A necessidade de tirar as casas do gás aumentou desde o conflito na Ucrânia. Uma bateria de calor com sal e água como componentes simples poderia fornecer uma solução rápida e em larga escala para mais de três milhões de residências na Holanda – o dobro da meta estabelecida pelo governo holandês. Esta bateria de calor, sendo desenvolvida por um consórcio da Universidade de Tecnologia de Eindhoven, TNO, spin-off Cellcius e parceiros industriais, é barata, compacta, sem perdas e agora pronta para os primeiros testes do mundo real.
Com armazenamento de calor em residências e aproveitando as grandes quantidades de calor residual industrial que de outra forma seria descartado, esta bateria é um divisor de águas em potencial para a transição energética. Aqui estão quatro razões para se recarregar com a chegada desta bateria inovadora.

1. A base da bateria é incrivelmente simples

Um experimento simples revela imediatamente a essência da bateria de calor. Encha uma pequena garrafa com grãos de sal branco, adicione um pouco de água e começa a chiar. Além disso, como por mágica, a garrafa instantaneamente fica incrivelmente quente. Olaf Adan demonstrou o experimento inúmeras vezes, surpreendendo os espectadores várias vezes.

Adan, professor da TU/e ​​e investigador principal da TNO, está no centro da bateria de calor de Eindhoven, que gira essencialmente em torno de um princípio termoquímico relativamente antigo:a reação de um hidrato de sal com vapor de água. "Os cristais de sal absorvem a água, ficam maiores e, no processo, liberam calor", diz Adan. Daí a garrafa de aquecimento rápido.

Mas o inverso também é possível. "Ao adicionar calor, você evapora a água e basicamente 'seca' o sal, reduzindo assim o tamanho dos cristais de sal", explica Adan. Enquanto nenhuma água chegar a este pó de sal seco, o calor é sempre armazenado nele. Assim, ao contrário de outros tipos de armazenamento de calor, nada se perde:a bateria é completamente livre de perdas.

Você pode repetir esse processo indefinidamente, de uma forma ou de outra, fornecendo assim a base para uma bateria de calor que pode armazenar calor e usá-lo posteriormente e em um local diferente. Esta é uma solução para o fornecimento flutuante de energia renovável em residências e edifícios e para a reutilização conveniente de 'resíduos de calor' em outro local.

Embora o princípio da bateria possa ser simples, aplicá-lo em uma bateria certamente não é. Testemunhe o fato de que Adan vem trabalhando nisso há mais de 12 anos. Por exemplo, a escolha do material salino específico não é evidente. Existem milhares de reações conhecidas de hidratos de sal com água. Adan estudou todos eles detalhadamente, descobrindo que apenas um número muito limitado tem as propriedades certas para uso em uma bateria.

"Um cristal de sal como esse fica maior e menor, o calor entra e sai o tempo todo. Então, algo acontece com essa partícula. Como resultado, ela pode se desintegrar rapidamente ou se aglomerar com outras partículas. Então você precisa de um material que você pode continuar a usar ciclicamente", diz Adan. No final, ele e sua equipe decidiram usar o carbonato de potássio como base, um sal de fácil extração que pode ser encontrado em muitos produtos, como alimentos, sabonetes ou vidros.

Então você também precisa de um dispositivo que aproveite ao máximo o potencial desse material. Se tiver que caber em uma casa, tem que ser compacto e, de preferência, também acessível e altamente eficiente. "Então você começa a olhar para todos os tipos de conceitos de reatores, como no vácuo ou ao ar livre, mas sem sucesso até agora", diz Adan.

Eventualmente, Adan chegou ao chamado sistema de circuito fechado, um demonstrador que ele construiu em 2019. Esse sistema de recirculação consiste em componentes que incluem um trocador de calor, ventilador, evaporador/condensador e uma caldeira com partículas de sal. Com 7 kWh, a coisa ainda era bem mínima – em teoria, isso poderia fornecer aquecimento para uma família típica de quatro pessoas por dois dias.

"Ainda parecia bastante básico, com tecnologia existente e madura, mas nos permitiu demonstrar que nosso conceito, simples como era, funcionava." Evidências que permitiram que Adan, dentro do consórcio europeu HEAT-INSYDE (incluindo TU/e, TNO, Caldic e partidos da França, Bélgica, Polônia e Suíça) ganhasse um subsídio europeu de sete milhões de euros para desenvolvimento adicional. A equipe então começou a trabalhar para 'atualizar' o demonstrador para um protótipo pronto para uso na prática. Isso agora foi alcançado.

2. A tecnologia é otimizada para uso no mundo real

Em termos de dimensões, o protótipo agora realizado é provavelmente comparável ao demonstrador, mas é aí que terminam as semelhanças visíveis. O protótipo parece uma espécie de grande armário com dezenas de armários, com todos os tipos de cabos soltos saindo do lado.

Surpreendentemente, cada dupla de pequenos "armários" representa uma bateria de calor que corresponde a todo o demonstrador original em termos de capacidade de armazenamento. Todo o dispositivo contém cerca de 30 "armários", com capacidade total de armazenamento superior a 200 kWh. Adan coloca em perspectiva:"Isso é equivalente a dois Tesla totalmente carregados".

"Otimizamos a versão anterior de inúmeras maneiras", explica Adan com orgulho. "Reprojetamos os componentes individuais, como evaporador e trocador de calor, aproveitamos melhor o espaço e usamos outros materiais." Enquanto isso, a unidade também inclui um sistema de medição e controle, por exemplo, para que você saiba quando carregar e quanto calor resta no sistema.

A maioria dos aplicativos não requer uma bateria tão grande. É por isso que escolhemos deliberadamente aquelas unidades múltiplas e pequenas que você pode combinar à vontade; um sistema modular, em outras palavras. "Se você tem um grande recipiente de sal, precisa começar a usar tudo de uma vez. Isso é realmente ineficiente", diz Adan. Então você pode usar 'bits' da bateria, separados do resto.

Além disso, as unidades separadas oferecem todos os tipos de possibilidades de design, possibilitando diferentes formas e tamanhos, dependendo da situação prática desejada. Adan fala de um protótipo orientado ao usuário. "Ainda não é um produto, mas tudo já está pronto para ser testado pela primeira vez em uma situação do mundo real."

E esses testes começarão ainda este ano, com os primeiros pilotos da bateria de calor em residências. Uma bateria de cerca de 70 kWh será instalada – suficiente para durar alguns dias sem sol ou vento – em quatro casas, duas em Eindhoven, uma na Polônia e uma na França.

Mesmo que sejam "apenas" quatro casas, Adan espera que eles "aprendam muito com isso". Por exemplo, o teste fornecerá informações valiosas sobre o que mais é necessário na prática para aplicar a bateria em larga escala, bem como o que o usuário pensa dela. Por exemplo, deveria haver um aplicativo para operar a bateria?

3. O transporte de calor é crucial na transição energética

A ideia que deu início a tudo foi a bateria de calor como meio de armazenamento nas residências. Enquanto isso, no entanto, o consórcio também está analisando o armazenamento de calor em edifícios de escritórios, horticultura em estufa ou, por exemplo, ônibus elétricos ou navios de luxo.

Mas, eles perceberam, se esta bateria térmica pode armazenar sem perda de calor, ela também pode ser transportada sem perda. Afinal, nada mais acontece com o sal seco enquanto não for adicionada água. É exatamente aqui que a bateria térmica pode fazer a diferença, pois outras formas de transporte de calor, como por meio de tubos ou transições de fase, sempre geram perdas.

O consórcio, portanto, também concentra sua atenção no calor residual industrial como fonte de calor, uma espécie de "resíduo de calor", como o gerado como subproduto em fábricas ou calor excedente de data centers. Esse calor não é mais tão "quente"; em temperaturas abaixo de 150 graus Celsius não tem valor para a maioria da indústria.

Para residências, no entanto, esse calor é muito útil. Essas temperaturas são mais do que suficientes para aquecer sua casa ou tomar um banho quente. Se o calor residual industrial pudesse ser usado para aquecer residências, você teria uma situação vantajosa para todos:as residências poderiam ser independentes do gás - uma necessidade ainda mais urgente dada a dependência do gás (russo) - e CO₂ emissões seriam reduzidas.

Adan faz um cálculo rápido. "Na Holanda, temos cerca de 150 PetaJoule (um número com 15 zeros) de calor residual da indústria por ano. Isso permitiria tirar quase 3,5 milhões de residências do gás, o que é mais que o dobro da meta do governo holandês, ou seja, 1,5 milhão de residências sem gás até 2030."

Se você sobrepor as localizações das fontes de calor residual industrial e casas em um mapa da Holanda, Adan diz que a correspondência é razoavelmente boa. Não há mais de 30 quilômetros entre eles.

No entanto, isso ainda é demais para as redes de calor, o método em que o governo está se concentrando agora. "As grades de calor usam tubos com água, que resfria e, portanto, limita seu raio de ação", explica Adan. "Além disso, as redes de calor têm um alto risco de investimento e toda a paisagem precisa ser aberta para construí-las - não é uma opção atraente."

Com um consórcio que inclui Cellcius (mais sobre isso daqui a pouco), Ennatuurlijk, Demcon, SiTech, TNO, Brightside e SABIC, Adan está, portanto, preparando um teste de teste no mundo real para usar a bateria de calor para a reutilização de calor residual industrial. O calor residual do Campus Chemelot em Sittard-Geleen será transportado para cerca de cinquenta casas do bairro no mesmo município.

Adan:"Com uma estação de recarga de calor na SABIC, coletamos calor e secamos o sal. Em seguida, levamos esse sal de caminhão para uma espécie de 'casa do transformador' na área residencial, de onde as cinquenta casas são abastecidas com calor por meio de tubos. Portanto, não precisamos estar nas próprias casas."

E sim, usar caminhões não é amigo do clima, mas Adan pode tranquilizar a todos. "As emissões disso são insignificantes em comparação com as emissões que economizamos com esse transporte de calor. Além disso, queremos mudar para caminhões elétricos em breve".

O piloto deve começar no próximo ano, quando os primeiros caminhões carregados de "energia" podem pegar a estrada.

4. A mudança para a valorização fortalece o desenvolvimento

Agora que a tecnologia está prestes a ser implantada na sociedade, medidas também foram tomadas no lado organizacional e financeiro. Por exemplo, o spin-off Cellcius – o primeiro spin-off combinado de TNO e TU/e ​​– foi fundado no final de 2020. "A empresa foi formalmente fundada no dia 11 do dia 11, como deveria ser em Brabant", ri Adan, em alusão à data do tradicional início do Carnaval.

A jovem empresa ainda é pequena, com cinco pessoas no momento. Mas Adan espera que eles tenham crescido para cerca de 10 a 15 pessoas até o final do ano. "Além disso, da Eindhoven Engine, estamos recebendo muitos alunos de todos os tipos de estudos para colaborar em vários aspectos."

Desde a subvenção europeia de sete dígitos, muitos financiamentos adicionais também foram garantidos para permitir a realização do próximo projeto-piloto residencial. E graças aos investimentos recentes da Brabant Development Corporation, Innovation Industries e GoeieGrutten Impact Fund, os retoques finais foram dados ao quadro financeiro do piloto de transporte de calor.

Agora que Adan, por meio da Cellcius, não está mais envolvido apenas como pesquisador, mas também tem um pé na valorização, ele vê como essa interação tem um efeito amplificador na tecnologia. "Porque agora você está realmente trabalhando em um produto, que por sua vez gera novas questões para a base, a tecnologia. Este é um exemplo maravilhoso de cocriação e como isso permite acelerar esse ciclo."

Apesar da grande promessa da tecnologia que tem à sua disposição, Adan continua com os pés no chão. "Embora o potencial seja grande, também vimos muitas tecnologias de grande potencial que não conseguiram. Então, vamos manter nossos pés no chão e dar um passo de cada vez. Estou nisso por um coisa:é ótimo poder contribuir para a transição energética."