Esta tecnologia de armazenamento de energia ganhou o Prêmio de Melhor Inovação da UE em 2022, 40 vezes mais barata que a bateria de íons de lítio

O armazenamento de energia térmica usando silício e ferrosilício como meio pode armazenar energia a um custo inferior a 4 euros por quilowatt-hora, o que é 100 vezes

mais barato do que a atual bateria fixa de íons de lítio.Depois de adicionar o recipiente e a camada de isolamento, o custo total pode ser de cerca de 10 euros por quilowatt-hora,

que é muito mais barato que a bateria de lítio de 400 euros por quilowatt-hora.

Desenvolver energia renovável, construir novos sistemas de energia e apoiar o armazenamento de energia são uma barreira que deve ser superada.

A natureza inovadora da eletricidade e a volatilidade da geração de energia renovável, como a fotovoltaica e a eólica, tornam a oferta e a demanda

de eletricidade às vezes incompatíveis.Atualmente, tal regulamentação pode ser ajustada pela geração de energia a carvão e gás natural ou hidrelétrica para alcançar a estabilidade

e flexibilidade de poder.Mas no futuro, com a retirada da energia fóssil e o aumento da energia renovável, o armazenamento de energia barato e eficiente

configuração é a chave.

A tecnologia de armazenamento de energia é dividida principalmente em armazenamento de energia física, armazenamento de energia eletroquímica, armazenamento de energia térmica e armazenamento de energia química.

Tais como armazenamento de energia mecânica e armazenamento bombeado pertencem à tecnologia de armazenamento de energia física.Este método de armazenamento de energia tem um preço relativamente baixo e

alta eficiência de conversão, mas o projeto é relativamente grande, limitado pela localização geográfica, e o período de construção também é muito longo.Isso é difícil

adaptar-se ao pico de demanda de energia renovável apenas por armazenamento bombeado.

Atualmente, o armazenamento de energia eletroquímica é popular e também é a nova tecnologia de armazenamento de energia que mais cresce no mundo.energia eletroquímica

o armazenamento é baseado principalmente em baterias de íon-lítio.Até o final de 2021, a capacidade instalada acumulada de armazenamento de energia nova no mundo ultrapassou 25 milhões

quilowatts, dos quais a participação de mercado das baterias de íon-lítio atingiu 90%.Isso se deve ao desenvolvimento em larga escala de veículos elétricos, que fornecem uma

cenário de aplicação comercial em larga escala para armazenamento de energia eletroquímica baseado em baterias de íon-lítio.

No entanto, a tecnologia de armazenamento de energia da bateria de íons de lítio, como uma espécie de bateria de automóvel, não é um grande problema, mas haverá muitos problemas quando se trata de

apoiando o armazenamento de energia de longo prazo em nível de rede.Um deles é o problema de segurança e custo.Se as baterias de íon de lítio forem empilhadas em larga escala, o custo se multiplicará,

e a segurança causada pelo acúmulo de calor também é um grande perigo oculto.A outra é que os recursos de lítio são muito limitados e os veículos elétricos não são suficientes,

e a necessidade de armazenamento de energia a longo prazo não pode ser atendida.

Como resolver esses problemas realistas e urgentes?Agora, muitos cientistas se concentraram na tecnologia de armazenamento de energia térmica.Avanços foram feitos em

tecnologias e pesquisas relevantes.

Em novembro de 2022, a Comissão Europeia anunciou o projeto premiado do “EU 2022 Innovation Radar Award”, no qual o “AMADEUS”

projeto de bateria desenvolvido pela equipe do Instituto de Tecnologia de Madri, na Espanha, ganhou o Prêmio de Melhor Inovação da UE em 2022.

“Amadeus” é um modelo de bateria revolucionário.Este projeto, que visa armazenar uma grande quantidade de energia proveniente de fontes renováveis, foi selecionado pela Comissão Europeia

Comissão como uma das melhores invenções em 2022.

Esse tipo de bateria projetada pela equipe de cientistas espanhóis armazena o excesso de energia gerada quando a energia solar ou eólica está alta na forma de energia térmica.

Esse calor é usado para aquecer um material (a liga de silício é estudada neste projeto) a mais de 1000 graus Celsius.O sistema contém um recipiente especial com o

placa térmica fotovoltaica voltada para dentro, que pode liberar parte da energia armazenada quando a demanda de energia é alta.

Os pesquisadores usaram uma analogia para explicar o processo: “É como colocar o sol em uma caixa”.Seu plano pode revolucionar o armazenamento de energia.Tem grande potencial para

atingir este objetivo e tornou-se um fator chave no combate às alterações climáticas, o que faz com que o projeto “Amadeus” se destaque entre os mais de 300 projetos apresentados

e ganhou o Prêmio de Melhor Inovação da UE.

O organizador do EU Innovation Radar Award explicou: “O ponto valioso é que ele fornece um sistema barato que pode armazenar uma grande quantidade de energia para um

muito tempo.Possui alta densidade de energia, alta eficiência geral e utiliza materiais suficientes e de baixo custo.É um sistema modular, amplamente utilizado, podendo fornecer

calor limpo e eletricidade sob demanda.”

Então, como funciona essa tecnologia?Quais são os cenários futuros de aplicação e perspectivas de comercialização?

Simplificando, esse sistema usa o excesso de energia gerada por energia renovável intermitente (como energia solar ou eólica) para derreter metais baratos,

como silício ou ferrosilício, e a temperatura é superior a 1000 ℃.A liga de silício pode armazenar uma grande quantidade de energia em seu processo de fusão.

Esse tipo de energia é chamado de “calor latente”.Por exemplo, um litro de silício (cerca de 2,5 kg) armazena mais de 1 quilowatt-hora (1 quilowatt-hora) de energia na forma

de calor latente, que é exatamente a energia contida em um litro de hidrogênio a 500 bar de pressão.No entanto, ao contrário do hidrogênio, o silício pode ser armazenado sob atmosfera

pressão, o que torna o sistema mais barato e seguro.

A chave do sistema é como converter o calor armazenado em energia elétrica.Quando o silício derrete a uma temperatura superior a 1000 º C, ele brilha como o sol.

Portanto, células fotovoltaicas podem ser usadas para converter o calor radiante em energia elétrica.

O chamado gerador fotovoltaico térmico é como um dispositivo fotovoltaico em miniatura, que pode gerar 100 vezes mais energia do que as usinas solares tradicionais.

Em outras palavras, se um metro quadrado de painéis solares produz 200 watts, um metro quadrado de painéis fotovoltaicos térmicos produzirá 20 kilowatts.E não só

o poder, mas também a eficiência de conversão é maior.A eficiência das células fotovoltaicas térmicas está entre 30% e 40%, o que depende da temperatura

da fonte de calor.Em contraste, a eficiência dos painéis solares fotovoltaicos comerciais está entre 15% e 20%.

A utilização de geradores térmicos fotovoltaicos em substituição aos motores térmicos tradicionais evita o uso de partes móveis, fluidos e trocadores de calor complexos.Desta maneira,

todo o sistema pode ser econômico, compacto e silencioso.

De acordo com a pesquisa, as células fotovoltaicas térmicas latentes podem armazenar uma grande quantidade de energia renovável residual.

Alejandro Data, pesquisador que liderou o projeto, disse: “Grande parte dessa eletricidade será gerada quando houver excedente na geração de energia eólica e eólica,

por isso será vendido a um preço muito baixo no mercado de eletricidade.É muito importante armazenar essa eletricidade excedente em um sistema muito barato.É muito significativo para

armazenar o excesso de eletricidade na forma de calor, porque é uma das formas mais baratas de armazenar energia.”

2. É 40 vezes mais barata que a bateria de íons de lítio

Em particular, o silício e o ferrosilício podem armazenar energia a um custo inferior a 4 euros por quilowatt-hora, o que é 100 vezes mais barato que o atual íon de lítio fixo

bateria.Depois de adicionar o recipiente e a camada de isolamento, o custo total será maior.No entanto, de acordo com o estudo, se o sistema for grande o suficiente, geralmente mais

superior a 10 megawatt hora, provavelmente atingirá o custo de cerca de 10 euros por quilowatt hora, porque o custo do isolamento térmico será uma pequena parte do total

custo do sistema.No entanto, o custo da bateria de lítio é de cerca de 400 euros por quilowatt-hora.

Um problema que esse sistema enfrenta é que apenas uma pequena parte do calor armazenado é convertido de volta em eletricidade.Qual é a eficiência de conversão neste processo?Como

usar a energia térmica restante é o problema-chave.

No entanto, os pesquisadores da equipe acreditam que esses não são problemas.Se o sistema for barato o suficiente, apenas 30-40% da energia precisa ser recuperada na forma de

eletricidade, o que os tornará superiores a outras tecnologias mais caras, como as baterias de íon-lítio.

Além disso, os 60-70% restantes do calor não convertido em eletricidade podem ser transferidos diretamente para prédios, fábricas ou cidades para reduzir o carvão e a energia natural

consumo de gás.

O calor é responsável por mais de 50% da demanda global de energia e 40% das emissões globais de dióxido de carbono.Desta forma, armazenar energia eólica ou fotovoltaica em estado latente

As células fotovoltaicas térmicas podem não apenas economizar muitos custos, mas também atender à enorme demanda de calor do mercado por meio de recursos renováveis.

3. Desafios e perspectivas futuras

A nova tecnologia de armazenamento térmico fotovoltaico projetada pela equipe da Universidade Tecnológica de Madri, que utiliza materiais de liga de silício, tem

vantagens em custo de material, temperatura de armazenamento térmico e tempo de armazenamento de energia.O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre.O custo

por tonelada de areia de sílica é apenas 30-50 dólares, que é 1/10 do material de sal fundido.Além disso, a diferença de temperatura de armazenamento térmico de areia de sílica

partículas é muito maior do que o sal fundido, e a temperatura operacional máxima pode chegar a mais de 1000 ℃.Temperatura operacional mais alta também

ajuda a melhorar a eficiência energética geral do sistema de geração de energia fototérmica.

A equipe de Datus não é a única que vê o potencial das células fotovoltaicas térmicas.Eles têm dois rivais poderosos: o prestigiado Massachusetts Institute of

Technology e a startup californiana Antola Energy.Este último se concentra na pesquisa e desenvolvimento de grandes baterias usadas na indústria pesada (um grande

consumidor de combustíveis fósseis) e conseguiu US$ 50 milhões para concluir a pesquisa em fevereiro deste ano.O Breakthrough Energy Fund de Bill Gates forneceu alguns

fundos de investimento.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts disseram que seu modelo de célula fotovoltaica térmica foi capaz de reutilizar 40% da energia usada para aquecer

os materiais internos da bateria protótipo.Eles explicaram: “Isso cria um caminho para a máxima eficiência e redução de custos do armazenamento de energia térmica,

tornando possível a descarbonização da rede elétrica.”

O projeto do Instituto Tecnológico de Madri não conseguiu medir a porcentagem de energia que pode recuperar, mas é superior ao modelo americano

em um aspecto.Alejandro Data, o pesquisador que liderou o projeto, explicou: “Para alcançar essa eficiência, o projeto do MIT deve aumentar a temperatura para

2400 graus.Nossa bateria funciona a 1200 graus.Nessa temperatura, a eficiência será menor que a deles, mas teremos muito menos problemas de isolamento térmico.

Afinal, é muito difícil armazenar materiais a 2.400 graus sem causar perda de calor.”

Claro que essa tecnologia ainda precisa de muito investimento antes de entrar no mercado.O protótipo de laboratório atual tem menos de 1 kWh de armazenamento de energia

capacidade, mas para tornar essa tecnologia rentável, ela precisa de mais de 10 MWh de capacidade de armazenamento de energia.Portanto, o próximo desafio é ampliar a escala de

a tecnologia e testar sua viabilidade em larga escala.Para isso, os investigadores do Instituto Tecnológico de Madrid têm constituído equipas

para torná-lo possível.