Armazenar energia “verde” compensa?

Cientistas de Stanford calculam a energia necessária para armazenar energia eólica e solar na rede

As baterias de armazenamento convencionais são boas para “fazendas” de energia solar (em larga escala), mas são necessários aperfeiçoamentos tecnológicos para o armazenamento da energia eólica, dizem os cientistas de Stanford.

Original (em inglês) por MARK SHWARTZ

wind turbines

Um novo estudo descobre que pode ser melhor para o meio ambiente desligar uma turbina eólica do que armazenar a energia excedente que ela pode gerar. Crédito da imagem: Charles Barnhart

A energia de fontes renováveis é a grande esperança para que se torne possível reduzir as emissões de dióxido de carbono. Mas há ocasiões onde as “fazendas” solares e eólicas geram mais energia do que a demanda requer. Armazenar essa energia excedente para futuro emprego parece uma solução óbvia, porém um novo estudo da Universidade Stanford sugere que essa solução nem sempre se aplica.

“Examinamos as baterias e outras tecnologias promissoras para o armazenamento da energia solar e eólica na rede elétrica”, explica Charles Barnhart, o principal autor do estudo e doutor-pesquisador no projeto da Stanford Global Climate and Energy Project (GCEP).

“Nossa meta principal foi calcular o custo energético total – ou seja, a quantidade total de combustível e eletricidade necessários para construir e fazer funcionar essas tecnologias de armazenamento. Descobrimos que, quando se computa os custos energéticos, baterias em escala de rede só fazem sentido para armazenar energia solar excedente, mas não a eólica”.

O estudo, financiado pelo GCEP, foi publicado na edição online de Energy and Environmental Science.

Mudanças climáticas e energia renovável

A maior parte da energia elétrica nos Estados Unidos é gerada em usinas que funcionam a base de carvão e gás natural – combustíveis fósseis que contribuem de maneira significativa para o aquecimento global através da emissão de grandes quantidades de dióxido de carbono. As energias solar e eólica não geram emissões e são fontes renováveis, mas são dependentes da luz solar e dos ventos para funcionarem.

“Para que a rede funcione eficientemente, a geração de energia precisa se adequar à demanda sempre, porém, no caso das fontes renováveis, nem sempre é o caso”, prossegue Barnhart. “Por exemplo, as fazendas de ventos algumas vezes produzem eletricidade demais à noite, quando a demanda é pequena. Este excesso de energia tem que ser armazenado ou usado em outro lugar, senão, será desperdiçado. No entanto, a rede de energia dos Estados Unidos tem uma capacidade de armazenagem muito limitada”.

Uma grande variedade de tecnologias está sendo desenvolvida para resolver essa deficiência de capacidade de armazenagem de energia na rede. A equipe de Stanford avaliou várias tecnologias emergentes, inclusive cinco tipos de baterias – ácido-chumbo, íon de lítio, sódio-enxofre, vanádio-redox e zinco-bromo.

Em um estudo anterior, Barnhart calculou o custo energético para a construção e manutenção de cada um dos cinco sistemas de baterias para armazenagem em escala da rede. Ele descobriu que as baterias ácido-chumbo eram as de maior custo energético, enquanto as de íon de lítio eram as de menor.

“Calculamos quanta energia é empregada ao longo de todo o ciclo de vida da bateria – desde a mineração das matérias primas, até a instalação do dispositivo pronto”, explica Barnhart. “As baterias com maior custo energético são aquelas são as que mais consumem combustíveis fósseis e, portanto, são responsáveis pelas maiores emissões de dióxido de carbono ao longo de seu tempo de vida. Se o custo energético de uma bateria for alto demais, sua contribuição para o aquecimento global pode neutralizar os benefícios que a fazenda solar ou eólica – cujo funcionamento ela deveria apoiar – possam gerar”.

Para o presente estudo, ele e seus colegas calcularam o custo energético de células solares fotovoltáicas turbinas elólicas na escala da rede.

“Tanto as turbinas eólicas quanto as células fotovoltaicas produzem mais energia que o necessário para construí-las e mantê-las”, diz o doutor-pesquisador do GCEP Michael Dale, um co-autor do estudo. “No entanto, nossos cálculos mostraram que o custo energético global das turbinas eólicas é muito menor do que o dos painéis solares convencionais, os quais requerem uma grande quantidade de energia, fundamentalmente de combustíveis fósseis, para o processamento do silício e a fabricação de outros componentes”.

É melhor armazenar ou desligar?

A seguir, os cientistas examinaram os custos energéticos do desligamento dos painéis solares e turbinas eólicas para não permitir a geração de um excesso de energia para a rede.

“O desligamento de fontes de energia renovável parece um desperdício”, diz Barnhart. “Porém os operadores da rede rotineiramente desligam turbinas eólicas para evitar um excesso súbito e inesperado de geração de eletricidade que poderia causar uma sobrecarga nas linhas de transmissão e causar apagões. A frequência desses desligamentos nos EUA provavelmente vai aumentar, na medida em que as fontes de energia renováveis se tornem mais participantes”.

Desligar uma fonte de energia limpa pode parecer contra-intuitivo, mas será que armazenar o excesso de energia em baterias é uma alternativa prática?

Para descobrir, os pesquisadores compararam o custo energético do desligamento dos geradores solares e eólicos com o custo energético do armazenamento em grande escala na rede. Seus cálculos se basearam em uma fórmula conhecida como “retorno em energia sobre o investimento” – a quantidade de energia produzida por uma tecnologia, dividida pela quantidade de energia necessária para construir e manter essa tecnologia.

Usando esta formula, os pesquisadores calcularam que a quantidade de energia necessária para criar uma fazenda solar é comparável à energia usada para construir cada uma das cinco diferentes tecnologias de baterias de armazenamento. “O uso de bateria para armazenar energia solar durante os períodos de baixa demanda seria, portanto, favorável em termos energéticos”, afirma Dale.

Os resultados foram bem diferentes para as fazendas de ventos. Os cientistas descobriram que o desligamento das turbinas eólicas reduz o retorno do investimento em energia em apenas 10%. Porém o armazenamento dos eventuais excessos de energia elétrica gerada por turbinas eólicas resulta em reduções ainda maiores – desde cerca de 20% com baterias de íon de lítio, até mais de 50% com baterias de ácido-chumbo.

“Idealmente, o custo energético do deligamento de um sistema deveria ser ao menos igual ao custo de armazenagem”, explica Dale. “Este é o caso com as células fotovoltaicas, porém no caso das fazendas de ventos, o custo energético do desligamento é muito menor do que o de armazenagem com baterias. Assim, o desligamento de uma turbina eólica é mais eficiente em termos de economia de energia do que o custo de armazenagem de excessos”.

Ele faz a comparação com um cofre: “Não compensa gastar $100 em um cofre para guardar um relógio de $10”, diz ele. “Da mesma forma, não é sensato montar baterias energeticamente caras para armazenar uma energia cujo custo de produção é barato como o vento, embora faça sentido para sistemas de células fotovoltaicas que demandam muita energia em sua produção”.

Barnhart aduz que a maneira mais eficaz de melhorar o desempenho energético de uma bateria, seria aumentar sua vida útil. Baterias de íon de lítio convencionais duram cerca de quatro anos, ou 6.000 ciclos de carga-descarga. As baterias de ácido-chumbo duram apenas 700 ciclos. Para armazenar de maneira eficiente a energia para a rede, as baterias deveriam suportar entre 10.000 e 18.000 ciclos, segundo ele.

“Armazenar energia consome energia e desligar a fonte é um desperdício”, conclui Barnhart. “Em ambos os casos há uma redução no total do retorno energético do investimento”.

Outras opções

Além das baterias, os pesquisadores consideraram outras tecnologias para armazenamento de energia de fontes renováveis, tais como armazenamento por bombeamento para hidroeléticas, que usa a energia elétrica excedente para bombear água para um reservatório de uma barragem. Mais tarde, quando a demanda por energia crescer, a água armazenada é liberada através das turbinas da barragem para gerar eletricidade.

“O bombeamento de água é usado em 99% do armazenamento para a rede atualmente”, diz Barnhart. “Funciona incrivelmente bem, de um ponto de vista energético, tanto para energia solar como eólica. O retorno do investimento em energia é 10 vezes melhor do que o das baterias convencionais. Mas existem restrições geológicas e ambientais para o armazenamento da água bombeada”.

O armazenamento não é a única maneira de melhorar a confiabilidade da rede. “A energia que seria perdida em caso de excesso de produção, pode ser usada para bombear água para irrigação, ou para recarregar uma frota de veículos elétricos, por exemplo”, sugere Dale.

Barnhart acrescenta que é importante que a sociedade tenha consciência de como economizar energia, notadamente quanto à implementação de novas tecnologias. “Investidores e aqueles que tomam as decisões políticas precisam também considerar os custos energéticos, além dos financeiros, das novas tecnologias”, afirma ele. “Se a economia for o único fator considerado, as tecnologias mais baratas que necessitam significativas quantidades de energia para sua manufatura, manutenção e substituição, podem sair vencedoras – mesmo que elas ao fim e ao cabo aumentem as emissões de gases de efeito estufa e acabem por jogar fora todos os benefícios de longo prazo da implementação da geração de eletricidade por energia solar e eólica”.

“Nossa meta é compreender o que é necessário para construir um sistema energético com baixo rastro de carbono”, diz a co-autora Sally Benson, diretora do GCEP e professora de engenharia de recursos energéticos. “O retorno do investimento em energia é uma dessas métricas que alertam sobre prováveis obstáculos a frente. Temos esperança que este estudo forneça um padrão para desempenho que guie futuras pesquisas de armazenamento de energia em escala para a rede”.

Adam Brandt, um  professor assistente de engenharia de recursos energéticos da Escola de Ciências da Terra em Stanford, também assina o estudo como co-autor.

Mark Shwartz escreve sobre ciências e tecnologias da energia para o Precourt Institute for Energy na Universidade Stanford.

“Baterias não incluídas”… NEM PRECISA!


University of Washington

Dispositivos sem fio se tornam também sem-baterias com uma nova técnica de comunicações

 IMAGEM: Empregando a retrodifusão ambiente, estes dispositivos podem interagir com usuários e se comunicarem entre si, sem usar baterias.

Clique aqui para mais informações.

Podemos estar um passo mais perto de uma realidade de internet-de-coisas.

Engenheiros da Universidade de Washington criaram um novo sistema de comunicação sem fio (“wireless”) que permite que os dispositivos interajam entre si sem precisar de baterias ou fios para energizá-los.

A nova técnica de comunicações, que os pesquisadores chamam de “retrodifusão ambiente”, aproveita as transmissões de TV e celulares que já nos envolvem o dia todo. Dois dispositivos se comunicam entre si por meio da reflexão dos sinais já existentes para trocar informações. Os pesquisadores construíram dispositivos pequenos e sem baterias que podem detectar, coletar e refletir um sinal de TV que é, por sua vez, captado por outros dispositivos similares.

A tecnologia pode permitir que uma rede de dispositivos e sensores se comuniquem sem que seja necessária uma fonte de energia ou mesmo de supervisão humana.

“Nós podemos reutilizar os sinais sem fio que já estão em torno de nós, tanto em uma fonte de energia, como em meio de comunicação”, declara o principal pesquisador Shyam Gollakota, um professor assistente de engenharia e ciências de computação da UW. “Esperamos que isso tenha aplicações em diversas áreas, inclusive computadores “vestíveis”, casas inteligentes e redes de sensores auto-sustentáveis”.

Os pesquisadores publicaram seus resultados na conferência do Grupo de Interesse Especial em Comunicação de Dados da Associação para Maquinário de Computação em Hong Kong que começa nesta data. Eles receberam o prêmio de melhor artigo da conferência por esta pesquisa.

“Nossos dispositivos formam uma rede a partir do nada”, comenta o co-autor Joshua Smith, um professor associado de engenharia e ciências de computação e de engenharia elétrica da UW. “Pode-se refletir esses sinais ligeiramente para criar um código Morse de comunicação entre dispositivos sem baterias”.

 IMAGEM: Objetos do dia a dia podem ser energizados pelo novo dispositivo para continuarem funcionando depois de esgotar suas baterias. Um dos possíveis usos é um sinalizador que permite encontrar o chaveiro perdido, sem precisar de baterias.

Clique aqui para mais informações.

Sensores inteligentes podem ser fabricados e posicionados de modo permanente dentro de quase qualquer estrutura, e então postos em comunicação entre si. Por exemplo, sensores colocados em uma ponte podem monitorar a saúde do concreto e do aço, e enviar um sinal de alarme se detectarem uma rachadura minúscula. A tecnologia pode também ser usada para as comunicações – por exemplo, mensagens de texto e emails – em dispositivos “vestíveis” (ou seja, incluídos na indumentária), sem necessitar de baterias como fonte de energia.

Os pesquisadores testaram a técnica de retrodifusão ambiente com protótipos do tamanho de um cartão de crédito, postados a alguns metros de distância. Em cada dispositivo, os pesquisadores fizeram antenas com placas de circuito comuns que fazem piscar um LED quando recebem um sinal de comunicação de outro dispositivo.

Grupos desses dispositivos foram testados em diversas disposições na área de Seattle, inclusive dentro de um prédio de apartamentos, em uma esquina de rua e no andar de cima de um estacionamento. Todas essas posições ficavam entre menos de 1 km até 13 km de distância de uma torre de emissão de TV.

Eles descobriram que os dispositivos eram capazes de se comunicar entre si, mesmo aqueles mais afastados da torre de TV. Os dispositivos receptores captaram um sinal de suas contrapartes transmissoras a uma taxa de 1 kilobit por segundo quando separados por uns 75 cm nos exteriores e 45 cm nos interiores. Isto é o bastante para enviar informações tais como leituras de um sensor, mensagens de texto e informações de contacto.

Também é concebível montar esta tecnologia em dispositivos que usam baterias, tais como smartphones. Ela pode ser configurada de modo tal que, quando a bateria zerar, o telefone ainda possa enviar mensagens de texto, retirando a energia de um sinal de TV no ambiente.

As possibilidades de aplicações são inúmeras, dizem os pesquisadores, e eles planejam continuar melhorando a capacidade e o alcance das redes de comunicações por retrodifusão.

 IMAGEM: Os pesquisadores demonstram como um cartão de pagamentos pode transferir fundos para outro cartão, usando como fonte de alimentação os sinais ambientes de TV.

Clique aqui para mais informações.

 

###

Os outros pesquisadores envolvidos são David Wetherall, professor de engenharia e ciências de computação da UW, Vincent Liu, estudante de doutorado de engenharia e ciências de computação e Aaron Parks e Vamsi Talla, ambos estudantes de doutorado em engenharia elétrica.

A pesquisa foi financiada pela Universidade de Washington através de um Prêmio de Pesquisas Google e pelo Centro de Pesquisas para Engenharia Sensorimotor Neural da Fundação Nacional de Ciências na UW.

Para mais informações, contactar Gollakota e Smith em [email protected].

Website da retrodifusão ambiental: http://abc.cs.washington.edu/

Vídeo no YouTube: http://youtu.be/gX9cbxLSOkE

Artigo: http://abc.cs.washington.edu/files/comm153-liu.pdf

Videos e imagens disponíveis em; http://www.washington.edu/news/2013/08/13/wireless-devices-go-battery-free-with-new-communication-technique/

Energia eólica: limpa, mas nem tanto…

Traduzido de: Scientists Find Night-Warming Effect Over Large Wind Farms in Texas

As turbinas eólicas interagem com a camada limítrofe da atmosfera próxima à superfície

Uma fazenda de ventos no Texas.

Em várias partes do Texas as “fazendas de vento” são numerosas; os cientistas relatam novos resultados sobre seus efeitos.

Créditos e Imagem Ampliada

 

29 de abril de 2012

Grandes fazendas de ventos em certas áreas dos Estados Unidos parecem estar afetando as temperaturas de superfície locais, de acordo com um artigo publicado hoje em Nature Climate Change.

O estudo, liderado por Liming Zhou, um cientista atmosférico na State University of New York (SUNY) -Albany, fornece novos dados acerca dos possíveis efeitos das fazendas de ventos.

 

Map of Texas showing wind farm locations as of the year 2010.

Localizações de centros de fazendas de ventos no Texas, até o ano de 2010.
Créditos e imagem ampliada

Os resultados podem ser importantes para o desenvolvimento de estratégias eficientes de adaptação e gerenciamento, para assegurar a sustentabilidade a longo prazo da energia eólica.

“Este estudo indica que as temperaturas de superfície aumentaram nas vizinhanças das grandes fazendas de ventos no centro-oeste do Texas, especialmente durante as noites”, declara Anjuli Bamzai, diretor de  programa da Divisão de Ciências Atmosféricas e Geoespaciais da Fundação Nacional de Ciências (National Science Foundation = NSF), que financiou a pesquisa.

“As observações e análises se referem a um período de tempo relativamente curto, mas levantam importantes questões que merecem atenção, na medida em que nos dirigimos a uma era de rápido crescimento das fazendas de ventos em nossa busca por fontes alternativas de energia”.

Extensas pesquisas ligaram a produção de dióxido de carbono produzido pela queima de combustíveis fósseis com o aumento global das temperaturas.

 

Photo showing a wind-farm on the horizon in Lubbock County, Texas.

Fazendas de ventos pontilham o horizonte do condado de Lubbock County e outras áreas do Texas.
Créditos e imagem ampliada

Em consequência, muitas nações estão dando preferência a fontes mais limpas de energia renovável, tais como turbinas eólicas. A energia eólica para geração de energia elétrica não cria emissões, não usa água e é considerada “verde”.

“Precisamos compreender melhor o sistema através de observações para poder descrever e criar modelos dos complexos processos envolvidos, para prever como as fazendas de ventos podem afetar futuramente as temperaturas e o clima”, disse Zhou.

O número de estudos sobre os efeitos das fazendas de ventos sobre o tempo e o clima vem crescendo, empregando principalmente modelos numéricos, devido á ausência de observações sobre as fazendas de ventos.

 

Photo of a Texas wind ranch.

Um novo tipo de fazenda no Texas – uma fazenda de ventos.
Créditos e imagem apliada

Uma vez que os modelos numéricos exigem grandes esforços de computação e apresentam incertezas na representação de tempo e clima locais, explicou Zhou, o sensoreamento remoto é provavelmente a maneira mais eficiente e eficaz para estudar os efeitos das fazendas de ventos em escalas espaciais e temporais maiores.

Para compreender o impacto potencial das fazendas de ventos nos tempo e clima locais, a equipe de Zhou  analisou as temperaturas de superfície medidas pelos satélites em torno das grandes fazendas de ventos do Texas ao longo do período de 2003 a 2011.

Os pesquisadores encontraram um efeito de aquecimento noturno nas áreas de fazendas de ventos da ordem de 0.72°C por década, ao longo do período de 9 anos de coleta de dados.

Uma vez que o padrão do aquecimento espelha a distribuição geográfica das turbinas eólicas, os cientistas atribuem esse aquecimento diretamente às fazendas de ventos.

 

Photo of a wind farm in the background and cacti in the foreground.

Uma fazenda de ventos no Texas partilha o espaço com cactos e outros habitantes do deserto.
Créditos e imagem ampliada

A medição anual da temperatura de superfície sobre as fazendas de ventos mostra uma tendência persistente de aquecimento de 2003 até 2011, consistente com o aumento do número de turbinas eólicas em funcionamento ao longo do período.

“Este efeito de aquecimento provavelmente é causado pelo rastro de turbulência das turbinas agindo como um ventilador para sugar para baixo o ar mais quente de altitudes maiores à noite”, explica Somnath Baidya Roy da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, um co-autor do artigo.

Embora o efeito de aquecimento relatado seja local e pequeno, comparado com a forte variação anual da temperatura de solo de fundo, os autores acreditam que este trabalho chama a atenção para uma importante questão científica que merece maiores investigações.

 

Graph showing night-time land surface temperature differences near wind farms.

Diferenças nas temperaturas noturnas da superfície , próximo a fazendas de ventos, entre 2010 e 2013.
Créditos e imagem ampliada

“A tendência de aquecimento estimada se aplica somente à região estudada e ao período do estudo, não devendo, portanto, ser interpolada para outras regiões de maneira global ou por períodos mais extensos”, esclarece Zhou. “Para uma dada fazenda de ventos, uma vez que não haja a instalação de novas turbinas eólicas, o efeito de aquecimento pode chegar a um patamar de estabilidade”.

O estudo representa um primeiro passo para a exploração de dados de satélites para quantificar os possíveis efeitos do desenvolvimento de grandes fazendas de ventos sobre o tempo e o clima, declara Chris Thorncroft da SUNY-Albany, um co-autor do artigo.

“Estamos expandindo esse enfoque para outras fazendas de ventos”, diz Thorncroft, “e criando modelos para compreender os processos e mecanismos físicos que regem as interações das turbinas eólicas e a camada atmosférica de fronteira próxima à superfície”.

Os outros autores do artigo são Lance Bosart da SUNY-Albany, Yuhong Tian da NOAA e Yuanlong Hu do Terra-Gen Power LLC em San Diego, Califórnia.

-NSF-

Na manufatura industrial, quanto mais tecnologia, menos eficiência

[In Industrial Manufacturing, Efficiency Falls as Technology Advances]

Um estudo compreensivo sobre velhos e novos processos de manufatura, da usina­gem de metais à frabricação de nano-fibras de carbono, mostra que as tecnologias mais avançadas são menos eficientes no uso de energia e matérias primas por qui­lo de produto comercial

Um chip de última geração

Tecnologias avançadas são menos eficientes no uso de energia e material por quilograma de produto final
Crédito e imagem ampliada

1 de maio de 2009

No século passado, a manufatura industrial foi dominada por processos em larga escala, de­­voradores de energia, tais como a fusão de minérios e a usinagem de metais. Atualmen­te, o cenário industrial apresenta um conjunto de técnicas modernas que funcionam em es­calas muito menores, produzindo chips de computador, nano-fibras de carbono e outros pro­dutos sofisticados. Essa evolução no sentido de uma manufatura mais avançada em tecno­logia ocorreu ao custo de uma acentuada queda na eficiência — é o que mostra um novo es­tudo. Os processos mais hi-tech podem consumir até um milhão de vezes mais energia e matérias primas para uma dada quantidade de produtos finais do que os processos industri­ais tradicionais — uma tendência que pode fazer fracassarem os esforços para construir uma economia industrial mais consciente no emprego da energia que use matriais e tecno­logias de ponta.

Qualquer processo de manufatura usa energia para transformar as matérias primas em um produto desejado. Porém, algo das matérias primas geralmente irá para o lixo e a energia nem sempre é usada de maneira tão eficiente quanto podia ser. Para compreender melhor essas perdas, Timothy Gutowski do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) em Cambridge, Mass., e seus colegas desenvolveram um modelo, com base nas leis da termo­dinâmica, que rastreia tanto as transformações energéticas, como as físicas ou químicas dos materiais, na medida em que passam pelas fases de um processo industrial.

Os cientistas pesquisaram 20 técnicas de manufatura. Os processos tradicionais incluíram a fusão e a fundição de metais, moagem e usinagem, e a moldagem por injeção de plásti­cos, juntamente com inovações mais recentes tais como o uso de lasers e jatos d’água para a modelagem de materiais. Completando a lista de técnicas, aparece a vasta gama de processos usados no setor de micro-eletrônica, tais como a deposição química por vapor e sputtering (pulverização catódica), bem como a produção de nano-fibras de carbono.

Com exceção dos métodos que envolvem a fusão de metais, as demandas de energia para cada processo foram surpreendentemente similares, variando entre 5 a 50 kilowatts de ele­tricidade. Por outro lado, as quantidades de material processadas variava enormemente, indo de centenas de quilogramas por hora ou mais, para os processos mais antigos, até umas poucas miligramas por hora para as duas técnicas mais recentes. Uma tendência es­pantosa começou a aparecer: na medida em que os processos se tornavam mais sofistica­dos tecnologicamente, tendiam a manipular quantidades cada vez menores de material em ritmos cada vez mais lentos, mas, como o consumo de energia por processo continuava a ser quase o mesmo, a quantidade de energia necessária para gerar uma dada quantidade de produto acabado crescia rapidamente.

Gutowski e seus colegas concedem que um processo ineficiente, funcionando sobre uma pe­quena quantidade de material, pode não ser muito importante quando comparado a todo o consumo de energia pela indústria. Entretanto, eles observam que o mundo produz atual­mente mais de 20.000 toneladas de silício com pureza para a indústria eletrônica por ano, consumindo cerca de 50 bilhões de quilowatts-hora de eletricidade nesse processo. A pro­dução de fibras de carbono, cuja utilização é frequentemente proposta para aplicações em larga escala, fica na mesma faixa em termos de energia usada por quilograma de produto. Ambas as indústrias envolvem processos que caem nas faixas inferior e média de eficiên­cia descobertas pelos pesquisadores do MIT, de forma que a falta de atenção para o uso mais eficiente de energia pode ter consequências significativas.

As modernas técnicas industriais frequentemente requerem materiais e processos elabora­dos cujos custos energéticos e de matéria prima não são diretamente incorporados no pro­duto. Por exemplo, gases altamente reagentes podem ser empregados para a limpeza de equipamentos de produção de chips de silício, em preparação para etapas subsequentes, e esses gases podem ter que ser quimicamente tratados depois do uso por questões de se­gurança ou de controle de poluição. Esses elementos marginais, porém essenciais, de um processo de manufatura hi-tech podem reduzir enormemente seu “grau de perfeição” — a razão entre o valor termodinâmico do produto e o valor termodinâmico de tudo o que é ne­ces­sário para fazê-lo. Quanto mais “ideal” for um processo, mais essa razão se será de um para um. Na verdade, os processos podem variar significativamente em seus graus de per­fei­­ção. Por exemplo, a equipe do MIT calculou que uma fornalha elétrica que derrete sucata e outros tipos de ferro para gerar um produto metálico refinado, pode ter um grau de perfei­ção de 0,79. Em comparação, um processo de deposição química de vapor, usado pela in­dústria de semicondutores para produzir finas camadas de dióxido de silício, pode ter um grau de perfeição menor um pouco do que 4 milionésimos (0,000004).

No projeto de processos que transformam materiais caros em pequenas quantidades de pro­dutos hi-tech, os fabricantes se focalizaram em diversas questões tais como tamanho e qualidade, mas, como diz Gutowski, “não tiveram fortes incentivos para reduzir o consumo de energia”. Mas isso pode estar mudando. Fabricantes de painíes solares, por exemplo, estão bem conscientizados do processo gastador de energia que usam, e o incluem nas estimativas do prazo de auto-compensação — em termos tanto de energia, quanto de di­nheiro — dos produtos que fabricam. Para ser realmente “verde”, em outras palavras, um painel solar deve produzir uma quantidade substancialmente maior de energia, durante sua vida útil, do que a consumida para produzí-lo.

Este tipo de racicínio ainda não tomou pé em outras áreas, tais como a dos nano-materiais, acrescenta Gutowsk, onde os custos energéticos da manufatura não são amplamente co­nhecidos. Quanto mais as apliações desses materiais ganhar atenção, especialmente no contexo da tecnologia “verde”, “terá que ocorrer uma negociação mais séria com relação aos custos energéticos. Apresentando um modelo analítico compreensivo que pode conta­bilizar tanto o material quanto a energia usados na manufatura industrial, o estudo do MIT disponibiliza uma linguagem na qual essa negociação pode ser conduzida.

—  David Lindley

Investigadores

Timothy Gutowski

Instituições/Organizações Relacionadas

Massachusetts Institute of Technology


Sobre ScienceBlogs Brasil | Anuncie com ScienceBlogs Brasil | Política de Privacidade | Termos e Condições | Contato


ScienceBlogs por Seed Media Group. Group. ©2006-2011 Seed Media Group LLC. Todos direitos garantidos.


Páginas da Seed Media Group Seed Media Group | ScienceBlogs | SEEDMAGAZINE.COM