À medida que o mundo avança em direção a fontes de energia mais limpas, um grande desafio permanece: como armazenamos energia renovável para quando mais precisamos dela? As atuais tecnologias de armazenamento de energia em baterias são relativamente caras de construir e tradicionalmente têm dificuldade em armazenar energia suficiente para atender à demanda quando o sol não está brilhando ou o vento não está soprando. Mas novas alternativas, conhecidas como baterias de armazenamento de energia de longa duração (LDES), que possuem grande capacidade energética, agora oferecem uma solução promissora. Essas tecnologias podem, em breve, permitir o armazenamento de eletricidade gerada por painéis solares e turbinas eólicas por períodos prolongados, garantindo um fornecimento constante e estável de energia sob demanda.
Além disso, as baterias LDES podem fornecer opções de energia de reserva em situações críticas, como em hospitais ou durante desastres naturais. Professor Associado Chris Menictas, abre em uma nova janela, que lidera o Laboratório de Armazenamento de Energia e Refrigeração, abre em uma nova janela na Escola de Engenharia Mecânica e de Manufatura, abre em uma nova janela na UNSW, diz que há uma série de fatores que estão tornando a pesquisa e o desenvolvimento de sistemas LDES cada vez mais importantes. Um dos principais fatores é a estabilidade aprimorada da rede. Fontes de energia renováveis, como a solar e a eólica, são intermitentes, o que significa que não produzem energia o tempo todo, como à noite ou em períodos de calmaria.
As baterias LDES podem armazenar o excesso de eletricidade e liberá-lo quando necessário, o que ajuda a suavizar o fornecimento de energia. Depois, há a questão da resiliência e da capacidade de fornecer energia para serviços críticos — como um hospital ou até mesmo um data center. No geral, o que está ficando claro é que precisamos ser capazes de armazenar mais energia para fornecer eletricidade por um período mais longo. O que é cada vez mais importante é que esses sistemas tenham oito, dez e até 12 horas de armazenamento. O professor Jie Bao, da Escola de Engenharia Química da UNSW e diretor do Centro de Pesquisa ARC para Sistemas Integrados de Armazenamento de Energia , diz que há uma série de diferentes tecnologias de baterias LDES sendo desenvolvidas que podem ser usadas em diferentes cenários. “Não existe necessariamente uma solução ideal para armazenamento de energia. Existem diferentes casos de uso e cada um deles pode ter uma solução diferente”, afirma.
“As diferentes tecnologias também podem ser complementares e podem ser implementadas em conjunto e devidamente coordenadas. Mas também existem desafios muito comuns. Um deles são as matérias-primas, como lítio ou vanádio, que precisamos obter, e outro é simplesmente a escala de fabricação para construir o número e o tamanho das baterias que precisamos agora. Aqui explicamos algumas das diversas tecnologias de baterias LDES que estão sendo desenvolvidas ao redor do mundo, bem como alguns dos desafios que ainda precisam ser superados.
Tecnologias promissoras de baterias LDES – Fluxo de vanádio
As baterias de fluxo de vanádio, desenvolvidas na UNSW pela Professora Maria Skyllas-Kazacos na década de 1980, estão se tornando populares em todo o mundo, com maior potência e capacidade energética. A maior bateria de fluxo de vanádio do mundo, um sistema de 175 MW/700 MWh em Dalian, China, foi desenvolvida pela Rongke Power e concluída em dezembro de 2024. Enquanto isso, no Reino Unido, foi construído um conjunto de 5 MW que se conecta ao sistema de rede nacional.
Uma bateria de fluxo de vanádio armazena energia em eletrólitos líquidos contendo íons de vanádio em quatro estados de oxidação diferentes. Os eletrólitos positivos e negativos, armazenados em tanques separados, circulam por pilhas de baterias onde ocorre a conversão de energia. Ao carregar ou descarregar, os elétrons são transferidos entre os eletrólitos por meio de um circuito externo, permitindo o armazenamento e a liberação de energia sem degradação significativa. Baterias de fluxo de vanádio podem ser facilmente ampliadas, permitindo uma grande capacidade de energia para fornecimento de energia por períodos prolongados. No entanto, eles têm menor densidade de energia do que algumas outras opções de LDES.
Íon de lítio
Em contraste, as baterias de íons de lítio oferecem alta densidade de energia e tempos de resposta rápidos, o que as torna populares para veículos, eletrônicos de consumo e dispositivos médicos. No entanto, elas se degradam mais rapidamente ao longo do tempo e podem durar apenas 500 a 3.000 ciclos de carga antes de sofrer perda de capacidade perceptível — em comparação aos 200.000 ciclos relatados para uma bateria de fluxo de vanádio. Há também preocupações adicionais de segurança com baterias de íons de lítio relacionadas à fuga térmica que pode causar incêndios, além de dependerem de uma matéria-prima escassa e a reciclagem ser cara e complexa. Mesmo assim, a Reserva de Energia de Hornsdale, no sul da Austrália, e a Big Battery de Victoria, em Geelong, utilizam baterias Tesla Megapack de íons de lítio. Estas últimas podem armazenar energia suficiente para abastecer mais de um milhão de residências em Victoria por até meia hora.
Fluxo de ferro
Baterias de fluxo de ferro, que armazenam energia em um eletrólito líquido normalmente feito de ferro, sal e água, são uma opção acessível e ecologicamente correta para armazenamento de energia de longa duração. Elas prometem cerca de 10.000 ciclos com degradação mínima ao longo do tempo. No entanto, elas têm menor densidade de energia do que o fluxo de íons de lítio ou vanádio e exigem mais espaço para a mesma capacidade de armazenamento de energia.
Fluxo orgânico
Outra opção potencial são as baterias de fluxo orgânico, que ainda estão em fase de pesquisa, com moléculas baseadas em carbono sendo testadas para uso em vez de metais como vanádio ou lítio. Embora possam fornecer uma solução de armazenamento de energia mais barata e não tóxica, ainda há grandes dúvidas sobre sua densidade energética em escala e durabilidade.
Limitações e desafios das baterias LDES
Apesar de seus benefícios, o desenvolvimento de baterias LDES enfrenta alguns desafios significativos. Um grande desafio são os altos custos iniciais, com muitas das tecnologias exigindo investimentos iniciais substanciais em infraestrutura, dificultando a implantação em larga escala. As tecnologias LDES, assim como outros sistemas de armazenamento, sofrem perda de energia durante o processo de armazenamento e recuperação, devido a fatores como autodescarga, resistência interna e ineficiências nos ciclos de carga e descarga.
Restrições de materiais e da cadeia de suprimentos também representam problemas significativos para algumas baterias LDES. Certas tecnologias dependem de materiais raros ou caros, o que pode levar a vulnerabilidades na cadeia de suprimentos, bem como a preocupações ambientais. Embora muitas tecnologias LDES sejam muito promissoras, algumas ainda estão em fase experimental e exigem mais pesquisa e desenvolvimento antes que possam ser amplamente adotadas.
Impacto ambiental das baterias LDES
Embora as baterias LDES possam ser a chave para um futuro de energia mais limpa, seu impacto ambiental varia dependendo da tecnologia utilizada. Um grande benefício é a redução das emissões de carbono, já que o uso de combustíveis fósseis para produzir eletricidade pode ser bastante reduzido. No entanto, algumas das principais tecnologias de baterias dependem de minerais raros ou críticos — como lítio, vanádio e cobalto — o que gera preocupações ambientais se as práticas de mineração não forem realizadas de forma sustentável ou causarem emissões significativas de gases de efeito estufa. Além disso, métodos adequados de reciclagem e descarte são necessários para evitar danos ambientais, especialmente em relação às baterias de lítio. As baterias de fluxo, por outro lado, têm um impacto ambiental menor devido à capacidade de recuperar e reutilizar eletrólitos.
