Estocagem de energia eólica: ‘hidrogênio + biogás = eletricidade + calor’

‘Fórmula’ aplicada na Alemanha permite produção simultânea de energia e combustível, com aproveitamento máximo dos recursos renováveis 

Esquema de funcionamento da usina híbrida de Prenzlau, Alemanha (Adaptado de Le Journal du Photovoltaïque N^o8, Nov. 2012). ILUSTRAÇÃO: Marie Agnès Guichard/Rômer

Imagine um parque eólico que gera mais eletricidade do que a rede elétrica pode absorver. Como aproveitar este excedente de energia? Uma das soluções vem da Alemanha: armazenar o excesso de energia gerada pelo vento na forma de hidrogênio (figura). 

Desde outubro de 2011, está em operação comercial uma central baseada neste princípio, com tecnologia da empresa alemã Enertrag. Instalada em Prenzlau (150 km ao norte de Berlim), a usina produz simultaneamente energia elétrica, calor e hidrogênio combustível.

Moléculas de água são quebradas pela corrente elétrica excedente gerada pelo vento, dando origem ao hidrogênio, um gás altamente inflamável. É a chamada “eletrólise da água”.

Assim, em período de pouco vento o hidrogênio – previamente misturado com biogás, produzido em “metanizadores” – é queimado em centrais de cogeração, gerando eletricidade e calor (figura). 

O “hidrogênio eólico” é armazenado em tanques e, além de servir de insumo energético para a unidade de cogeração, é usado como combustível em automóveis (figura), com aproveitamento máximo das duas fontes renováveis, vento e biomassa. 

Várias montadoras (Toyota, Mercedes, Audi e Honda) estão desenvolvendo modelos especiais de carros movidos a hidrogênio. Outra possibilidade de uso desse combustível é como complemento ao gás natural. 

O caráter “demonstrativo” da usina de Prenzlau vai de encontro ao interesse público – de um país que pretende se livrar da energia nuclear até 2022 – como alternativa tecnológica capaz de superar o principal limite da geração eólica em grande escala, que é sua produção flutuante e nem sempre adaptada aos picos de consumo. 

Uma vez por mês a Enertrag interrompe as atividades da usina (à exceção dos metanizadores, que devem operar 24 horas por dia), para que as visitas aconteçam em total segurança. 

Tanques de estocagem do hidrogênio eólico da usina de Prenzlau (Le Journal du Photovoltaïque N^o8, Nov. 2012). FOTO: Tom Baerwald/Enertrag 

Alguns números da central de Prenzlau: os metanizadores tem um volume total de 2.350 m³ e são alimentados diariamente por 35 toneladas de forragem de milho, gerando 2,77 milhões de m³ de biogás. 

Cada uma das três turbinas eólicas tem uma potência nominal de 2,3 MW e juntas podem gerar 18 GWh (giga watt hora) de eletricidade por ano. Essa energia é injetada na rede elétrica por um cabo de 220 mil Volts, e o excedente alimenta um eletrolisador de 550 kW. O hidrogênio produzido é armazenado em três tanques horizontais a 42 atm de pressão, cada um com uma capacidade de estocagem de 1,3 toneladas (foto). 

A cada hora, os eletrolisadores produzem 120 m³ de hidrogênio e 60 m³ de oxigênio (a 1 atm e 20 ^oC); este último, por uma questão de custos de tratamento, é simplesmente liberado na atmosfera. Quando usado para gerar eletricidade (nas centrais de cogeração), o hidrogênio é misturado previamente ao metano, a uma taxa entre 20 e 30%. 

Esses dois combustíveis juntos representam uma capacidade de geração elétrica máxima de 732 kW e de 818 kW de potência térmica (calor), com uma produção anual de 3.000 MWh e 3.300 MWh, respectivamente. O calor produzido é transportado pela rede distrital de Prenzlau, abastecendo 80 residências. 

O grupo Enertrag, detentor da inovadora tecnologia da usina híbrida, está presente em seis países europeus (Alemanha, Reino Unido, França, Rússia, Polônia e Bulgária). Já instalou cerca de 500 turbinas eólicas, totalizando uma capacidade acumulada de 860 MW. 

“Buscamos uma forma sustentável de estocar a energia do vento; existem outras opções, como a água de barragens ou baterias, mas estas não são satisfatórias ou adequadas à topografia da região”, diz Sebastian Kirschnick, responsável pela unidade de produção de biogás da usina de Prenzlau. 

“Optamos pela eletrólise da água por ser um processo relativamente simples de se obter hidrogênio, um combustível com múltiplas possibilidades de uso”, conclui Kirschnick.

Fonte: Le Journal du Photovoltaïque, hors-série N^o 8, Novembro de 2012