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Tecnologias de armazenamento de energia (ART4493)

No passado, a única forma simples e mais usada de se armazenar energia era através de baterias. As baterias evoluíram, permitindo que quantidades cada vez maiores de energia elétrica fossem armazenadas, mas ao mesmo tempo novas formas de armazenamento de energia foram criadas, aperfeiçoadas e hoje se mostram muito promissoras, algumas já com aplicações práticas importantes. Neste artigo focalizamos essas tecnologias e com especial atenção a sua aplicação com formas de geração de energia que também evoluem dia a dia, como a solar e a eólica.

As primeiras baterias, mais usadas e ainda hoje comuns foram as baterias chumbo-ácido, empregadas nos automóveis que podiam reter uma boa quantidade de energia para a finalidade básica, alimentar o carro, e também para outras aplicações como sistemas de iluminação de emergência e até sistemas de produção de energia doméstico a partir de fontes alternativas.

No entanto, essas baterias pouco evoluíram e seu princípio de funcionamento, assim como sua capacidade de armazenamento (densidade de energia) pouco aumentaram ao longo do tempo. Ainda podemos usá-las, pela facilidade de obtenção, mas pouco a pouco deixa de ser a solução ideal.

 

   Figura 1 – Bateria chumbo-ácido
Figura 1 – Bateria chumbo-ácido

 

Com maior rendimento e maior densidade de energia vieram pouco a pouco ocupando um lugar de destaque as baterias do tipo NiCd. Com uma tecnologia mais avançada elas passaram a ocupar uma enorme gama de aplicações práticas, do telefone celular, telefones, brinquedos, ferramentas e muito mais até os carros elétricos.

Em fase avançada de sua evolução, cada vez consegue-se armazenar mais energia em menos espaço. Além disso, seu custo cai dia a dia, conforme mostram as últimas notícias do setor.

No entanto, o armazenamento de energia através de baterias tem algumas desvantagens ainda como, por exemplo:

- O armazenamento é feito pela absorção da energia que passa a fazer parte da energia de ligação da substância formada. Da mesma forma que uma molécula de gasolina contém energia nas ligações dos átomos de carbono com os átomos de hidrogênio, energia absorvida quando a planta das eras pré-históricas a armazenou na sua formação, a partir da energia solar e que depois se manteve quando a planta morreu e em milhões de anos formou o petróleo, numa bateria temos um processo semelhante.

A corrente de carga provoca uma reação química que faz com que a substância no seu interior se altere (forme uma nova substância) que retém a energia nas ligações de seus átomos. Quando ligamos a bateria a uma carga, essa substância entrega a energia armazenada na forma de uma corrente elétrica.

Esse processo químico, além de ser lento (a bateria demora para se carregar, pois é o tempo que a substância precisa para se alterar e armazenar energia) tem baixo rendimento.

 

Figura 2 – A reação de carga e descarga de uma bateria
Figura 2 – A reação de carga e descarga de uma bateria

 

As baterias consistem, portanto, numa forma química de armazenamento de energia.

Uma outra forma, que até há pouco tempo não encontrava utilidade prática dada sua baixa capacidade de armazenamento, é a formada pelos capacitores.

Um capacitor armazena energia no campo elétrico que se forma entre suas armaduras quando ele está carregado, conforme mostra a figura 3.

 

figura 3 – armazenamento de energia num capacitor
figura 3 – armazenamento de energia num capacitor

 

 

Sua presença se manifesta na diferença de potencial entre as armaduras, capaz de produzir uma corrente quando ligamos este componente a uma carga.

No entanto, os capacitores comuns não conseguem um armazenamento razoável de energia, mesmo os maiores eletrolíticos.

Essa capacidade de armazenamento, conforme sabemos, depende da capacitância, a qual depende do tipo de dielétrico e de suas dimensões.

Nos últimos anos, entretanto, baseados na nano tecnologia, foram desenvolvidos capacitores com enorme capacidade de armazenamento, tão grandes que começaram a se rivalizar com as melhores baterias e agora, até as superam.

Os supercapacitores podem armazenar tanta energia quanto uma bateria comum, já sendo usados em muitas aplicações práticas importantes. Na figura 4 temos um carro Lamborghini elétrico, que em lugar da bateria comum usa supercapacitores, fornecendo potência de mais de 800 HP pata seu motor durante tempos que permitem que ele percorra centenas de quilômetros.

 

Figura 4 – Lamborghini elétrico
Figura 4 – Lamborghini elétrico

 

Supercapacitores pequenos, com capacitâncias que se medem em Farads podem ser encontrados a custo acessível com facilidade. Lembramos que 1 Farad é a capacitância de um capacitor esférico do tamanho da terra.

 

Figura 5 – Um supercapacitor
Figura 5 – Um supercapacitor

 

As vantagens que obtemos ao armazenar energia em um supercapacitor são muitas. A primeira é a densidade de energia, ou seja, a capacidade de armazenamento. Podemos armazenar muita energia em pequeno espaço a pequeno peso.

O segundo fator, que é muito importante, é o modo de carga. Não envolvendo processos químicas a carga só depende da capacidade da fonte de fornecer energia. Assim, já se fala em supercapacitores que seriam usados em carros elétricos que podem ser carregados em 20 segundos. Em no processo, não há praticamente perda de energia.

Os supercapacitores estão se tornando cada vez mais acessíveis, devendo constituir-se numa excelente fonte de energia armazenada.

É claro que a inventividade não tem limite, e a necessidade de se obter energia se torna cada vez maior em nossos tempos, quando as fontes tradicionais estão se esgotando e temos capaz vez mais equipamentos elétricos para nos servir.

Já se fala, por exemplo, em represas que teriam a água bombeada de níveis mais baixos para níveis mais elevados durante o dia, quando células solares podem ser alimentadas e depois, à noite a água escoando através de turbinas geraria energia que estaria disponível para todos nós.

Mas, uma forma muito interessante foi apresentada por uma empresa inglesa chamada LAES que pretende armazenar energia elétrica em tanques de ar líquido.

LAES significa Liquid Arir Energy Storage ou armazenamento de energia em ar líquido. A figura 6 mostra uma maquete da usina.

 

Figura 6 – Usina LAES
Figura 6 – Usina LAES

 

Como funciona uma usina deste tipo? Evidentemente, pelo tamanho das instalações não se trata de uma forma de energia caseira...

Você deve ter visto alguma vez que, quando escapa ar de um bujão de gás ou de uma instalação de gás, o local do escape congela e o gás se expande.

Isso indica um processo de troca de calor: o calor do meio ambiente é absorvido rapidamente, congelando o local e transferido para o ar ou gás que se expande. Nessa expansão ele pode transportar a energia que ele absorveu, com uma enorme capacidade de fornecimento de energia.

Veja então que usamos energia para comprimir o gás. Essa energia fica armazenada e depois é usada na expansão. É claro que uma instalação prática para este tipo de usina de energia não seria muito barata e ocuparia um espaço considerável. Algo a ser considerado para o futuro.

 

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