As enormes “baterias” escondidas sob nossos pés

Princípio de funcionamento de um sistema de armazenamento de energia térmica de aquífero. Martin Bloemendal e Theo Olsthoorn

Esta história foi publicada originalmente pela Wired e é reproduzida aqui como parte da colaboração Climate Desk.

Quando a água da chuva cai, ele penetra em um aquífero, uma camada de rocha porosa ou materiais soltos como areia ou cascalho. Por milhares de anos, os humanos cavaram essas faixas de líquido para extrair água potável. Mas o interesse está crescendo em outro uso inteligente para essas piscinas subterrâneas: armazenamento de energia térmica de aquífero, ou ATES.

Uma bateria armazena energia para ser usada posteriormente. Os aquíferos podem ser aproveitados para fazer algo semelhante: eles podem explorar as propriedades isolantes da Terra para conservar a energia térmica e transferi-la de e para edifícios acima do solo. A temperatura da água em um aqüífero tende a permanecer razoavelmente estável. Isso fornece uma maneira de aquecer e resfriar estruturas próximas com energia armazenada na água, em vez de queimar gás natural em fornos ou usar eletricidade derivada de combustível fóssil para operar condicionadores de ar.

Os sistemas ATES consistem em dois poços separados - um quente e outro frio - que correm entre a superfície e o aquífero abaixo. No inverno, você bombeia a água subterrânea de um poço quente que está em torno de 60 graus Fahrenheit e a passa por um trocador de calor. Combinado com uma bomba de calor, esse processo extrai calor da água subterrânea para manter o interior das estruturas aquecido.

Então você bombeia a água subterrânea agora mais fria para o segundo poço. Isso fornece uma piscina fria de água - cerca de 45 graus F - para bombear no verão para resfriar os edifícios. "Você aquece a água subterrânea retirando o calor do prédio e injetando-o diretamente no outro poço", diz o hidrogeólogo Martin Bloemendal, que estuda ATES na Delft University of Technology, na Holanda. "Então, no inverno, você extrai de seu poço quente." Esse processo se alterna indefinidamente com o passar das estações porque a água subterrânea é reutilizada, não consumida. O sistema pode até tirar proveito de aquíferos salobros ou contaminados que não podem ser aproveitados para água potável.

Como as bombas de água e outros equipamentos funcionam com energia renovável, como solar ou eólica, esse armazenamento de energia hipereficiente reduziria a demanda de combustível fóssil e evitaria que muito carbono entrasse na atmosfera. Aquecimento e resfriamento são responsáveis ​​por um terço do consumo de energia nos EUA e metade do consumo de energia na Europa. De fato, um novo artigo na revista Applied Energy descobriu que o ATES poderia reduzir o uso de gás natural e eletricidade no aquecimento e resfriamento de residências e empresas nos EUA em 40%.

É uma forma de armazenar enormes quantidades de energia por longos períodos de tempo - uma espécie de bateria subterrânea, sempre pronta para ser explorada. "Em uma cidade local, você pode armazenar calor e frio, e agora não precisa pagar por isso mais tarde", diz Erick Burns, líder do Serviço Geológico dos Estados Unidos para o Projeto de Investigações de Recursos Geotérmicos. (O USGS faz parte de um novo consórcio internacional que está investigando a energia geotérmica em escala urbana.) "O legal é que não precisa de minerais críticos, como as baterias".

A técnica é ideal para grandes edifícios, como hospitais, ou um conjunto de edifícios, como em um campus universitário, porque eles podem compartilhar uma instalação dedicada para o poço e outros equipamentos. Seria particularmente eficaz em tempos de alta demanda na rede. Nos EUA, a demanda aumenta nas tardes de verão, quando as pessoas ligam suas unidades de CA que consomem muita energia. O ATES usa muito menos energia, o que aliviaria a carga na rede e ajudaria a evitar colisões. Se esses sistemas pudessem não apenas funcionar com energia solar ou eólica, mas também serem apoiados por uma rede distribuída de baterias de íon-lítio, eles poderiam ser totalmente resistentes a quedas de energia.

“Esses sistemas são ideais para integrar energias renováveis”, diz o pesquisador de sistemas de energia ATD Perera, principal autor do novo artigo. (Perera está agora na Universidade de Princeton, mas fez a pesquisa no Lawrence Berkeley National Laboratory.)