Cenários para uma nova «Era do Ferro»: o ferro complementa o hidrogénio como fonte de energia
Estudo revela o potencial do pó de ferro para o armazenamento de energia a longo prazo, o transporte de energia e a utilização da infraestrutura existente das centrais elétricas no sistema energético do futuro
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No futuro, o ferro poderá servir como acumulador químico de energia e disponibilizar grandes quantidades de energia renovável a longo prazo. Neste processo, o pó de ferro é queimado num cicloneutro em termos de CO₂ e, posteriormente, é revertido ao seu estado inicial através do consumo de energia. Investigadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) analisaram pela primeira vez de forma abrangente o potencial desta tecnologia na produção de eletricidade. Os seus resultados mostram que o ferro não substitui o hidrogénio, mas pode complementá-lo de forma útil num sistema energético neutro em termos climáticos. Publicação na revista «Chem Circularity».
Quer se trate de energia eólica proveniente de regiões costeiras ou de energia solar proveniente de zonas desérticas, o ferro poderá, no futuro, servir como vetor energético transportável para tornar estas energias renováveis utilizáveis em todo o mundo. «Isto funciona num ciclo sem emissões de dióxido de carbono nem substâncias nocivas para o ambiente», afirma Julia Schuler, do Instituto de Gestão Industrial e Produção Industrial (IIP) do KIT. Para a produção de energia, o pó de ferro é queimado. O que resta é óxido de ferro, ou seja, ferrugem. Este é depois reduzido novamente a ferro com a ajuda de hidrogénio renovável, sendo removido o oxigénio contido. O pó de ferro está apto para ser reutilizado. «O pó de ferro comporta-se na combustão de forma muito semelhante ao carvão. Por isso, a investigação coloca a questão de saber se as centrais a carvão existentes podem ser adaptadas para a combustão de ferro», afirma Schuler. Seria necessário efetuar adaptações sobretudo no gerador de calor; outros componentes da central, como o circuito de vapor, as turbinas, o gerador e a ligação à rede, poderiam continuar a ser utilizados neste conceito.
O ciclo do ferro complementa a economia do hidrogénio
Com base nos resultados do projeto de investigação «Clean Circles» sobre o ciclo do ferro, cientistas do KIT analisaram agora, num estudo financiado pela Fundação de Investigação Energética de Baden-Württemberg, como o ciclo do ferro pode ser utilizado para a produção de eletricidade num sistema energético europeu neutro em termos climáticos. Para tal, ampliaram um modelo de sistema energético já estabelecido (PERSEUS), incluindo a opção de reconversão de centrais a carvão, instalações de redução, bem como vias de armazenamento e transporte. Com a ajuda do modelo alargado, otimizaram posteriormente o desenvolvimento do sistema energético europeu até 2050. Neste contexto, o ciclo do ferro competiu com outras tecnologias, como baterias, sistemas de armazenamento de hidrogénio e centrais elétricas a hidrogénio.
Os resultados mostram que o ferro não substitui a produção de eletricidade à base de hidrogénio, mas pode complementá-la de forma sensata num sistema energético neutro em termos climáticos. O ferro oferece vantagens, em particular, como meio de armazenamento a longo prazo. O pó é relativamente fácil de armazenar e transportar, enquanto a utilização do hidrogénio requer uma rede complexa de gasodutos, terminais de importação e armazenamento subterrâneo. Com o pó de ferro, a energia renovável poderia também ser transportada a nível global com um menor esforço em termos de infraestruturas. Ao mesmo tempo, as instalações de redução locais poderiam converter os excedentes de eletricidade na Europa, através da etapa intermédia da produção de hidrogénio, em pó de ferro como vetor energético armazenável.
Nas simulações, as centrais elétricas alimentadas a pó de ferro revelaram-se particularmente atrativas em países com possibilidades limitadas de utilização da energia hidráulica ou de armazenamento subterrâneo de hidrogénio. Nessas regiões, o ferro pode ajudar a colmatar lacunas no abastecimento durante períodos prolongados de baixa produção de eletricidade proveniente de centrais eólicas e solares. Ao mesmo tempo, alivia a pressão sobre a infraestrutura de hidrogénio, por exemplo, quando as capacidades de importação ou as linhas de transporte atingem os seus limites. Devido às suas numerosas centrais a carvão, o potencial é também particularmente elevado na Alemanha. Turbinas, ligações à rede, redes de aquecimento e outras partes da infraestrutura poderiam ser mantidas.
Reduzir custos com o ciclo do ferro
Os investigadores consideraram um sinal encorajador para o desenvolvimento da tecnologia o facto de as centrais elétricas alimentadas a pó de ferro terem sido, em todos os cenários analisados, parte integrante de um sistema energético de custo mínimo. «No futuro, o ferro poderá desempenhar um papel específico, mas economicamente viável, na consecução da neutralidade climática e na garantia de uma disponibilidade fiável de energias renováveis», afirma Schuler. O facto de se iniciar efetivamente uma nova «Idade do Ferro» depende, em grande medida, do grau de complexidade da adaptação das centrais elétricas existentes e da eficiência com que o óxido de ferro poderá, no futuro, ser reduzido novamente a ferro.
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