Baterias Térmicas de Carbono Buscam Energia Barata 24 Horas por Dia para a Indústria dos EUA

A GrafTech International, uma importante fabricante de produtos de carbono e grafite, está se unindo a uma desenvolvedora de armazenamento de energia térmica em baterias térmicas à base de carbono destinadas a fornecer energia de baixo custo e ininterrupta à indústria americana. O esforço, relatado pela Interesting Engineering, coloca um dos nomes estabelecidos na fabricação de grafite no centro de uma categoria de armazenamento que vem atraindo crescente atenção como alternativa às baterias convencionais para cargas industriais pesadas.

A premissa é direta, ainda que a engenharia não seja: em vez de armazenar energia em reações químicas como as células de íons de lítio fazem, uma bateria térmica a armazena como calor dentro de um meio sólido — neste caso, carbono — e libera esse calor quando uma fábrica precisa dele. Para muitos processos industriais que funcionam com calor de alta temperatura em vez de eletricidade apenas, essa abordagem se mapeia diretamente na forma como as plantas realmente consomem energia.

Por que o Calor Industrial É o Problema Difícil

A indústria pesada é um dos setores mais difíceis de descarbonizar porque grande parte do que ela faz depende de calor, e não de trabalho mecânico ou elétrico. Fundição, calcinação, secagem, cura, refino e processamento químico exigem temperaturas elevadas sustentadas, e os equipamentos que fornecem essas temperaturas foram historicamente projetados em torno da combustão.

Isso cria dois problemas ao mesmo tempo. O primeiro são as emissões: o calor de processo proveniente de combustíveis fósseis representa uma parcela importante do uso industrial de energia e, por extensão, da produção industrial de carbono. O segundo é a economia. Substituir um forno a gás por um sistema que opera com preços voláteis de eletricidade no atacado introduz um novo tipo de risco financeiro, porque a estrutura de custos da planta agora depende de quando ela escolhe consumir energia.

As baterias térmicas são posicionadas como uma forma de quebrar esse vínculo. Se uma instalação puder absorver eletricidade quando ela é barata e abundante — inclusive durante períodos de alta geração renovável — e então liberar o calor armazenado sob demanda, ela pode continuar operando continuamente sem pagar preços premium pela energia. Essa é a proposta de valor 24 horas por dia que a GrafTech e sua parceira estão perseguindo.

O que Faz uma Bateria Térmica à Base de Carbono

Uma bateria térmica neste projeto recebe entrada elétrica e a converte em calor dentro de um meio de armazenamento. O calor é mantido em uma massa isolada até que o processo precise dele, momento em que é entregue como energia térmica de alta temperatura. Nada na sequência depende da disponibilidade intermitente de um cronograma de entrega de combustível; a restrição passa a ser quanta energia o bloco de armazenamento pode conter e com que eficiência ela pode ser recuperada.

Várias características tornam o carbono um material atraente para esse papel:

• Tolerância a altas temperaturas. Materiais de carbono e grafite são usados em ambientes industriais justamente porque suportam calor extremo sem perder integridade estrutural.
• Desempenho térmico. O grafite conduz calor de forma eficaz, o que importa tanto para carregar o meio de armazenamento quanto para extrair calor a uma taxa controlada.
• Cadeias de suprimento estabelecidas. Carbono e grafite já são produzidos em escala industrial para eletrodos, revestimentos de fornos e outras aplicações exigentes.
• Perfil de custo. A economia de um meio de armazenamento depende fortemente de a matéria-prima ser barata o suficiente para ser implantada em massa, e não em pequenas quantidades de engenharia de precisão.

Essas são as propriedades que tornam o armazenamento à base de carbono uma resposta plausível para um problema que a química de baterias sozinha tem tido dificuldade de resolver economicamente em escala industrial.

A Parceria GrafTech e Antora

O papel da GrafTech na colaboração está fundamentado na manufatura. A empresa fabrica produtos de carbono e grafite em escala, o que significa que traz experiência em produção de materiais e processamento industrial, em vez de especialidades em software de armazenamento ou eletrônica de potência. Sua parceira, a empresa de armazenamento de energia térmica Antora, trabalha na conversão de eletricidade em calor armazenado e na entrega dele de volta a clientes industriais.

Essa divisão do trabalho é reveladora. O armazenamento térmico para a indústria pesada é tanto um desafio de materiais e manufatura quanto um desafio de tecnologia energética. Construir armazenamento que possa ficar dentro de uma planta em operação, sobreviver a anos de ciclagem térmica e ser produzido em quantidades grandes o suficiente para importar exige o tipo de base de suprimentos industriais pesados que a GrafTech já opera.

A parceria também sinaliza para onde os desenvolvedores acreditam que o mercado está indo: não em direção à eletrônica de consumo ou veículos de passeio, mas aos clientes industriais cuja demanda de energia é grande, contínua e cara de descarbonizar.

Energia 24 Horas por Dia como Argumento de Venda

A expressão "24 horas por dia" tem um significado específico neste contexto. Instalações industriais não param quando o sol se põe ou quando a geração eólica cai. Um sistema de armazenamento que apenas desloca energia ao longo de algumas horas não resolve o problema delas. O que a indústria precisa é de uma forma de comprar energia quando ela é mais barata e ainda assim operar continuamente.

As baterias térmicas abordam isso ao desacoplar o momento da compra do momento do uso. A eletricidade pode ser consumida durante janelas de preço baixo, convertida em calor e mantida até que o processo a exija. Para operadores de plantas, o resultado é uma base de custos mais previsível e um caminho para usar eletricidade de menor carbono sem redesenhar toda a linha de produção.

Há também um argumento no nível da rede. Grandes cargas industriais que podem absorver energia de forma flexível são úteis para um sistema com quantidades crescentes de geração renovável variável, porque podem consumir eletricidade quando a oferta é abundante em vez de adicionar pressão durante horários de pico. O armazenamento térmico efetivamente transforma uma fábrica em um ativo flexível, em vez de rígido.

O que Observar

A colaboração é um desenvolvimento a acompanhar, e não uma história de implantação concluída. O desempenho da tecnologia dependerá de vários fatores que se tornarão mais claros à medida que os projetos avançarem:

• Custo por unidade de calor armazenado. O armazenamento térmico só substitui o calor de processo movido a combustível fóssil se o custo entregue for competitivo.
• Integração com plantas existentes. Adaptar o armazenamento em locais industriais em operação é um problema de engenharia distinto de construí-lo em laboratório.
• Durabilidade do material. A longa vida útil sob ciclagem repetida de alta temperatura determina se a economia se sustenta ao longo de décadas.
• Escala de manufatura. A capacidade de produção de carbono e grafite moldará a rapidez com que a tecnologia pode ser implantada.

Para a GrafTech, a iniciativa estende um negócio de materiais para a transição energética, onde a expertise em grafite e carbono tem valor além dos clientes industriais tradicionais. Para a indústria dos EUA, representa mais uma tentativa de tornar o calor barato, contínuo e de menor carbono uma opção prática, em vez de uma aspiração de longo prazo. A aposta subjacente é simples: se o calor puder ser armazenado tão barato quanto pode ser gerado, o momento dos preços da eletricidade deixa de ditar quando as fábricas americanas podem operar.

Este artigo é baseado em reportagem da Interesting Engineering. Leia o artigo original.