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domingo, 15 de abril de 2012

Armazenamento de hidrogênio pode ser fundamental para planos energéticos alemães

Por Kevin Bullis, The New York Times News Service/Syndicate

Catedral em Berlim

Se a Alemanha quiser cumprir suas metas ambiciosas de obtenção de um terço de sua eletricidade de energias renováveis até 2020 e 80 por cento até 2050, deve encontrar uma maneira de armazenar grandes quantidades de eletricidade a fim de compensar a intermitência das energias renováveis.

A Siemens afirma que tem a tecnologia perfeita para isso: usinas eletrolisadoras do tamanho de um grande armazém que decompõem a água para produzir gás hidrogênio. O hidrogênio pode ser usado para gerar eletricidade em usinas alimentadas a gás quando não há vento, ou, ainda, para abastecer carros.

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Produzir hidrogênio é uma forma ineficiente de armazenar energia – cerca de dois terços da energia se perdem nos processos de geração e utilização do hidrogênio para gerar eletricidade. Mas a Siemens diz que essa é a única opção de armazenamento capaz de alcançar a escala que será necessária na Alemanha.

Ao contrário de eletrolisadores industriais convencionais, que necessitam de um fornecimento de energia consideravelmente constante para decompor a água de modo eficiente, o novo projeto da Siemens é flexível o suficiente para funcionar com energia intermitente proveniente de turbinas eólicas. Ele é baseado em uma tecnologia de membrana de troca de prótons semelhante à utilizada em células de combustível para carros, capaz de operar a níveis de potência muito diferentes. Os eletrolisadores também podem, temporariamente, operar duas ou três vezes a mais do que os seus níveis de energia, o que pode ser útil para acomodar picos de energia em dias com vento.

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Frankfurt

A Alemanha, que tem sido líder mundial em capacidade de instalação solar, não está apenas preocupada com a mudança climática. Seus dirigentes acham que a longo prazo, as energias renováveis serão mais baratas do que os combustíveis fósseis, de modo que poderiam dar ao país uma vantagem econômica, afirma Miranda Schreurs, diretora do Centro de Pesquisa de Política Ambiental da Universidade Livre de Berlim. A Alemanha servirá como um teste para mostrar se os países industrializados podem depender de energias renováveis e ainda assim serem competitivos.

Outra razão pela qual a Alemanha está se voltando para a energia renovável é cumprir sua meta de redução das emissões de gases de efeito estufa em 40 por cento até 2020, em relação aos níveis de 1990, e em 80 por cento até 2050. Alguns outros países têm metas igualmente ambiciosas de redução de dióxido de carbono, mas a Alemanha se destaca porque é uma grande economia que depende de eletricidade barata para produzir bens manufaturados. O país decidiu não utilizar a energia nuclear como fonte de eletricidade constante e livre de carbono. E não pode depender demais do gás natural, que emite cerca de metade do dióxido de carbono em relação ao carvão.

O gás natural é mais caro na Europa do que nos Estados Unidos e vem de países – como a Rússia – que nem sempre são fornecedores confiáveis.

Manter baixos os custos da eletricidade durante a transição para energia renovável vai ser difícil. A energia solar é muito mais cara do que a energia de combustíveis fósseis, especialmente na Alemanha, onde o céu muitas vezes está nublado. Além disso, embora a energia eólica já esteja quase tão barata quanto a energia derivada de combustíveis fósseis– o que acontece porque a Alemanha está começando a mudar suas políticas para favorecer o vento como fonte de energia – ela, como a solar, é intermitente: até mesmo alguns dos aerogeradores mais bem situados geram eletricidade durante apenas um terço do tempo.

Colônia

Para garantir suprimentos confiáveis de energia, portanto, será necessário instalar linhas elétricas de alta tensão para obter energia renovável a partir de lugares que sejam ensolarados ou que tenham muito vento até lugares onde a energia é necessária. A Alemanha já está enfrentando limitações à sua capacidade de transmitir suas fontes existentes de energia renovável, que respondem por cerca de 20 por cento de sua eletricidade: segundo a Siemens, a Alemanha joga fora 20 por cento da energia que suas turbinas eólicas produzem porque não tem capacidade de transmissão suficiente.

A energia renovável precisará ser armazenada em uma escala enorme. O caminho mais acessível de armazenar eletricidade é usá-la para bombear a água de uma colina e, em seguida, deixá-la fluir novamente para ativar uma turbina e um gerador quando a eletricidade for necessária. Mas isso só funciona em locais onde há montanhas e represas, e a maior parte da Alemanha é plana.

A quantidade total de armazenamento de água bombeada na Alemanha agora é cerca de 40 gigawatt-hora – não mais do que as fontes renováveis poderiam gerar em uma hora em um dia ensolarado e ventoso, diz Michael Weinhold, diretor chefe de tecnologia da Siemens Energy. "Elas não foram feitas para armazenar horas ou dias, ou até mesmo semanas, de volatilidade."

No momento, as baterias são muito caras – e não estão sendo fabricadas em número suficiente para acomodar a escala necessária. Seria necessário reunir a capacidade de bateria de milhões de veículos elétricos para alcançar a capacidade existente de armazenamento por água bombeada.

A Alemanha, no entanto, tem potencial para armazenar uma grande quantidade de hidrogênio, porque é possível misturar pequenas quantidades de hidrogênio em dutos de gás natural e recipientes de armazenamento existentes. Esses dutos e recipientes têm capacidade de armazenamento suficiente para cerca de duas semanas da produção atual de energia renovável da Alemanha. Cavernas de sal, algumas das quais são atualmente usadas para armazenar reservas estratégicas de petróleo da Alemanha, poderiam servir para armazenar muito mais.

A Siemens estima que gerar 85 por cento da eletricidade da Alemanha usando energias renováveis exigirá o armazenamento de 30 mil gigawatt-hora. O hidrogênio necessário para fornecer tamanha eletricidade poderia ser armazenado em um quarto do espaço disponível em cavernas subterrâneas. O hidrogênio poderia ser distribuído inicialmente através de gasodutos já disponíveis e, por fim, através de gasodutos específicos.

A Siemens afirma que seus eletrolisadores têm cerca de 60 por cento de eficiência. 40 por cento da energia gerada por uma turbina de vento seriam perdidos na produção do gás hidrogênio. Em seguida, pelo menos 40 por cento da energia do hidrogênio seriam perdidos na geração de eletricidade em centrais elétricas alimentadas a gás ou pilhas de combustível. Assim, apenas cerca de um terço da energia original seria retido. Weinhold, porém, diz que o sistema produziria hidrogênio a partir de uma eletricidade que não poderia ser utilizada na rede e que, portanto, seria desperdiçada sem um sistema de armazenamento como esse.

Além de ser ineficiente, o sistema poderia ser dispendioso. O alto custo das células de combustível é uma das principais razões pelas quais elas não têm sido utilizadas amplamente em carros. Mas Weinhold diz que a Siemens está trabalhando para reduzir os custos. A Siemens está realizando demonstrações-piloto da tecnologia neste ano, e planeja vender sistemas de dois megawatts até 2015 e construir sistemas de até 250 megawatts até 2018. As usinas maiores poderiam se beneficiar da energia produzida por cerca de 100 turbinas eólicas.