Muitos processos que geram eletricidade também produzem calor, um recurso de energia potente que muitas vezes não é explorado em qualquer lugar, de fábricas a veículos e usinas elétricas. Um sistema inovador que está sendo desenvolvido atualmente no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) pode armazenar calor rapidamente e liberá-lo para uso quando necessário, superando as opções convencionais de armazenamento em flexibilidade e eficiência.

Sistema de armazenamento de energia térmica de Argonne, ou TESS, foi originalmente desenvolvido para capturar e armazenar o calor excedente de instalações de energia solar concentrada. Também é adequado para uma variedade de aplicações comerciais, incluindo usinas de dessalinização, sistemas combinados de calor e energia (CHP), processo industrial, e caminhões pesados.

Ser capaz de recuperar e usar o calor residual pode aumentar a eficiência e cortar custos, extraindo mais energia da mesma quantidade de combustível. No caso de uma usina de eletricidade ou dessalinização operando com energia solar concentrada, o TESS pode capturar o calor durante o dia e liberá-lo à noite para manter a planta funcionando. O trabalho de Argonne para desenvolver o sistema é financiado pelo Departamento de Tecnologias de Energia Solar do DOE.

"Sempre que você tem um processo de combustão, você está desperdiçando cerca de 60 por cento da energia na forma de calor, "disse Dileep Singh, um cientista de materiais sênior da Argonne que liderou o desenvolvimento do TESS. "Num sentido, esta é uma versão térmica de uma bateria, onde você carrega e descarrega calor em vez de eletricidade. "

O TESS de Argonne é uma forma de armazenamento de calor latente, onde a energia está contida em um material de mudança de fase, como sal fundido. Embora esses materiais sejam bons para reter calor, eles são normalmente maus condutores, por isso leva muito tempo para absorver e liberar energia.

Para contornar essa limitação, pesquisadores da Argonne desenvolveram uma maneira de incorporar materiais de mudança de fase em materiais porosos, espuma altamente condutora térmica. Eles então selam a espuma com gás inerte dentro de um módulo, evitando que umidade ou oxigênio entrem e degradem os componentes. O calor armazenado dentro de uma unidade pode então ser transferido para a água, por exemplo, onde se torna o vapor que move uma turbina. O TESS também pode ser ajustado para uma aplicação específica selecionando diferentes materiais de mudança de fase.

"Uma das grandes vantagens de nossa tecnologia é que ela é modular, então você não precisa de uma grande estrutura de armazenamento, "Singh disse." Você pode fazer esses módulos de um certo tamanho gerenciável, como um tambor de 55 galões ou menor, e instale-os no número que você precisar. "

Os pesquisadores demonstraram que o TESS opera em temperaturas acima de 700 ° C (1, 292 ° F). Sua alta densidade de energia o torna menor e mais flexível do que os sistemas de armazenamento de calor sensível comumente usados, que dependem de aumentar e diminuir a temperatura de um material. A tecnologia ganhou o prêmio R&D 100 de 2019, e os pesquisadores agora estão trabalhando para integrá-lo aos sistemas CHP da Capstone Turbine Corporation para aumentar a recuperação de calor.

Com a ajuda de parceiros da indústria, Singh e seus colegas continuam a refinar a tecnologia TESS, e desenvolveram uma instalação de teste interna para testar o desempenho com cargas e descargas repetidas. Além de aprimorar os sistemas CHP e estender a despachabilidade de dessalinização e usinas de energia, o TESS pode converter o calor residual em energia mecânica em caminhões pesados ​​ou em aquecimento interno de veículos elétricos. E assim como o TESS pode funcionar como uma bateria para aquecimento, pode fazer o mesmo com o frio, possivelmente oferecendo uma opção de refrigeração para edifícios comerciais.