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