O elo perdido na transição para as energias renováveis

O panorama energético global está a passar por uma profunda transformação. Impulsionadas por metas ambiciosas de descarbonização e pela crescente procura de energia, as fontes de energia renováveis, em particular a energia solar fotovoltaica e a energia eólica, estão a tornar-se a espinha dorsal da produção de eletricidade. Em muitos países, as energias renováveis já representam uma parte significativa da capacidade de produção instalada, prevendo-se que a sua contribuição continue a aumentar nas próximas décadas.

Esta transição traz também consigo um desafio fundamental: a energia renovável é, por natureza, intermitente. A produção solar atinge o seu pico durante o dia, independentemente da procura de eletricidade, enquanto a produção eólica depende de condições meteorológicas que podem variar ao longo de minutos, dias ou mesmo estações do ano. À medida que a penetração das energias renováveis aumenta, equilibrar a oferta e a procura de eletricidade torna-se progressivamente mais complexo.

Manter a estabilidade da rede requer, portanto, tecnologias capazes de armazenar o excesso de eletricidade renovável quando a produção excede a procura e de a devolver à rede sempre que a produção seja insuficiente. O armazenamento de energia já não é simplesmente uma melhoria operacional; está a tornar-se uma componente crítica da infraestrutura do futuro sistema elétrico.

As baterias de iões de lítio afirmaram-se como a tecnologia dominante de armazenamento de energia ao longo da última década. A sua elevada eficiência de ciclo completo, os tempos de resposta rápidos e os custos em constante descida tornaram-nas a solução preferida para aplicações como a regulação de frequência, a redução de picos de consumo e a integração de curta duração de energias renováveis.

No entanto, a tecnologia de iões de lítio apresenta limitações práticas. A maioria dos sistemas comerciais está concebida para fornecer entre uma e quatro horas de descarga, o que os torna altamente eficazes para o equilíbrio diário da carga, mas menos adequados para fazer face a défices prolongados de energia renovável ou a fenómenos meteorológicos que se prolongam por vários dias.

À medida que as redes elétricas avançam para uma penetração de energias renováveis superior a 60%, estes períodos mais longos de baixa produção renovável tornam-se cada vez mais significativos. A rede requer tecnologias de armazenamento capazes de transferir energia não apenas ao longo de horas, mas ao longo de dias inteiros ou mesmo semanas.

Esta necessidade emergente deu origem ao conceito de Armazenamento de Energia de Longa Duração (LDES), geralmente definido como sistemas de armazenamento capazes de fornecer eletricidade de forma contínua durante mais de oito horas, com muitas tecnologias a estenderem-se por dezenas ou mesmo centenas de horas.

Em vez de substituir as baterias de iões de lítio, o LDES pode ser uma tecnologia complementar. Os sistemas à base de lítio continuam a ser a solução ideal para aplicações de curta duração, enquanto o armazenamento de longa duração fornece a capacidade energética necessária para uma integração profunda das energias renováveis e para uma maior resiliência da rede.

Em conjunto, estas tecnologias formam uma arquitetura de armazenamento em camadas capaz de suportar um sistema elétrico fiável e com baixas emissões de carbono, rumo à descarbonização.

O panorama do LDES abrange um portfólio diversificado de tecnologias, cada uma otimizada para diferentes durações, escalas e condições de funcionamento.

As tecnologias eletroquímicas, incluindo baterias de fluxo e sistemas metal-ar, oferecem capacidade energética escalável ao separar o armazenamento de energia da conversão de potência, permitindo um funcionamento económico durante várias horas e vários dias.

A tecnologia mais madura nesta categoria é a bateria de fluxo redox de vanádio (VRFB). Ao utilizar diferentes estados de oxidação do vanádio em ambos os eletrólitos, as VRFB eliminam problemas de contaminação cruzada, oferecendo simultaneamente uma longa vida útil, capacidade de descarga profunda e excelente segurança operacional. Estas características tornaram-nas uma escolha cada vez mais popular para a integração de energias renováveis, equilíbrio da rede e aplicações em microrredes que requerem durações de armazenamento de 6 a 12 horas ou mais.

A par dos sistemas de vanádio, as baterias de fluxo de ferro estão a ganhar impulso como uma alternativa de menor custo. O ferro é um dos metais mais abundantes e baratos disponíveis, proporcionando vantagens significativas em termos de disponibilidade de matéria-prima e segurança da cadeia de abastecimento. Embora as baterias de fluxo de ferro apresentem, em geral, uma densidade energética inferior à das VRFB, oferecem uma relação económica atraente para aplicações de armazenamento estacionário, onde a pegada ambiental é menos crítica do que o custo ao longo da vida útil.

Outra classe de armazenamento eletroquímico em rápido desenvolvimento é constituída pelas baterias metal-ar, incluindo as tecnologias de zinco-ar e ferro-ar. Estes sistemas geram eletricidade através da reação eletroquímica entre um ânodo metálico e o oxigénio extraído diretamente do ar ambiente, eliminando a necessidade de armazenar um dos reagentes no interior da própria bateria. A sua densidade energética teórica excepcionalmente elevada e os materiais ativos de baixo custo tornam as baterias metal-ar particularmente atraentes para o armazenamento de energia durante vários dias e até várias semanas.

A De Nora está bem posicionada para tirar partido do seu vasto portfólio de tecnologias eletroquímicas para apoiar este setor. Com base em décadas de experiência em eletrocatalisadores, fabrico de elétrodos e engenharia de processos eletroquímicos, a empresa está a explorar soluções que melhoram o desempenho, a eficiência e a durabilidade dos sistemas de armazenamento de energia da próxima geração.

A transição para a eletricidade renovável está a deslocar o foco do armazenamento de energia do equilíbrio a curto prazo para a resiliência de longa duração. Embora as baterias de iões de lítio continuem a dominar as aplicações que exigem uma resposta rápida e até algumas horas de armazenamento, a concretização de sistemas elétricos profundamente descarbonizados exigirá tecnologias complementares capazes de armazenar energia durante períodos de tempo muito mais longos.

No cerne do armazenamento de energia de longa duração, os sistemas eletroquímicos utilizam elétrodos, cujo desempenho determina em grande medida a eficiência, a durabilidade e a competitividade económica. Os eletrocatalisadores avançados representam uma tecnologia facilitadora fundamental, proporcionando o desempenho catalítico necessário para acelerar a implantação do armazenamento de energia de longa duração à escala industrial.