Armazenamento de Energia Ultimate: Amônia

Desafios da Energia Verde

Com a mudança climática causando mais freqüentemente condições climáticas extremas e o IPCC estabelecendo metas de redução de emissões para evitar um aumento de temperatura de mais 1,5 graus, o mundo está fazendo esforços para a transição para a Energia Renovável. Com a transição global dos combustíveis fósseis para a energia verde em curso, há uma necessidade de armazenamento a longo prazo e transmissão a longo prazo desta energia verde. A amônia é bem adequada para ambas as aplicações, já que à temperatura ambiente o amoníaco líquido é um transportador altamente eficiente de hidrogênio que pode ser facilmente transportado. As células combustíveis que podem aproveitar o hidrogênio do amoníaco oferecem avanços significativos na superação dos principais desafios da energia verde:

• Prover energia verde quando outras energias renováveis estão disponíveis intermitentemente

A energia solar só é produzida quando o sol brilha. A energia eólica só é produzida quando o vento sopra. O facto de a disponibilidade destas fontes de energia renováveis cada vez mais populares estar limitada pelas condições climatéricas, cresce em importância, uma vez que estas fontes de energia constituem uma porção maior do total da energia gerada. O desalinhamento da produção de energia renovável em relação à demanda dos consumidores é demonstrado na agora famosa curva dos patos da Energia Renovável; as flutuações nos equilíbrios energéticos causadas pelas energias renováveis criam sérios desafios para as concessionárias de energia que devem atender a essa demanda. A resposta a este desafio virá de soluções de armazenamento de energia renovável prontamente disponíveis. As células combustíveis de alta disponibilidade podem ser um componente importante destas soluções.

• Alavancagem do excesso de capacidade das energias renováveis

Em vez de reduzir o excesso de capacidade gerado pelas energias renováveis, este excesso de energia pode ser armazenado como amônia líquida para uso futuro pelas células a combustível. Esta fonte de amônia seria uma alternativa limpa à amônia industrial que é produzida através do processo de produção Haber-Bosch.

• Obtendo uma alternativa verde e de menor custo ao diesel
  Os geradores a diesel até o momento têm desempenhado um papel importante no fornecimento de energia nas economias pobres dos países em desenvolvimento. Estes geradores são pelo menos parcialmente responsáveis pela poluição do ar por diesel e outros combustíveis fósseis que causam a morte de 7 milhões de pessoas em todo o mundo a cada ano. Substituir o combustível diesel por “amônia verde” como transportador de energia tornaria a energia verde limpa e confiável disponível para as 3,5 bilhões de pessoas que vivem em áreas fora da rede ou em áreas pobres. O lançamento da solução GenCell A5 fora da rede para torres de telecomunicações e eletrificação rural com amônia permitirá o acesso à energia para milhões de pessoas que ainda estão fora da rede.

Acesso ao armazenamento de energia renovável

Até hoje, o mercado de energia tem se concentrado principalmente em duas abordagens principais para o armazenamento de energia renovável – baterias recarregáveis e hidrogênio. Várias tecnologias são utilizadas para desenvolver baterias recarregáveis de diferentes tipos e tamanhos. As vantagens das baterias incluem eficiência energética e longa vida útil graças ao carregamento e à transportabilidade. Por outro lado, as suas desvantagens incluem o seu peso e pegada significativos, os seus elevados custos de produção, deterioração rápida, riscos de segurança e problemas em torno da sua eliminação.

Em paralelo com as baterias, outra tendência popular para o armazenamento de energia baseia-se na tecnologia do hidrogénio, tais como aplicações que aproveitam o hidrogénio para conduzir células de combustível, veículos recarregáveis e máquinas móveis, entre outras aplicações inovadoras. Aplicações como a eletrólise produzem hidrogênio limpo, verde da água com a ajuda de energia renovável excedente; este hidrogênio pode ser transportado, armazenado e permitir a re-eletrrificação usando células de combustível.

A capacidade de armazenamento de energia como hidrogênio é muito maior do que a das baterias. Então porque é que esta tecnologia não conquistou o mercado? A razão é porque o armazenamento de energia como hidrogênio é um desafio. Construir uma infra-estrutura viável de hidrogênio para entrega desde os locais de produção até os locais de consumo não é uma questão simples. A produção centralizada em massa de hidrogênio, seja como gás ou líquido, implica em altos custos de entrega e distribuição, enquanto a produção distribuída em baixo volume é proibitivamente cara. A entrega de hidrogênio é limitada por altos custos, perdas de eficiência energética no trânsito, problemas de pureza de hidrogênio e propensão a vazamentos.

Os cientistas estão trabalhando em novos transportadores de hidrogênio para superar essas restrições. Portadores de hidrogênio podem armazenar hidrogênio em um estado químico diferente das moléculas de hidrogênio livres. Um método interessante para fornecer hidrogênio envolve hidratar um composto químico no local de produção e depois desidratá-lo no ponto de entrega ou dentro de uma célula de combustível. Os portadores potenciais incluem tecnologias de armazenamento químico e físico, como hidretos metálicos, carbono ou outras nanoestruturas e hidrocarbonetos reversíveis. Outras abordagens envolvem o bombeamento do hidrogênio para cavernas subterrâneas, muitas das quais foram criadas por atividades de mineração, onde ele é armazenado com segurança. A tecnologia Power to Gas injecta o hidrogénio no gás natural que é transportado através da infra-estrutura existente. A combustão libera a energia; ao substituir 20% do carbono pelo hidrogênio, as emissões são reduzidas de forma semelhante em 20%.

Amoníaco como transportador de energia

Outra opção é usar o amoníaco como transportador de energia. As vantagens são muitas. Em primeiro lugar, o amoníaco é económico. Disponibilidade – o segundo produto químico mais produzido no mundo, são produzidas 200 milhões de toneladas de amoníaco por ano. Transportabilidade – a amônia é fácil de armazenar e não requer armazenamento a alta pressão. Outra vantagem fundamental é a compatibilidade química da amônia com células combustíveis alcalinas, que utilizam um eletrólito alcalino. E quando o amoníaco é rachado para produzir hidrogênio, não são emitidos poluentes nocivos. Como não há carbono, não são produzidos subprodutos de carbono – portanto, o amoníaco é uma opção “neutra em carbono” para o futuro. Enquanto o amoníaco é um químico tóxico com um odor potente, quando manuseado com cuidado e de acordo com os regulamentos é usado com segurança na agricultura, refrigeração, semicondutores, tintas para cabelo e purificação de água, entre outras aplicações. Mas a maior vantagem do amoníaco como transportador de hidrogênio é o fato de que como líquido, com leve pressurização e sem restrições criogênicas, ele oferece uma alta densidade de armazenamento de hidrogênio.

Já hoje a GenCell desenvolveu uma célula de combustível que aproveita o amoníaco líquido para alimentar uma solução de energia fora da rede que actua como uma “nano-potência” autónoma para além da rede, permitindo-nos substituir os geradores a diesel poluentes no fornecimento de electricidade para além da rede. Hoje estas células de combustível funcionam com amoníaco produzido industrialmente, produzido principalmente através do processo Haber-Bosch, comumente utilizado mas altamente poluente. No processo de síntese do amoníaco Haber-Bosch, o nitrogênio reage com o hidrogênio utilizando um catalisador metálico. O processo é conduzido a uma pressão de 200 atm e a altas temperaturas de reação de quase 500°C. Há alegações de que o processo Haber-Bosch é um dos maiores contribuintes para um acúmulo de nitrogênio reativo na biosfera. Para oferecer energia completamente verde, estamos trabalhando no desenvolvimento de um processo ecológico para criar amônia verde que possa deslocar o poluente processo Haber-Bosch. Isto permitiria a produção industrial de amônia limpa usando energia renovável para uma ampla gama de aplicações, desde fertilizantes e purificação de água até o fornecimento de combustível para soluções de células combustíveis alcalinas. Como esta equação não inclui carbono, quando amadurecida, esta tecnologia permitir-nos-á ter uma geração de energia distribuída 100% verde. Prevemos permitir um ciclo de energia totalmente limpa, produzindo amônia verde no local usando energia solar e eólica, usando a amônia para operar geradores de células de combustível alcalinas em qualquer lugar além da rede, permitindo a eletrificação rural e trazendo o mundo mais perto da paridade da rede. Para mais informações, contacte-nos em [email protected].