segunda-feira, janeiro 16, 2023
A humanidade precisa de energia.
Um ser humano sobrevive apenas se consumir alimentos que lhe forneçam energia. A DGS indica que um adulto precisa de ingerir alimentos que se traduzam numa potência média de 100W (cerca de 2100 kcal/dia). Como a produção de alimentos gasta energia, um agricultor vegetariano auto-suficiente precisará de muita actividade física o que atira as suas necessidades alimentares para o dobro.
O nosso conforto vem de, além dos alimentos, consumirmos bens e servimos que usam energia na sua produção. Pegando nos dados do Banco Mundial, o consumo energético de uma pessoa da OCDE é de 5500W, um acrescento de 55 vezes à energia consumida sob a forma de alimentos.
O progresso ao longo do tempo tem estado associado ao aumento do consumo de energia pelo que não será necessário ter grande capacidade de previsão para afirmar que, no futuro, a humanidade vai precisar de mais energia seja porque os povos mais pobres querem atingir os actuais níveis de vida dos povos mais ricos (o consumo per capita médio mundial é de 2500W que compara com os 5500W da OCDE) quer porque a população mundial está a aumentar.
O problema é saber onde ir buscar essa energia consumindo poucos recursos naturais, isto é, reduzindo o impacte ambiental ao mínimo possível.
Aqui, vem a tecnologia solar mas não chega.
Os painéis solares começam em 1939 quando Becquerel descobre que a luz é capaz de "arrancar" electrões aos materiais. Em 1905 Einstein propõe uma explicação para o efeito, a razão de ter recebido o Prémio Nobel.
As células foto-voltaicas foram evoluindo como curiosidades científicas até que surgiu a hipótese tecnológica de ter satélites de comunicações, obrigatoriamente alimentados por painéis foto-voltaicos.
Em 1956, o custo de um painel solar era de 300USD/W, em 1975 caiu para 100USD/W e actualmente está em cerca de 0,5USD/W.
Um painel solar de 1kW apenas produz electricidade enquanto há luz solar, em média, cerca de 170W ao longo do dia. Considerando que transformar a energia intermitente em energia de acordo com as necessidades tem um rendimento de 2/3, cada cidadão da OCDE precisará de um painel solar com 50 m2.
TNo caso português, considerando 50m2 por pessoa, para os 10 milhões de portugueses, serão precisos 500 km2 que corresponde a 0,6% do território nacional, 8% do Baixo Alentejo.
A área necessária é pequena, o problema é quando não há luz solar.
Ocupar 0,6% do território nacional com painéis solares não é significativo, há muito maior percentagem do nosso território que está completamente degradado em termos económicos e ambientais. O problema é que a energia produzida é electricidade (os processos de fabrico dos metais e do cimento têm de ser adaptados) mas, principalmente, não está disponível sempre.
Teremos que adaptar a nossa vida a consumir mais energia durante o dia (por exemplo, carregar a nossa trotinete) mas não será suficiente, vai ser necessário acumular energia durante o dia e durante o verão para utilizar durante a noite e durante o inverno.
Em termos tradicionais, a forma mais eficiente de armazenar energia eléctrica para o dia/noite é em centrais hidroeléctricas revertíveis (quando há electricidade a mais, a água é bombeada de baixo para cima e, quando há falta de electricidade, a água é turbinada de cima para baixo). Esta tecnologia tem o problema de "destruir" os rios e de ser um recurso natural pouco disponível (há poucos lugares bons para construir barragens). Para a transferência inverno/verão, apenas existe solução técnica para o calor.
A energia química.
As baterias usam uma reacções química que consome energia durante a "carga" e depois, reverte essa reacção quando é necessário libertar a energia.
Peguemos no exemplo do sal existente na água do mar (NaCl - cloreto de sódio) e que usamos na cozinha. É possível separa o sódio (-2,71V) para um lado e o cloro (+1,36V) para outro lado aplicando uma corrente eléctrica de 1,36+2,71 = 4,07V (qualquer coisa mais por causa das perdas) em sal fundido a 801ºC.
A célula Na+Cl tem o problema de o cloro ser gasoso (foge) e o sódio ser líquido mas vamos supor que são ambos sólidos e condutores eléctricos. Durante a carga, vai-se acumulando sódio de um lado e cloro do outro lado e, quando precisamos de electricidade, o sódio e o cloro vão "refazer" o NaCl para produzir 4,07V de corrente (qualquer coisa menos por causa das perdas).
Para um rendimento de 80%, vai ser consumido uma corrente de carga de 4,55V e a célula irá produzir uma corrente de descarga de 3,64V.
Carga da célula: NaCl + 4,55V = Na + Cl
Descarga da célula: Na + Cl = NaCl + 3,64V
Vamos supor que cada célula tem 100g de NaCl. Teoricamente, vai precisar de 210W durante uma hora para carregar (quando estiver totalmente carregada, vai ter 40g de sódio e 60g de cloro) e vai produzir 167W durante uma hora até voltar a conter apenas cloreto de sódio.
O cloreto de sódio é baratíssimo!!!!!
Um carro com uma bateria de 60kWh precisa apenas de 36kg de sal das cozinhas que custa 5€ no supermercado.
Como o sal é muito barato, deve estar a pensar, "esta conta não pode estar certa".
A conta está certa, o que não está certo é conseguirmos ter uma bateria que funcione com as reacções químicas NaCL + 4,55V = Na + Cl // Na + Cl = NaCl + 3,64V.
O hidrogénio é apenas um tipo especial de bateria.
Cada bateria tem uma química diferente. No caso do hidrogénio, a química é:
Carga da célula: H2O + 1,38V = H2 + O2
Descarga da célula: H2 + O2 = H2O + 1,10V
Se tiver 100g de água, vamos precisar de 410W durante uma hora para carregar a bateria (transformar a água em hidrogénio e oxigénio) e vamos ter de volta 325W durante uma hora (trasnformar o hidrogénio e o oxigénio de volta em água). Para termos uma bateria de 60kWh precisamos apenas de 18 litros de água.
Agora, fazendo as contas ao custo da água, 4 garrafões de água ficam por 2€ e ainda sobra. Ainda é mais barato do que o sal da cozinha.
Agora, como são os esquerdistas a dizer, a conta já está certa!!!!
Quando o mentecapto esquerdista dos comboios vendeu a ideia de que o hidrogénio é o futuro porque o hidrogénio faz-se com água e a água é muito barata , ninguém questionou a conta.
Mas, da mesma forma que a conta da bateria Na+Cl está errada (não é tecnicamente possível), esta conta da água também está completamente errada. Não é possível fazer uma bateria barata com a química H2O + 1,38V = H2 + O2 // H2 + O2 = H2O + 1,10V.
Baterias fechadas e baterias de fluxo.
A bateria tem duas partes. Tem o reactor, o local onde as reacções químicas acontecem e tem os reagentes químicos.
Se a bateria for fechada, os reagentes estão no mesmo local (ou muito próximo) do local das reacções. As baterias da trotinete, telemóvel ou teslas são fechadas.
Se a bateria for de fluxo, os reagentes estão fora do local da reacção e entram num estado e saem por outro lado. Na carga entra água por um lado e sai oxigénio e hidrogénio pelo outro, na descarga entra oxigénio e hidrogénio por um lado e sai água pelo outro lado.
Existe a ideia de que apenas as baterias de fluxo podem guardar energia do verão para o inverno. Neste caso, guardar-se hidrogénio no verão que se usa no inverno.
Porque não uma bateria de fluxo Sódio+Enxofre?
Se usarmos uma célula com 26g de sódio e 74 g de enxofre, coisas muito baratas, teoricamente, precisamos de 330W para carregar e teremos de volta 265W. O sódio e o enxofre têm a vantagem de serem líquidos para temperaturas entre 120.ºC e 440.ºC.
Durante o verão podemos guardar sódio e enxofre (fundido) em tanques que, usamos durante o inverno.
Armazenar sódio tem problemas mas armazenar hidrogénio tem muito mais problemas (um metro cúbico de sódio tem 980kg enquanto que o mesmo volume de hidrogénio a 250 atmosferas, que é uma enormidade, tem 20kg).
Existem duas químicas com muito potencial futuro.
Vou esquecer o armazenamento da energia do inverno para o verão e vou pensar no armazenamento do dia para a noite. Existem duas químicas alternativas ao lítio que têm potencial, a química do sódio (bateria de iões de sódio) e a química do alumínio (bateria de iões de alumínio).
O seu funcionamento é em tudo semelhante às baterias de iões de lítio mas em que o lítio é substituído por outro elemento menos raro.
As baterias de iões de sódio vão aparecer em meados de 2023 pela CATL, prometem preços mais baixos mas também menor densidade energética (bom para trotinetes e bicicletas).
As baterias de iões de alumínio ainda estão atrasadas e podem ter maior densidade energética que as actuais baterias de iões de lítio.
Aguardemos.
1 comentários:
Caro PCV
Assim não dá.
É óbvio que a humanidade precisa de energia mas a energia é desperdiçada pela Humanidade.
A melhor maneira da Humanidade resolver o problema energético é com implementação, rápida e em força de reformas estruturais a começar, repito, a começar pela abolição do salário mínimo, liberalização dos despedimentos e abolição dos descontos.
Não vale a pena produzir energia (alimentos incluídos) para ser utilizada por esquerdistas, esquerdalhos e esquerdopatas, afinal são a Bichanidade.
Com a implementação destas reformas estruturais (seguindo-se de mais algumas outras), muitos problemas seriam muito mais facilmente resolvidos, aliás em muitos casos nem existiriam esse tipo de problemas desde a simples produção de alimentos até à ocupação do território no interior, ou seja, muitos problemas nas cidades e zonas litorais não existiriam como tenderiam a desaparecer os incêndios no interior pela simples permanência de pessoas nas aldeias, vilas e cidades do interior.
As necessidades de importação diminuiriam, pois haveria maior produção local de alimentos, maior produção de árvores utilizadas para diversos fins, menor necessidade de água e energia nas cidades.
ETC, ETC, ETC.
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