A necessidade de energia renovável confiável está crescendo rapidamente, à medida que países ao redor do mundo - incluindo a Suíça - intensificam seus esforços para combater as mudanças climáticas, encontrar alternativas aos combustíveis fósseis e alcançar as metas de transição energética estabelecidas por seus governos. Mas a energia renovável não pode ser incorporada às redes de energia de forma eficiente até que haja uma maneira de armazená-la em grande escala.
“A maioria das formas de energia renovável depende das condições climáticas, o que resulta em grandes flutuações no fornecimento de energia”, diz Danick Reynard, Ph.D. Aluno do Laboratório de Eletroquímica Física e Analítica da EPFL (LEPA). “Mas as redes de energia não foram projetadas para gerenciar esses tipos de flutuações.” O hidrogênio, porque pode fornecer energia de forma consistente, independentemente do clima, está atraindo cada vez mais atenção.
Os cientistas da LEPA vêm trabalhando há vários anos nos desafios duplos da produção limpa de hidrogênio e do armazenamento de energia. Eles acabaram de lançar um novo sistema que combina uma bateria de fluxo redox convencional - atualmente um dos métodos mais promissores para armazenamento de energia estacionária em grande escala - com reatores catalíticos que produzem hidrogênio limpo a partir do fluido que passa pela bateria. O sistema LEPA é tão eficiente quanto os convencionais, mas oferece maior flexibilidade e capacidade de armazenamento de energia. Também produz hidrogênio limpo a um custo menor. A pesquisa dos cientistas aparece em Relatórios Celulares Ciências Físicas.
As baterias de fluxo Redox são as mais promissoras para armazenamento de energia
As baterias de fluxo Redox consistem em dois tanques separados por uma célula eletroquímica. Dois fluidos eletrolíticos altamente condutores - um com carga positiva e outro com carga negativa - circulam pelos tanques e passam pela célula para desencadear uma reação química onde os elétrons são trocados. Essas baterias armazenam energia na forma eletroquímica, assim como as baterias de íon-lítio usadas em smartphones, mas com uma vida útil muito mais longa e capacidade flexível de geração e armazenamento de energia, o que significa que podem responder rapidamente às flutuações no fornecimento e na demanda de energia.
Para criar seu sistema, os cientistas da LEPA pegaram uma bateria de fluxo redox convencional e a aprimoraram adicionando dois reatores catalíticos. Esses reatores produzem hidrogênio a partir do fluido que circula pelos tanques. “O hidrogênio é feito por meio de um processo catalítico que usa a energia da bateria para dividir as moléculas de água em seus dois componentes, hidrogênio e oxigênio”, diz Reynard. “Mas esse hidrogênio só pode ser considerado limpo se a energia usada para carregar as baterias for renovável.”
Hidrogênio puro e limpo com capacidade de armazenamento aprimorada e flexível
LEPAs tecnologia oferece diversas vantagens tanto para a produção de hidrogênio quanto para o armazenamento de energia. Com baterias de fluxo redox convencionais, uma vez totalmente carregadas, elas não conseguem armazenar mais energia. “No entanto, em nosso sistema, uma vez totalmente carregada, a bateria pode descarregar fluido nos reatores externos. Eles, por sua vez, geram hidrogênio que pode ser armazenado e usado posteriormente, liberando espaço de armazenamento na própria bateria”, afirma Reynard.
O hidrogênio produzido pelo sistema LEPA é puro e só precisa ser seco e comprimido para um armazenamento ideal. Esse sistema também é mais seguro do que os convencionais, porque gera o oxigênio e o hidrogênio separadamente, em vez de simultaneamente, portanto, há menos risco de explosão.
O futuro das estações de carregamento para veículos a hidrogênio?
A tecnologia da LEPA pode ser particularmente útil em aplicações de transporte. À medida que mais e mais motoristas adotam veículos elétricos, a demanda por eletricidade e hidrogênio limpo aumentará vertiginosamente. Carregar esses veículos pressiona as redes de energia e cria picos de carga que são difíceis de serem planejados pelos operadores da rede. “De acordo com dados de 2020 do Escritório Federal de Energia da Suíça, o setor de transporte é responsável por cerca de 33% do consumo de energia na Suíça”, diz Reynard. “Nossas baterias, além de produzirem hidrogênio, também poderiam servir como amortecedores para suavizar os picos dessa demanda.”
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