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Sistemas eletroquímicos foto-assistidos para conversão e armazenamento de energia, e dessalinização

Resumo

O desenvolvimento de fontes alternativas de energia, com o intuito de diminuir a poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis, tem estimulado cientistas a procurar novos meios de converter e armazenar energia. Adicionalmente, mudanças climáticas e o crescimento populacional têm gerado uma preocupação crescente com relação à escassez de água. Atualmente, cerca de 3% do consumo global de energia elétrica é referente ao tratamento de águas residuais oriundas de zonas urbanas. A humanidade precisa encontrar meios de usar água limpa e potável de forma mais eficiente. O armazenamento de energia durante o tratamento de águas residuais pode encorajar a preservação ambiental, e desta forma, contribuir para um crescimento mais sustentável, pois pode tornar-se rentável para as indústrias que geram e tratam estes resíduos. Uma estratégia é a utilização de gradientes iônicos e, então, convertê-los em energia elétrica. Pesquisas têm sido realizadas com sistemas contendo soluções eletrolíticas, com diferentes concentrações, e utilizando ciclos eletroquímicos para produzir trabalho elétrico. Neste contexto, são propostos sistemas eletroquímicos, chamados máquinas ácido-base foto-assistidas, que possibilitam a conversão, e o armazenamento, de energia elétrica durante a neutralização de soluções ácidas mediante irradiação de luz UV. Configurações alternativas destes dispositivos permitem, também, a dessalinização de soluções salinas com a possibilidade de recuperar parte da energia utilizada no procedimento. O princípio operacional destes sistemas baseia-se na variação entrópica, oriunda da mudança nas atividades de prótons e íons alcalinos, como também, na conversão de energia eletromagnética em energia elétrica. Através de experimentos de prova de conceito, foi possível obter 108 kJ por mol de íon eletroinserido, valor que corresponde a 10,8 kJ dm-3 de solução ácida neutralizada.

Introdução

O desenvolvimento de novos meios de conversão e armazenamento de energia e, consequente, utilização de energias alternativas oriundas de fontes renováveis têm sido estimulados como forma de mitigar a poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis. Neste sentido, a maior utilização de energias renováveis em processos industriais tem levado economias fortemente dependentes de recursos não renováveis, i.e., carvão, gás natural e petróleo, a transitarem para uma forma mais limpa de energia. Entretanto, devido ao crescimento populacional e à alta demanda energética, especialmente em países em desenvolvimento, essa transição tende a ser em um ritmo no qual a dependência de recursos não renováveis ainda será majoritária nas próximas décadas (Keeley e Matsumoto, 2018).

A utilização de redes elétricas inteligentes, “Smart Grids”, se apresenta como o caminho mais eficiente para impulsionar a substituição da matriz energética global de dependente de combustíveis fósseis para fontes renováveis. Este mecanismo promove a intercomunicação entre as etapas de produção, armazenamento e consumo de energia, resultando em maior eficiência e, consequente, redução de custos associados à planta energética na qual a rede esta inserida (Anjana e Shaji, 2018).

Neste cenário, fontes renováveis de energia elétrica (RES-E, do inglês Renewable energy-sourced electricity) têm atraído atenção a nível global principalmente por duas razões: I – as fontes de energia elétrica livres de carbono são uma estratégia para refrear mudanças climáticas; II – estima-se que a demanda enérgica global cresça até 80% por volta de 2040 (Gottschamer e Zhang, 2016). A participação de energias renováveis na matriz energética mundial atualmente é de aproximadamente 19,2%, na qual a produção de RES-E é composta majoritariamente por hidroelétricas, energia eólica e sistemas fotovoltaicos, de forma que, espera-se que a capacidade de armazenamento destas duas últimas tecnologias deva alcançar 666 e 400 GW em 2019 e 2020, respectivamente (Gallo et al., 2016; Ren21, 2016).

Autor: William Gomes de Morais.