A produção industrial de aço, concreto ou vidro requer mais de 20% do consumo total de energia da Alemanha. Até agora, 90% dos combustíveis utilizados nestes processos são de natureza fóssil.
Pesquisadores do Instituto Karlsruhe de Equipar (KIT) estão trabalhando no único sistema de armazenamento de calor de alta temperatura baseado em tecnologia de metal líquido deste tipo, a fim de aumentar o uso de fontes de energia renováveis. Os metais líquidos altamente condutores podem ser aquecidos a mais de 700°C usando eletricidade verde e podem armazenar calor industrial de forma flexível.
De 22 a 26 de abril de 2024, os pesquisadores apresentarão um modelo de seu sistema de armazenamento de energia no estande KIT na Energy Solutions (Hall 13, Stand C76) da Hannover Messe.
Em todo o mundo, sistemas de armazenamento de calor de alta temperatura estão sendo desenvolvidos para fornecer calor às empresas de produção com uso intensivo de recursos, independentemente da produção flutuante de energia renovável. Esses sistemas de armazenamento convertem energia elétrica em calor, que é então armazenado.
O calor é utilizado se necessário, por exemplo, quando a eletricidade é cara e os processos de produção não podem ser interrompidos. Quanto maior a temperatura armazenada, melhor. Isto reduz a quantidade de energia adicional que seria necessária para atingir a temperatura de produção desejada.
Plantas piloto estão usando sais líquidos para armazenar temperaturas em torno de 550°C. Até agora, temperaturas ainda mais altas foram alcançadas com gases. Quando aquecidos eletricamente a cerca de 700°C, eles transferem seu calor para materiais de armazenamento como aço, rocha vulcânica ou escória. “No entanto, a transferência de calor do gás quente para o material de armazenamento está longe de ser eficiente”, diz a Dra. Klarissa Niedermeier do Instituto de Tecnologia e Segurança de Energia Térmica do KIT.
Excelente transferência de calor através de metais líquidos
Juntamente com sua equipe, ela está trabalhando em uma solução inovadora para a faixa de altas temperaturas: um sistema de armazenamento de calor baseado em chumbo-bismuto. “A condutividade térmica desta mistura de metais líquidos é 100 vezes maior do que a de outros materiais utilizados em sistemas de armazenamento”, diz Niedermeier.
O sistema de armazenamento de calor de alta temperatura está sendo testado em circuito fechado. Em um tanque de aço, o chumbo-bismuto aquecido penetra através de esferas de cerâmica de cerca de 2 mm de tamanho e libera seu calor para elas. Quando o calor é necessário novamente, o metal líquido “frio” retorna através das esferas e aquece novamente.
Simulações no laboratório de metal líquido KALLA do KIT confirmaram que o uso de metal líquido aumenta a eficiência do armazenamento de calor, especialmente quando um pacote muito compacto é usado.
Armazenamento eficiente do excesso de energia verde
“Quando o metal líquido é aquecido com energia proveniente de fontes de energia renováveis, as empresas têm uma solução eficiente para mitigar as flutuações no fornecimento de energia e permitir o armazenamento de energia simples, barato e rápido em temperaturas tão próximas quanto possível daquelas utilizadas em processos industriais. ”, destaca Niedermeier.
O processo tem um grande potencial para desfossilizar a indústria. Os processos industriais na Alemanha consomem 400 terawatts-hora de calor por ano e 90% dos combustíveis utilizados nestes processos são fósseis.
Até agora, os metais líquidos quase não foram utilizados em sistemas de armazenamento de calor. Segundo Niedermeier, isso se deve principalmente a questões logísticas. Existem apenas alguns sistemas de circuito fechado no mundo, nos quais tal sistema de armazenamento de calor pode ser testado. KALLA possui um grande ciclo de chumbo-bismuto, que é utilizado para novos projetos na área de fontes de energia renováveis, entre outros.
Na Hannover Messe deste ano, a equipe apresentará um modelo do sistema de armazenamento de calor, cujo tamanho é cerca de metade do tamanho do sistema real no KIT. O sistema do KIT foi projetado para armazenar 100 quilowatts-hora de calor e foi testado em escala de laboratório em temperaturas de até 400°C até agora.
“Este é o sistema mundial de armazenamento de calor de metal líquido deste tipo com tal capacidade. Queremos mostrar que o princípio funciona e que tem um grande potencial”, afirma Klarissa Niedermeier.