Quando Ozgur Sahin e seus colegas da Universidade de Colúmbia começaram a falar sobre geradores de evaporação como fonte de energia renovável, nossos olhos se incomodaram. Poderiam os Estados Unidos realmente, como disseram na Nature Communications, obterem 69% (aproximadamente 325 gigawatts) de suas necessidades energéticas a partir da água que evapora de nossos reservatórios, lagos e rios?
A resposta curta é não. Os números de Sahin eram baseados na extrapolação de um estudo em pequena escala de uma máquina que ele inventou e que gera energia por evaporação. Este pequeno e plano "motor de evaporação" fica na superfície de uma massa de água e usa variações de umidade para abrir e fechar as aberturas, que podem gerar um gerador. Para obter o número, Sahin multiplicou o poder que estava recebendo desse dispositivo pela área total de lagos, rios e reservatórios nos EUA. Mas, é claro, não vamos cobrir todos os lagos e rios. Nós - e o ecossistema natural - precisamos disso para outras coisas.
Mas isso não significa que não podemos nos beneficiar da tecnologia e usá-la em menor escala como fonte de energia renovável. Como isso pode parecer? O que estamos esperando? Aqui estão cinco perguntas que você pode ter sobre o poder de evaporação, respondidas.
Você pode obter energia da evaporação? Como isso funciona?
O brinquedo do pássaro bebendo seu professor de física do ensino médio tinha em sua mesa é a prova de que você pode. Um corpo de água absorve o calor do sol - cerca de metade de toda a energia do sol é usada dessa maneira - e gradualmente libera vapor para o ar. A iteração mais simples do motor de evaporação é coberta com tiras de fita, que são cobertas por esporos bacterianos. Como o vapor de água se acumula sob as tiras de fita, as bactérias absorvem e alongam. Isso faz com que a fita se flexione, abrindo simultaneamente uma abertura para o ar e empurrando uma alavanca, que pode ser convertida de energia mecânica em elétrica. A ventilação libera vapor, os esporos secam e, em apenas alguns segundos, a fita condensa, a ventilação fecha e o ciclo recomeça.
O jornal Sahin publicou este ano referenciado não apenas sua própria tecnologia de captação de energia, mas qualquer tipo de colheitadeira de evaporação. No caso do motor de Sahin, que ele e seus colegas publicaram na Nature Communications em 2015, funciona através da expansão e contração de esporos bacterianos. Ao contrário de uma turbina, que depende do calor para acionar o motor, os “músculos” feitos dos esporos se expandem e se contraem com base na umidade - quando a umidade sobe, os esporos se expandem, alongando as tiras de material parecido com fita e abrindo uma espécie de ventilação. Agora ventilada, a umidade diminui, os esporos se contraem, a ventilação se fecha e o ciclo é reiniciado. Enquanto isso acontece, o movimento das tiras empurra uma pequena roda e a rotação aciona um gerador.
O motor de evaporação fica na superfície da água (azul) aqui. Quando a água na superfície abaixo evapora, ela aciona um movimento para frente e para trás do tipo pistão, que produz eletricidade se conectado a um gerador. (Xi Chen) Isso poderia substituir a energia solar ou outras fontes de energia renováveis?
Assim como a energia solar, eólica, hídrica e quase tudo, a energia da evaporação vem do sol. A energia solar é única na medida em que é obtida diretamente, diz Axel Kleidon, um cientista do sistema de terra do Instituto Max Planck que revisou o último artigo da Nature Communications . Todos os outros apresentam algum tipo de processo intermediário que diminui a eficiência. À taxa de queda dos preços da energia solar, é improvável que o poder de evaporação seja econômico em relação aos painéis solares.
Kleidon estuda as conversões de energia dos processos naturais em larga escala. Por exemplo, diz ele, a energia eólica depende da luz do sol que foi convertida em calor e, em seguida, do vento, pela atmosfera, cada vez acumulando uma perda não observada na energia solar. Além disso, quanto mais turbinas eólicas você instalar, menos energia permanecerá na atmosfera para cada turbina sair dela. O mesmo seria verdade para a energia de evaporação.
O sul e o oeste dos Estados Unidos têm a maior capacidade de produzir energia gerada pela evaporação a partir de lagos e reservatórios. (Ahmet-Hamdi Cavusoglu) Se não vai reduzir muito a necessidade de outras fontes de energia, então o que podemos ganhar com isso?
Não há uma resposta para as necessidades energéticas humanas. Mesmo que não produzamos 70% de nossa energia dessa maneira, ela ainda pode contribuir. Uma pequena porcentagem da potência total que eles calcularam ainda teria impacto no setor de energia renovável. A energia eólica, neste momento, responde por dezenas de gigawatts, e a energia solar é ainda menor, de modo que até mesmo uma pequena porcentagem da energia total de evaporação disponível causaria um grande impacto.
Mas há benefícios além do poder também. Conforme você colhe energia, as taxas de evaporação diminuem. Especialmente no oeste americano, onde o ambiente é seco e as fontes de água são limitadas, os reservatórios de cobertura podem ajudar a reduzir a evaporação geral, deixando mais água para irrigação e consumo humano.
Além disso, este tipo de energia poderia resolver um dos desafios atuais das renováveis, o armazenamento de energia. A evaporação ocorre não apenas durante o dia, mas também à noite, quando o calor acumulado do sol do dia leva o vapor para o ar mais frio da noite. Solar e, em menor grau, a energia eólica diminui à noite, que é quando mais precisamos de energia. A energia de evaporação poderia complementar outras soluções sob demanda para esse problema, como baterias de íon de lítio, baterias azuis ou energia geotérmica.
Que efeitos colaterais isso pode ter para lagos, rios e ecossistemas?
Isso não é algo que foi abordado na pesquisa de Sahin. Seu grupo divulgou os números, e ele diz que o contexto é para outros analisarem à medida que a tecnologia se desenvolve. As avaliações ambientais deverão ser feitas de acordo com a localização. Em alguns casos, isso significa estudar a vida selvagem que vive e em torno de um corpo de água. Em outros, o uso recreativo, industrial ou de transporte da água deve ser tratado.
Até a própria evaporação poderia afetar a umidade da área circundante. Em grande escala, aponta Sahin, a umidade atmosférica é dominada pelos oceanos. Mas pequenos bolsões de ar mais seco, onde a evaporação está sendo desacelerada por essa tecnologia, poderia ter efeitos menores nas plantas ou na agricultura. E isso pode ter um efeito significativo na temperatura da água que cobre. Mas tudo depende do percentual de cada corpo d'água coberto.
Quais barreiras ainda estão no caminho da implementação desta tecnologia?
Torne mais eficiente. Escalar. Faça avaliações ecológicas. Estamos nos estágios iniciais de um processo importante. Embora seja razoável pensar que a tecnologia irá escalar bem, apenas repetindo os blocos dos dispositivos propostos, ela só foi estudada em pequena escala - a pesquisa de 2015 apresentava um único motor rotativo. Pode haver outras oportunidades para aumentar a eficiência, como otimizar materiais e reduzir o custo de produção, ou combinar os sistemas em motores maiores. E estudos ambientais terão que avaliar o efeito nos ecossistemas onde ele pode ser implantado.
