Até 2050, prevê-se que a procura global de energia duplique. Isto cria uma contradição gritante. Precisamos de mais poder do que nunca. No entanto, a crise climática exige que paremos de queimar combustíveis fósseis. A solução está nas fontes de energia renováveis. Mas há um problema. Esses sistemas devem ser otimizados para funcionar de forma eficiente. Pesquisadores e engenheiros estão recorrendo a materiais compósitos para resolver esse quebra-cabeça.
Os projetistas de turbinas eólicas aderiram a esse movimento desde o início. Eles precisavam de lâminas incrivelmente leves. Eles também precisavam deles para resistir a condições adversas. A corrosão é um grande inimigo nesses ambientes. As escolhas tradicionais incluíam resina epóxi ou poliéster misturada com fibra de vidro. Essas misturas ofereciam a resistência necessária ao estresse físico.
Os requisitos eram simples na teoria, mas difíceis na prática. As lâminas devem durar mais de 30 anos. As necessidades de manutenção devem ser mínimas. Eles precisam ter um bom desempenho em condições climáticas aleatórias e imprevisíveis. As apostas aumentaram com o surgimento dos parques eólicos offshore. As turbinas no mar enfrentam tempestades piores. As lâminas ficaram mais longas para captar mais vento. Isso levou a ciência dos materiais a um limite crítico.
Os engenheiros responderam adicionando fibras de carbono à mistura. O resultado foi uma atualização significativa. As lâminas ficaram mais leves. Sua aerodinâmica melhorou. Isso lhes permitiu gerar mais eletricidade por unidade de volume. Os ganhos de eficiência foram substanciais.
Porém, há um grande problema. Esses materiais recicláveis das pás das turbinas eólicas são notoriamente difíceis de quebrar. A maioria dos compósitos são termofixos. Eles se unem irreversivelmente. Uma vez definidos, eles permanecem definidos. Eles não derretem. Isto torna a reciclagem quase impossível com os métodos atuais.
O relógio já está correndo. A partir de 2020, centenas de turbinas eólicas terão de ser desativadas todos os anos. Esse volume só vai crescer. Se não conseguirmos lidar com os resíduos, a transição para a energia verde enfrentará um pesadelo logístico. Os aterros sanitários não são uma estratégia sustentável a longo prazo para equipamentos industriais.
Equipes de cientistas têm trabalhado nesse gargalo específico. O objetivo deles era criar um composto que pudesse realmente ser reciclado. A inovação envolve a troca da resina base. Em vez de resinas termofixas, eles recorreram a resinas termoplásticas.
Essa mudança é importante por dois motivos. Primeiro, permite a reciclagem através da despolimerização. O material pode ser dividido em seus componentes. Em segundo lugar, economiza energia durante a produção. Os termoplásticos geralmente requerem menos energia para serem processados do que as resinas tradicionais. Isso torna todo o ciclo de vida da lâmina mais limpo.
Estamos caminhando em direção a uma economia circular para infraestruturas renováveis. Não basta apenas gerar energia limpa. Devemos também gerenciar o hardware que o gera. A próxima década definirá se poderemos fechar o ciclo da energia eólica. A ciência dos materiais está evoluindo rapidamente. Mas a escala de desperdício que se aproxima é enorme. Podemos acompanhar? A resposta depende da rapidez com que estes novos métodos de reciclagem se expandem. O vento continuará soprando. A questão é se podemos limpar depois disso.
Os materiais ocultos que impulsionam a energia marítima e de células de combustível
As turbinas eólicas recebem toda a atenção da imprensa, mas a verdadeira batalha da engenharia pelas energias renováveis está a acontecer debaixo de água e em células de combustível. Não se trata apenas de pegar o vento ou o sol. Trata-se de sobreviver ao meio ambiente.
Vejamos as turbinas hidrelétricas. Eles operam em condições brutais. A água salgada corrói o metal. Ele corrói os rolamentos e enfraquece a integridade estrutural ao longo do tempo. É aqui que entram os compósitos. Eles são leves, obviamente, o que é importante quando você está tentando girar um rotor com eficiência. Mas o seu verdadeiro superpoder é a resistência.
A resina epóxi é pouco permeável à água. Funciona como um escudo. Dentro dessas turbinas você encontra bicos – componentes projetados para acelerar o fluxo de água e capturar mais energia. Eles são feitos de fibra de vidro e epóxi. O material não enferruja. Não incha. Simplesmente aguenta.
Os compósitos oferecem um cronograma de manutenção praticamente inexistente.
As células de combustível apresentam um conjunto diferente de desafios. Só são considerados renováveis se o hidrogénio for produzido de forma sustentável. Mas assumindo que existe hidrogénio verde, o hardware precisa de ser robusto. Aqui, o éster vinílico misturado com fibra de carbono muda o jogo.
Essas misturas são condutoras. Eles são dimensionalmente estáveis. Eles não queimam. A aplicação prática é importante aqui. Os futuros carros a hidrogénio precisam de tanques de armazenamento. Os tanques de metal são pesados e propensos à fragilização por hidrogênio. Os tanques compostos são mais leves. Eles reduzem o tempo de produção. Eles se encaixam em designs de veículos que o metal rígido não consegue.
Superfícies solares e o impulso para a eficiência
Os painéis solares existem há décadas, mas os materiais que os sustentam estão evoluindo. Não estamos olhando apenas para a eficiência da própria célula. Estamos analisando o ciclo de vida de toda a instalação.
Os compósitos termoendurecíveis estão substituindo as esquadrias de alumínio. Eles estão substituindo as tradicionais telhas de barro. O resultado é uma estrutura leve, durável e impermeável às intempéries. A luz solar degrada muitos materiais. Esses compósitos resistem a isso.
Mas a inovação vai mais fundo na célula fotovoltaica. Os pesquisadores estão fazendo experiências com filmes finos. Especificamente, uma combinação de óxidos de bismuto e manganês. Este não é apenas um revestimento estrutural. É óptico.
O filme otimiza a forma como a célula absorve a luz solar. Ele captura um espectro mais amplo de raios. Mais absorção significa mais eletricidade. É uma mudança sutil na química que pode aumentar significativamente a produção.
A tendência é clara. Estamos nos afastando dos metais pesados, condutores e corrosivos. Estamos avançando em direção a materiais de engenharia que duram mais. O sector da energia não está apenas a mudar o que queima ou o que capta. Está mudando aquilo a partir do qual foi construído. E essa mudança é estrutural.
