Armazenar energia em grande escala é difícil. E se as baterias não puderem apoiar o futuro da energia limpa?
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“Não será fácil. Não será imediatamente. Mas tem que ser feito.”Com esse apelo, o governador Jerry Brown assinou uma legislação que exige que a Califórnia obtenha toda a sua eletricidade proveniente de energia solar, eólica e hidrelétrica até 2045. Era um objectivo deliciosamente ambicioso, proporcional ao objectivo civilizacional de reduzir as emissões de dióxido de carbono responsáveis pelas alterações climáticas. A única dificuldade era que nem Brown nem ninguém sabia como fazê-lo.
A quinta maior economia do mundo estava no bom caminho para obter metade da sua electricidade a partir de fontes limpas até 2020. Mas quando assinou a nova lei em 10 de Setembro, o governador fez uma promessa que a tecnologia existente não pode cumprir. O problema com as fontes de energia renováveis modernas, como a solar e a eólica, é que o sol não brilha à noite, o vento sopra intermitentemente e tanto o sol como o vento (especialmente na Califórnia) são sazonais, aumentando no verão e diminuindo no inverno. Neste momento, os tecnólogos não sabem como armazenar electricidade proveniente de fontes renováveis de forma barata e eficiente. A pessoa ou grupo que resolver este problema se tornará o Prometeu da nossa época.
Os observadores casuais da energia limpa ficam muitas vezes surpreendidos pelas suas limitações. Desde 2004, as emissões de gases com efeito de estufa na Califórnia diminuíram 13%, apesar de a economia do país ter crescido mais de um quarto. Este declínio sem precedentes deve-se em parte à crescente dependência do gás natural, que é mais limpo que o carvão, mas principalmente à queda do custo das fontes de energia renováveis. As mudanças são surpreendentes: de 2008 a 2015, o preço pago pelas empresas de serviços públicos pela energia solar caiu 77% e pela energia eólica caiu 47%, de acordo com um relatório da Comissão de Serviços Públicos da Califórnia. Os preços mais baixos levaram os fornecedores de energia a construir parques solares e eólicos em todo o estado.
Mas este progresso encorajador na “descarbonização do sector energético” (no jargão dos economistas energéticos) é enganador. Hoje, as empresas de serviços públicos lidam com a intermitência e a sazonalidade das energias renováveis, operando pequenas centrais eléctricas de “pico”, normalmente alimentadas por gás natural, quando os preços e a procura são elevados. Mas obter a maior parte da energia solar e eólica da Califórnia exigiria que as concessionárias produzissem enormes excedentes de energia durante os meses de verão e armazenassem-na para uso durante todo o ano. Produzir 80% da energia da Califórnia a partir de fontes renováveis modernas exigiria 9, 6 milhões de megawatts-hora de armazenamento de energia, de acordo com uma análise amplamente divulgada pelo think tank de política energética Clean Air Task Force. Para 100 por cento, serão necessários 36, 3 milhões. Em comparação, o estado tem atualmente apenas 150 mil megawatts-hora de armazenamento de energia, principalmente hidrelétrica. As baterias de lítio também constituem uma pequena parcela.
Jason Pontin (@jason_pontin) é colaborador da WIRED. Anteriormente, foi editor-chefe e editor do MIT Technology Review; antes disso, ele foi editor da Red Herring. Ele é agora sócio sênior da Flagship Pioneering, uma empresa com sede em Boston que financia empresas que resolvem problemas de saúde, nutrição e sustentabilidade. Pontin não escreve sobre as empresas do portfólio da Flagship ou seus concorrentes.
As baterias de íon-lítio dos nossos telefones ou carros elétricos não funcionam. Apesar do declínio acentuado no custo, eles ainda são muito caros e não armazenam energia por tempo suficiente. Um estudo de acompanhamento realizado por cientistas do MIT e do Laboratório Nacional de Argonne, publicado em 2016, concluiu que “provavelmente serão necessárias reduções substanciais de custos para justificar a implantação em larga escala de tecnologias de armazenamento de energia [existentes]”. Traduzido pela Clean Air Task Force: Mesmo que as baterias de iões de lítio fossem tão baratas quanto possível, a Califórnia teria de gastar 360 mil milhões de dólares em armazenamento de energia para satisfazer a procura de Brown. A nível nacional, armazenar 12 horas de energia custaria 2, 5 biliões de dólares, de acordo com outro estudo publicado na revista Energy and Environmental Science. No geral, os custos de energia aumentariam de US$ 49 por megawatt-hora, a 50%, para US$ 1. 612, a 100%. Os cálculos económicos são implausíveis; é impossível vendê-los aos consumidores.
Para que as baterias desempenhassem um papel, teriam de custar menos de um quinto do custo mínimo provável das baterias de iões de lítio (cerca de 100 dólares por quilowatt-hora). Para resolver este problema, os cientistas de materiais recorreram a alternativas ao ião-lítio, criando empresas capitalizadas como a Aquion, que fabricava baterias à base de água salgada, ou a LightSail, que pretendia armazenar energia sob a forma de ar comprimido. Ambri, uma startup de Boston fundada por Don Sadoway do MIT e financiada por Bill Gates, teve uma ideia particularmente radical: a empresa usou materiais ricos em terra para criar baterias de metal líquido nas quais os eletrodos negativo e positivo são líquidos e o eletrólito é sal fundido. . Mas a Aquion e a LightSail não conseguiram criar unidades mais baratas que as baterias de íon-lítio. A Ambri tem lutado para traduzir sua pesquisa em um produto comercial que as concessionárias possam comprar.(A empresa não conseguiu fazer com que os selos das baterias funcionassem, mas diz que resolveu o problema eliminando o magnésio e o antimônio em favor de materiais novos, ainda não divulgados).
Se não existirem baterias milagrosas, como salvaremos o mundo?
Quando conversei com Gates há alguns anos, ele me disse: “Estou envolvido em cinco empresas de baterias, e cinco das cinco estão passando por momentos difíceis. Quando as pessoas pensam em soluções energéticas, você não pode presumir que haverá ser um milagre da bateria.”Gates não perdeu a esperança de um milagre: ele continua investindo em baterias por meio da Breakthrough Energy Ventures, uma coalizão de bilionários que inclui Jeff Bezos, Jack Ma e Richard Branson, que se comprometeram a investir pelo menos US$ 1 bilhão para reduzir a quantidade de carbono emitido por unidade de energia a zero. Um dos primeiros investimentos da BEV foi a Form Energy, fundada por luminares do armazenamento de energia, incluindo o professor do MIT, Yet-Ming Chiang, que fundou cinco empresas de baterias (incluindo a A123 Systems, que arrecadou meio bilhão de dólares e US$ 249 milhões há uma década). o Departamento de Energia dos EUA, após o que faliu e foi adquirido por uma empresa chinesa). A Form Energy está desenvolvendo baterias aquosas de enxofre que inalam e exalam oxigênio usando uma tecnologia química estranha: elas combinam um ânodo de enxofre dissolvido em água e um cátodo de solução salina líquida com aeração, onde o oxigênio flui para dentro e para fora do cátodo, causando a descarga da bateria. . De acordo com várias fontes, as novas baterias custarão entre 1 e 10 dólares por quilowatt-hora, em comparação com o custo atual do lítio de 200 dólares por quilowatt-hora, e armazenarão energia não durante horas ou dias, mas durante semanas ou mesmo meses.
A abordagem da Form Energy é promissora, mas também o são a tecnologia da A123 Systems e os cemitérios de startups de baterias anteriores. Se um milagre da bateria não acontecer, como salvaremos o mundo? Três alternativas de baterias mais ou menos plausíveis poderiam mitigar a intermitência e a sazonalidade da energia solar e eólica e ajudar a gerar energia livre de carbono.(Isso se soma à eterna esperança da fusão termonuclear. Os físicos brincam: “A fusão termonuclear é a fonte de energia do futuro e sempre será”).
Em primeiro lugar, poderíamos acumular energia renovável em larga escala sem o uso de baterias eletroquímicas. Por exemplo, os apoiadores da química solar, ou fotossíntese artificial, oferecem usar energia solar para dividir a água em oxigênio e hidrogênio – combustível, que podem ser usados em elementos de combustível ou queimados em motores de combustão interna. Podemos até conectar o hidrogênio com dióxido de carbono capturado de usinas a gás para obter metano – combustível com infraestrutura global. Em segundo lugar, poderíamos gerar eletricidade para cargas básicas usando a divisão nuclear – a tecnologia da energia de Bezuglerode que já possuímos e produzimos energia suficiente para ignorar a inconsistência e a sazonalidade da energia solar e eólica. E, finalmente, o que é mais destrutivo, poderíamos destruir redes atuais alternadas existentes e construir uma nova super rede de alta transmissão com alta transmissão, o que transferiria eletricidade por todo o continente e coordenou a proposta com a demanda usando o software de previsão. Todas essas opções estão associadas a problemas técnicos, econômicos e políticos graves, mas se eu confiar, sugiro (como os autores do estudo de 2016 conduzidos pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts e pelo Laboratório de Argônio), que precisaremos de alguma combinação de Essas tecnologias e baterias novas.
