Cinzas Vulcânicas: Armazenamento Solar Eficiente e Económico

Quando uma região se encontra coberta de cinzas vulcânicas, normalmente não é um acontecimento positivo. No entanto, investigadores da Universidade de Barcelona descobriram um conjunto único de características benéficas nas cinzas vulcânicas, tornando-as extremamente valiosas como meio de armazenamento de energia.

Já falámos várias vezes de soluções de armazenamento de energia térmica incrivelmente acessíveis e de baterias de calor extremamente eficientes que funcionam a temperaturas extremamente elevadas.

Cinzas Vulcânicas como Meio-termo

As mais económicas utilizam materiais abundantes, enquanto as mais eficazes suportam temperaturas excecionalmente elevadas, utilizando substâncias como o estanho líquido e materiais de carbono. No entanto, as cinzas vulcânicas apresentam um potencial meio-termo, oferecendo uma opção equilibrada que pode ser a correcta para aplicações específicas.

O foco principal de um estudo recente no Journal of Energy Storage é a energia solar concentrada, diferente dos painéis fotovoltaicos. Isto implica a utilização de torres rodeadas por extensos conjuntos de espelhos parabólicos em paisagens desérticas, meticulosamente posicionados para seguir com precisão o movimento do sol e concentrar os seus raios num ponto central.

Atualmente, estes feixes concentrados produzem um calor imenso, excedendo frequentemente os 1.000 °C (1.832 °F) – semelhante ao calor da lupa em esteróides.

Opções de Utilização e Armazenamento

Este calor pode servir um duplo objetivo: convertê-lo diretamente em eletricidade, muitas vezes através de uma turbina a vapor, ou armazená-lo para utilização futura através do aquecimento de uma bateria térmica. Muitas instalações optam por sais fundidos devido às suas capacidades eficientes de armazenamento e recuperação de calor a altas temperaturas.

No entanto, os sais fundidos têm desvantagens notáveis; podem ser altamente corrosivos, danificando o equipamento e encurtando a vida útil das instalações. Além disso, a sua produção pode ser dispendiosa e podem solidificar a temperaturas mais baixas, complicando os processos de manuseamento.

Apresentamos as cinzas vulcânicas. Quando um único vulcão entrou em erupção na ilha de La Palma, nas Ilhas Canárias, em 2021, cobriu a área circundante com uns enormes 200 milhões de metros cúbicos (equivalentes a 7,06 mil milhões de pés cúbicos ou 80.000 piscinas olímpicas em medidas padrão) de rocha ígnea e detritos de cinzas.

Investigação das Cinzas Vulcânicas como Solução de Armazenamento de Calor

Este recurso é abundante, uma vez que as cinzas vulcânicas são normalmente utilizadas em projectos de engenharia civil devido à sua relação custo-eficácia. No entanto, os investigadores de Barcelona pretendiam explorar o seu potencial como meio de armazenamento de calor. Para tal, comprimiram as cinzas em pellets e submeteram-nos a ciclos repetidos de aquecimento e arrefecimento entre 250 e 750 °C (480-1 380 °F) ao longo de 1000 iterações.

Os investigadores descobriram que a cinza vulcânica demonstrou uma notável condutividade térmica e capacidade de calor, mantendo a sua estabilidade física e química, apresentando apenas um aumento de 0,54% na massa devido à oxidação ao longo dos mil ciclos.

Melhoria dos Sistemas de Sal Fundido com Cinzas Vulcânicas

Além disso, observaram que as cinzas vulcânicas podiam complementar eficazmente os sais fundidos. Quando misturadas com sais fundidos, as cinzas poderiam reduzir o impacto corrosivo dos sais e também armazenar calor suficiente para evitar a sua tendência para solidificar, tudo a um baixo custo. Em alternativa, quando mantidas separadamente em tanques que utilizam sais fundidos para a transferência de calor, as cinzas poderiam ainda desempenhar esta função de forma quase tão eficaz.

Cinzas Vulcânicas na Conversão Direta de Energia Solar

Além disso, as cinzas vulcânicas revelam-se adequadas para utilização como uma configuração direta de “recetor aberto”, em que os feixes solares concentrados são dirigidos para uma estrutura construída a partir das cinzas. Esta configuração permite o funcionamento a temperaturas extremamente elevadas e facilita uma conversão altamente eficiente do calor em eletricidade.

De acordo com os investigadores, “as cinzas vulcânicas da ilha de La Palma têm um enorme potencial como material alternativo e sustentável para aplicação no campo do armazenamento de energia térmica (TES)… Proporcionando soluções económicas e potenciais poupanças no armazenamento de energia”.

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