SunFlow: Armazenamento de energia solar em baterias redox de caudal
Em conversa com o COMPETE 2020, Professor Adélio Mendes, Investigador Responsável do Sunflow, falou deste projeto que "visa estudar e otimizar uma tecnologia inovadora para capturar, converter e armazenar eficientemente a energia solar na forma de combustíveis eletroquímicos"
Enquadramento
Uma das fontes mais promissoras para obter energia sustentável para alimentar residências em cidades é a luz solar. Portugal é um dos países europeus com maior incidência solar tornando-se assim crucial investir no desenvolvimento de tecnologias que permitam capturar, essa energia de uma forma eficaz e barata. A eletricidade fotovoltaica (PV), embora muito barata é dificilmente “despachável”, ou seja, não existe disponível sempre que dela precisamos. Em comparação com outras tecnologias, as baterias redox de escoamento (RFB) são vistas como a tecnologia mais adequada para aplicações estacionárias, com custos esperados de 3 ¢/kWh/ciclo para 2050. Desta forma, o armazenamento de energia sob a forma de combustíveis eletroquímicos têm as seguintes vantagens: i) não se consomem durante o seu uso, simplesmente carregam e descarregam; ii) apresentam densidades de energia moderadas; iii) eficiência de ciclo muito elevada, tipicamente >80 %; iv) tempo de resposta muito rápido, na gama de 100 ms; e v) um custo baixo a moderado. Os combustíveis eletroquímicos líquidos são fáceis de transportar e armazenamentar, permitindo o uso das infraestruturas existentes. Um combustível eletroquímico líquido pode ser diretamente carregado usando a luz solar, numa célula fotoeletroquímica (PEC).
O Projeto
Um combustível eletroquímico pode ser visto como uma bateria líquida; como nas baterias convencionais existe um combustível eletroquímico positivo e um negativo, que são carregados/descarregados numa pilha de células eletroquímicas – bateria, mas pode ainda ser carregado através de uma célula fotoeletroquímica a partir da luz solar.
Imagem do protótipo laboratorial de 25 cm2 de uma célula redox solar de escoamento, desenvolvido no âmbito do projeto SunFlow.
O projeto SunFlow visa estudar e otimizar uma tecnologia inovadora para capturar, converter e armazenar eficientemente a energia solar na forma de combustíveis eletroquímicos. Esta tecnologia foi designada pela equipa de investigação como célula solar redox de escoamento (SRFB) e que consiste no uso de uma célula PEC, onde os combustíveis eletroquímicos são carregados a partir da luz solar; estes podem ser descarregados posteriormenete numa RFB para armazenar energia facilmente interconvertível em eletricidade. A Universidade do Porto foi pioneira no desenvolvimento desta tecnologia.
O SunFlow propõe o uso de uma célula solar redox de escoamento baseada em fotoelétrodos de nitreto de tântalo, altamente eficientes, responsáveis por carregar os combustíveis eletroquímicos através da energia térmica do sol. A energia armazenada é facilmente disponibilizada como eletricidade, acoplando uma RFB, e energia térmica, que pode servir para aquecimento e águas sanitárias - sistema de co-geração.
Os objetivos do SunFlow são:
1) síntese de fotoelétrodos eficientes e estáveis baseados em nitreto de tântalo: i) fotoelétrodos simples; e ii) fotoelétrodos combinados com uma célula fotovoltaica – PEC/PV, atingindo 10 mA/cm2 e >1 V;
2) seleção de pares redox e eletrólitos adequados, utilizando solventes aquosos e não aquosos, para um ótimo desempenho da célula solar redox de escoamento;
3) demonstração da viabilidade tecnológica, os pares redox/eletrólitos e semicondutores selecionados devem ser estáveis por mais de 500 h de operação, com uma degradação <10 %;
4) construção e teste de um protótipo laboratorial (5 x 5 cm2) de uma SRFC (Figura 1) para demonstrar o conceito e aumentar o interesse de investidores nesta abordagem inovadora e promissora para armazenar luz solar.
Portanto, o SunFlow propõe uma abordagem inovadora e economicamente viável para a conversão direta de luz solar em combustíveis eletroquímicos, abordando a diretriz europeia do NZEB (Nearly Zero Energy Building).
Apoio do COMPETE 2020
O projeto é desenvolvido pelo Laboratório de Engenharia de Processos, Ambiente, Biotecnologia e Energia (LEPABE) da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e cofinanciado pelo COMPETE 2020 no âmbito do Sistema de Apoio à Investigação Científica e Tecnológica, envolvendo um investimento elegível de 240 mil euros, que resultou num incentivo FEDER de cerca de 204 mil euros.
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