Sol e sal na geração de energia elétrica: o meio ambiente agradece.

Neste segundo semestre de 2016, eu e um grupo de alunos tentamos aprimorar um modelo de Energia Solar Concentrada (ESC) na escola na qual dou aulas de Física. Pretendemos divulgar nosso projeto, participando  de algumas mostras e feiras de ciências. O objetivo principal é tentar convencer as pessoas sobre os benefícios das usinas de ESC, mostrando de que forma elas podem produzir energia elétrica sem causar grandes danos ao meio ambiente, comparando-se aos provocados pelas termoelétricas, que estão sendo escolhidas no momento no Brasil para complementar a oferta de energia.

ESC no Brasil 
Com a diminuição (e futuro esgotamento) do potencial hídrico brasileiro, ao invés de optarmos pelas termoelétricas ou termonucleares, poderíamos começar a pensar em construir usinas solares em regiões específicas, o que desenvolveria o setor tecnológico, gerando empregos e reduzindo impactos ambientais. 

No âmbito do Plano Nacional de Energia 2030 (PNE 2030), a energia solar aparece como uma alternativa para atender a crescente demanda de energia elétrica no país, bem como manter a participação de renováveis na matriz elétrica. Alguns estudos já foram feitos neste sentido, viabilizando algumas áreas em potencial. Veja no mapa:

Áreas indicadas para instalação de usinas solares (em amarelo e laranja). As cores em azul mostram os níveis de insolação (azul claro = níveis maiores. azul escuro = níveis menores)

Assim sendo, procurei informar-me a respeito das mais novas tecnologias empregadas nas usinas de ESC, para passar informações relevantes aos participantes do projeto. Já percebi, por exemplo, que um dos fatores limitantes deste tipo de usina, diz respeito à dificuldade no armazenamento da energia gerada, o que pode impedir o fornecimento em casos de longos períodos de tempo sem sol. Na nossa escola, quando apresentamos preliminarmente o projeto, usando antenas parabólicas revestidas de materiais espelhados, algumas pessoas me questionaram sobre esta limitação da ESC, pois o armazenamento em baterias realmente encarece o sistema, aumentando o custo-benefício.

Sal armazenando calor

Atualmente é possível usar sal fundido para armazenar o calor que irá gerar o vapor d'água. O sal permanece quente durante mais tempo, e este calor pode ser aproveitado assim que necessário, em dias de pouco sol, diminuindo a necessidade de possíveis interrupções no fornecimento de eletricidade. Crescent Dunes (foto), por exemplo, instalada no deserto do estado americano de Nevada, produz até 110 MW de potência, e fornece energia sempre que necessária, mesmo após o anoitecer. 

A usina dispõe de uma torre de 195 metros de altura, que brilha como um farol, e é cercada por mais de 10.000 espelhos, cada um do tamanho de uma mesa de bilhar (das grandes), focando os raios de sol no topo da torre. A inovação reside no fato de que ela é apontada como a primeira usina de energia solar que pode armazenar mais de 10 horas de eletricidade, o que se traduz em 1.100 MWh, o suficiente para abastecer 75.000 casas.

Para se ter uma ideia melhor do que isso representa, vou usar um exemplo da cidade onde moro. Estima-se que a população de Piracicaba (foto), seja de 400.000 habitantes. Se colocarmos uma média de 4 pessoas por residência, teríamos aproximadamente 100.000 residências na cidade. A usina poderia suprir, neste caso 75% da demanda de energia das casas.

Durante o funcionamento da usina de Crescent Dunes, os espelhos se movem e direcionam os raios de sol ao topo da torre, que aquecem um tanque enorme, repleto de nitrato de sódio e potássio. Este sal fundido pode alcançar temperaturas de 565ºC. Quando a eletricidade é necessária, o sal quente é usado para ferver a água, produzindo vapor de alta pressão, que gira turbinas acopladas a geradores de energia elétrica. No restante do tempo, o sal fundido pode ser armazenado em um outro tanque isolado no chão.

As propriedades térmicas e físicas do sal fundido o tornam em particular um bom candidato para o armazenamento do calor. Ele pode ser bombeado como água e armazenado em tanques assim como a água. Apesar disso, muitas outras usinas de ESC ao redor do mundo usam raios solares para aquecer diretamente a água transformando-a em vapor. É o caso da usina de Ivanpah, na Califórnia, a maior central térmica de concentração do mundo, com 377 MW, que não possui nenhuma maneira de armazenar a energia total que produz. 

Solar x  Fotovoltaica

Em última análise, no entanto, sistemas de energia solar concentrada devem competir em preço com sistemas fotovoltaicos (foto) que convertem a luz solar diretamente em eletricidade, usando células solares.

O preço dos painéis fotovoltaicos despencou nos últimos anos, tornando os sistemas mais baratos do que os de concentração solar. Mas a energia fotovoltaica não pode garantir eletricidade contínua, certamente não durante a noite, a menos que disponham de seu próprio meio de armazenamento, em geral formado por um grande conjunto de baterias. Quando o custo da tecnologia das baterias é levado em consideração, a energia fotovoltaica sai mais cara do que a energia solar concentrada.

Viabilidade das usinas ESC
Muitos céticos ainda duvidam que a ESC será capaz de igualar em custos o carvão, e a eletricidade gerada a partir do gás natural. "Usinas de energia solar concentrada são grandes projetos, que requerem lotes de aço e vidro, que são susceptíveis às mudanças significativas na eficiência ou no custo", diz o americano Adam Schultz, analista do Departamento de Energia de Oregon (EUA). Ele acha que os painéis fotovoltaicos e baterias são mais propensos a diminuir os custos.

No entanto, Crescent Dunes pode se tornar a primeira de muitas grandes usinas a usar torres de sais fundidos, e mostrar que é possível ampliar e fornecer mais eletricidade a partir da melhoria no armazenamento do calor, atendendo continuamente as exigências da rede de consumo. Crescent Dunes já é quase seis vezes maior do que a planta de demonstração, de 20 MW, da Torresol Energy, que foi concluída em 2011, na Espanha. Ainda este ano será construída uma segunda planta mais ou menos do mesmo tamanho de Crescente Dunes, na África do Sul. Outros desenvolvedores de energia solar térmica também têm grandes torres em construção no Marrocos e no Chile, que também utilizarão sal fundido. Com a primeira planta em escala de utilidade concluída, os custos poderiam eventualmente diminuir. Temos ainda um longo caminho a percorrer, mas a tecnologia usando sal fundido tende a ser a mais promissora para a geração e armazenamento de energia a partir da energia solar. 
Eu continuarei divulgando este tipo de obtenção de energia elétrica para que as pessoas primeiramente conheçam esta opção, principalmente nossos jovens alunos, e para quem sabe um dia possamos ter aqui no Brasil a nossa própria usina de Energia Solar Concentrada.

Fonte:
http://www.scientificamerican.com/article/new-concentrating-solar-tower-is-worth-its-salt-with-24-7-power/?WT.mc_id=SA_FB_ENGYSUS_NEWS