Em novo artigo publicado na revista sustentabilidade, Pesquisadores da Colômbia, Chile e Brasil apresentaram uma visão geral dos recentes desenvolvimentos e tendências em sistemas de geração de energia termelétrica. O objetivo geral é examinar a sustentabilidade da tecnologia e fornecer informações sobre como a geração de energia termelétrica pode ajudar a atingir as metas de carbono líquido zero.
Aprender: Perspectivas de sustentabilidade e economia circular de materiais para módulos termoelétricos. Crédito: Cardaf/Shutterstock.com
Histórico de pesquisa
A exploração de combustíveis fósseis para geração de energia, como combustível e para processos industriais levou a mudanças climáticas e danos ambientais em escala sem precedentes. Além disso, os combustíveis fósseis são finitos e o esgotamento dos recursos está levando a uma crescente crise energética. Para resolver esses problemas, as pesquisas sobre fontes alternativas de energia e combustíveis têm se intensificado.
Várias tecnologias alternativas de geração de energia verde foram desenvolvidas ao longo dos anos. Células solares fotovoltaicas, turbinas eólicas, usinas hidrelétricas, sistemas de utilização de biomassa e aquecimento nuclear e geotérmico têm sido extensivamente pesquisados. Usinas de energia alternativas foram instaladas em todo o mundo nas últimas décadas, e usinas convencionais de combustível fóssil estão sendo rapidamente desativadas.
A geração de energia termelétrica tem despertado interesse de pesquisa nos últimos anos, e os avanços tecnológicos ajudaram a aproximar a tecnologia da comercialização. Os sistemas termoelétricos utilizam o calor gerado por processos industriais que, de outra forma, seriam perdidos para a atmosfera.
Os pesquisadores perceberam que melhorar a eficiência desses sistemas não é suficiente – sua vida útil também deve ser considerada, especialmente quando os sistemas são operados em faixas de baixa temperatura. A consideração desse parâmetro permite a confiabilidade de longo prazo dos sistemas e a reciclabilidade de suas peças, melhorando a sustentabilidade da geração de energia termelétrica.
Embora avanços notáveis tenham sido feitos nos aspectos técnicos do projeto de sistemas termoelétricos, os estudos atuais não reconhecem suficientemente a importância do uso de materiais e processos sustentáveis. Esta é uma lacuna de conhecimento significativa que dificulta o desenvolvimento de sistemas verdadeiramente sustentáveis.
Tópicos do artigo relacionados à economia circular de módulos termoelétricos. Crédito da foto: Castañeda, M et al., Sustentabilidade
Pesquisar
O novo papel dentro sustentabilidade examinou o estado atual da arte dos materiais utilizados em sistemas termoelétricos. Além disso, os autores revisaram os tipos de módulos utilizados nesses sistemas, bem como as principais aplicações da tecnologia.
O objetivo declarado do estudo é determinar a reciclabilidade das tecnologias atuais e, portanto, seu potencial de sustentabilidade. Com base em publicações da última década, os autores categorizaram as tecnologias atuais e sua contribuição para sistemas de produção sustentáveis.
A sustentabilidade e a lucratividade foram examinadas e o estudo analisou materiais, módulos, custos e eficiência. Além disso, os autores compararam esses sistemas com outros tipos de sistemas de refrigeração ou geração de energia e modelaram as propriedades e a estrutura dos sistemas. Por fim, a revisão examinou a reciclagem e o descarte de materiais no final de seu ciclo de vida, com foco no modelo de economia circular.
Resultados de pesquisa sistemática para (uma) Número de itens encontrados por string de pesquisa e (b) Número de artigos por ano. Crédito da foto: Castañeda, M et al., Sustentabilidade
Desenvolvimentos recentes que impulsionam a geração de energia termelétrica
Os autores constataram que o principal fator para o desenvolvimento de materiais e sistemas termoelétricos é a necessidade de processos industriais e de fabricação mais limpos. Construção, transporte e fabricação são os principais contribuintes para o consumo global de energia, e essas indústrias oferecem oportunidades significativas para aproveitar a energia térmica para gerar eletricidade.
Outro desenvolvimento recente tem sido a considerável atenção dada ao uso de materiais termoelétricos como complemento às tecnologias de energia renovável que utilizam energia solar e biomassa. Embora essas tecnologias sejam neutras em carbono, elas produzem quantidades significativas de calor que atualmente é desperdiçado, e a recuperação de energia termelétrica pode melhorar a sustentabilidade desses sistemas. Relatórios recentes mostraram que o consumo de energia renovável e gás natural aumentará nas próximas décadas.
As tendências para processos industriais limpos e geração de energia renovável apresentam oportunidades no campo da geração termelétrica com perspectivas positivas para o desenvolvimento e uso de materiais termoelétricos. Mesmo o uso parcial de calor residual reduziria significativamente o consumo global de energia e mitigaria as emissões globais de gases de efeito estufa, que são os principais impulsionadores das mudanças climáticas antropogênicas.
Aperfeiçoamento em materiais termoelétricos
Devido à baixa eficiência, os materiais termoelétricos não conseguem atingir 100% de recuperação de perda de calor. Além disso, o custo proibitivo desses materiais impede a ampla aplicação de módulos de geração de energia termoelétrica.
Devido a limitações de eficiência de custo, os sistemas termoelétricos são limitados em sua capacidade de competir com sistemas termodinâmicos ou eletroquímicos, expansores ou células a combustível. Estudos recentes têm explorado o uso de geradores termoelétricos como sistemas complementares em setores como transporte para compensar. O uso desses sistemas dessa forma também melhora a sustentabilidade dos processos industriais e ajuda a atingir os objetivos do modelo de economia circular.
Pesquisa em materiais termoelétricos nos últimos anos. Crédito da foto: Castañeda, M et al., Sustentabilidade
Pensamentos finais
O estudo identificou as atuais lacunas na pesquisa sobre a sustentabilidade dos sistemas de geração termelétrica e as limitações de custo-benefício das tecnologias atuais. Os autores propuseram uma abordagem que melhora o conhecimento sobre os processos e a vida útil dos materiais e componentes. Equilibrar a relação custo-benefício de uma perspectiva de sustentabilidade forneceria uma compreensão abrangente da sustentabilidade e economia da tecnologia.
A promoção desta tecnologia trará benefícios significativos para a recuperação da energia térmica dos processos industriais e a produção de energia renovável e a redução das emissões de CO2, em linha com os acordos internacionais vigentes. Embora existam várias lacunas de pesquisa na literatura atual, este estudo de revisão traz uma importante contribuição para o campo.
Leitura adicional
Castaneda, M et ai. (2022) Perspectivas de Sustentabilidade e Economia Circular de Materiais para Módulos Termoelétricos sustentabilidade 14(10) 5987 [online] mdpi. com. Disponível em: https://www.mdpi.com/2071-1050/14/10/5987