Como transformar minas de carvão em baterias verdes gigantes

Em uma futura rede elétrica de baixo carbono dominada por energia eólica e solar intermitente, precisaremos de tecnologias para armazenar energia quando for abundante e alimentá-la de volta à rede quando não for. As baterias de íon-lítio e as hidrelétricas de bombeamento fazem a maior parte desse trabalho de armazenamento de energia agora e espera-se que dominem no futuro, junto com as células de combustível de hidrogênio. Uma equipe internacional de cientistas propôs recentemente outra solução inovadora e engenhosa que envolve o reaproveitamento de minas antigas: armazenamento subterrâneo de energia por gravidade (UGES). Eles delinearam a ideia na revista Energies.

A UGES envolve a descida de grandes quantidades de areia armazenadas em contêineres presos a um cabo central em um poço subterrâneo profundo. À medida que a areia desce gradualmente, o cabo conectado gira rotores que alimentam vários geradores, produzindo eletricidade. O processo pode ser revertido para armazenar energia quando houver excesso de eletricidade renovável na rede. A areia é levantada de volta ao topo do aparelho e empilhada em montes acima do solo.

O que diferencia o UGES de outras soluções de armazenamento de energia gravitacional oferecidas por várias startups é a localização. Os pesquisadores propõem a instalação de UGES em poços de minas abandonadas, que são inúmeras.

“Estima-se que pelo menos 50.000 deles existam na Austrália; mais de 550.000 foram encontrados nos EUA, incluindo mais de 100.000 que representam um risco ambiental significativo; e mais de 10.000 são conhecidos no Canadá”, escreveram os autores.

Eles estimam que o potencial global de armazenamento de energia da UGES esteja entre 7 e 70 Terawatts-hora (1 Terawatt = 1.000 Gigawatts). Para colocar isso em perspectiva, é equivalente à energia armazenada em 87,5 a 875 milhões de baterias de veículos elétricos. Apenas 56 Gigawatts-hora de armazenamento de energia estavam online globalmente no final de 2021.

A potência da UGES – ou seja, o que ela pode fornecer instantaneamente à rede – varia principalmente com o comprimento do poço da mina subterrânea e a quantidade de areia usada. Um projeto em uma antiga mina de apenas 200 metros de profundidade usando 4 milhões de toneladas de areia pode ser capaz de fornecer apenas 10 Megawatts à rede, o suficiente para abastecer talvez 5.000 a 8.000 residências, enquanto um projeto em um poço de 1.000 metros de profundidade usando 40 milhões toneladas de areia poderiam gerar até 200 Megawatts.

Uma mina mais profunda não apenas produziria e armazenaria mais energia, mas também seria mais econômica. Os custos de armazenamento de energia variam de US$ 1 a US$ 10 por quilowatt-hora para UGES, calculam os autores, absolutamente baratos em comparação com as baterias de íon-lítio, que atualmente custam cerca de US$ 150/kWh. No entanto, os preços das baterias continuam caindo à medida que os produtos químicos melhoram.

As maiores desvantagens do UGES são o uso considerável de areia – uma matéria-prima aparentemente onipresente que, na verdade, pode ser escassa no final deste século – e sua modesta capacidade de energia – quanta eletricidade ele pode fornecer à rede a qualquer momento. Uma usina UGES também pode levar dias, semanas ou até meses, dependendo da quantidade de areia usada e da profundidade para 'recarregar' totalmente - ou seja, mover a areia do fundo do poço para o topo.

Por outro lado, sua capacidade de armazenar energia de forma barata por semanas, meses ou até anos - ou talvez indefinidamente - é uma grande vantagem. A areia não evapora como a água de um reservatório hidrelétrico bombeado ou se dissipa como a energia que se descarrega lentamente das baterias. Outro benefício fantástico? A UGES pode revitalizar as comunidades carboníferas enquanto as minas continuam fechadas em todo o mundo.

“O mundo está transformando seu sistema de energia, reduzindo pela metade a extração de carvão para fins relacionados à energia”, escreveram os pesquisadores. “A UGES pode fornecer uma fonte alternativa de renda para as pessoas que trabalham nas minas e para a comunidade”.

À medida que planejadores e formuladores de políticas buscam projetar uma rede elétrica de carbono zero, eles exigirão uma combinação diversificada de geração de eletricidade e soluções de armazenamento de energia para maximizar a estabilidade e minimizar o risco de apagões. A UGES poderia muito bem contribuir para esse futuro.