Esferas gigantes de betão no fundo do oceano para armazenar energia renovável

A solução para o armazenamento de quantidades massivas de energia renovável pode estar a cerca de 600 metros abaixo da superfície do oceano, numa esfera de betão, capaz de resistir a pressões 77 vezes superiores às que sentimos ao nível do mar.

De nome StEnSea, Stored Energy in the Sea, este projeto procura resolver um dos maiores desafios da era da energia limpa: armazenar energia renovável.

O conceito é muito simples. Trata-se de uma esfera oca de betão no fundo do mar. Quando existe excedente de energia disponível, proveniente, por exemplo, de uma central eólica offshore próxima, essa energia é usada para bombear a água do mar para fora da esfera, criando no seu interior uma condição semelhante a vácuo.

Depois, quando a energia é necessária, uma válvula abre-se. A água do mar entra, impulsionada pela enorme pressão do oceano, e faz girar uma turbina que gera eletricidade. O processo é reversível e pode ser repetido centenas de vezes por ano.

Testes na Alemanha

Em 2017, o Instituto Fraunhofer de Economia da Energia e Tecnologia de Sistemas Energéticos (IEE), testou o StEnSea com uma esfera de três metros de diâmetro no Lake Constance, na Alemanha. Em água doce, esse pequeno teste funcionou.

Agora, a equipa prepara-se para testar uma versão maior e muito mais ambiciosa nas profundas águas do Pacífico, ao largo de Long Beach, na Califórnia.

O novo protótipo, com cerca de nove metros de diâmetro e um peso de 400 toneladas, será ancorado entre 500 e 600 metros de profundidade.

Espera-se que comece a operar até ao final de 2026, armazenando até 0,4 megawatts-hora de eletricidade, o suficiente para alimentar uma casa típica durante duas a três semanas.

O ensaio é um grande passo em direção à expansão da tecnologia. Com a transição energética global, a procura por armazenamento vai aumentar enormemente nos próximos anos.

Afirmou Bernhard Ernst, gestor sénior de projeto no Fraunhofer IEE, acrescentando que "com a transição energética global, a procura por armazenamento vai aumentar enormemente nos próximos anos".

O Fraunhofer IEE estima um potencial global de armazenamento de 817 mil gigawatts-hora, suficiente para alimentar cerca de 75 milhões de casas por ano.

Imagine campos de esferas com 30 metros de diâmetro a cobrir o fundo do mar, cada uma capaz de armazenar muito mais energia.

• A startup norte-americana especializada em impressão 3D de betão, a Sperra, está a construir a esfera gigante, em Long Beach;
• A Pleuger Industries, sediada em Miami, mas com raízes alemãs, fornece as bombas e motores subaquáticos essenciais ao sistema.

Conceito do StEnSea é relativamente antigo

Essencialmente, o StEnSea é uma variação de um conceito com mais de um século, a central hidroelétrica de bombagem. As versões tradicionais envolvem bombear água para um reservatório situado a uma altitude mais elevada e depois libertá-la para gerar eletricidade quando necessário, aproveitando a sua energia potencial.

Contudo, estas soluções exigem dois corpos de água a diferentes alturas e grandes extensões de terreno.

Por isso, o StEnSea opta pelas profundezas do oceano, transferindo "o princípio funcional para o fundo do mar, onde as restrições naturais e ecológicas são muito menores", segundo Ernst.

Além de uma aceitação mais elevada por parte dos cidadãos, há uma vantagem prática: uma vez que as localizações offshore estão muitas vezes próximas dos locais onde a energia renovável é produzida, como centrais eólicas, as esferas subaquáticas podem ser instaladas nas proximidades sem ocupar terreno em terra.

Fundo do oceano alarga potencial de expansão

Segundo Ernst, "as centrais de bombagem são particularmente adequadas para armazenar eletricidade durante várias horas até alguns dias, [mas] o seu potencial de expansão é severamente limitado a nível mundial".

Neste cenário, as análises geográficas realizadas pelo Fraunhofer IEE identificaram numerosos locais ideais para a instalação das esferas, desde os fiordes da Noruega às costas do Japão, bem como da costa leste dos Estados Unidos até à plataforma continental portuguesa.

Entre 600 e 800 metros de profundidade, a pressão, a resistência do betão e os projetos existentes de bombas atingem um equilíbrio económico.

Ainda que a eficiência do sistema seja ligeiramente inferior à das centrais de bombagem tradicionais, cerca de 75 a 80%, a vida útil das esferas de betão é estimada em 50 a 60 anos, sendo necessário substituir turbinas e geradores apenas a cada duas décadas, conforme citado.

No desenho atual, cada esfera armazena uma quantidade modesta de energia. No entanto, a tecnologia pode escalar: uma central com seis esferas grandes, por exemplo, poderia fornecer uma capacidade de 120 megawatts-hora e uma potência de 30 megawatts, com 520 ciclos por ano.

Estas instalações poderiam desempenhar um papel fundamental no jogo energético, comprando eletricidade quando é barata e armazenando-a para vender quando os preços sobem, ou na prestação de serviços auxiliares para estabilizar uma rede elétrica cada vez mais complexa.

O Fraunhofer IEE estima o custo em 4,6 cêntimos de euro por quilowatt-hora armazenado, com despesas de capital de cerca de 1354 euros por quilowatt de potência e 158 euros por quilowatt-hora de capacidade de armazenamento.

Estes valores seriam mais barato do que muitas tecnologias de baterias atualmente no mercado e potencialmente menos disruptivo do que grandes barragens hidroelétricas.

À medida que os países aceleram a descarbonização, o desafio já não é apenas como gerar energia limpa, mas como armazená-la, e a solução pode estar a cerca de 600 metros abaixo da superfície do oceano.