Energia

Usina de CO2 supercrítico gera eletricidade pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/06/2024

Um dos destaques da tecnologia está nas dimensões muito reduzidas da usina.
[Imagem: SRI]

CO₂ supercrítico

Começou a operar nos EUA uma planta-piloto de geração de energia baseada em dióxido de carbono supercrítico (sCO₂), uma tecnologia promissora para substituir as termoelétricas atuais.

O sCO₂ é o dióxido de carbono mantido acima de uma temperatura e pressão críticas, o que faz com que ele atinja a densidade de um líquido, mas continue se comportando como um gás. Além de não ser tóxico nem inflamável, o estado supercrítico torna o sCO₂ um fluido altamente eficiente para gerar energia porque pequenas mudanças na temperatura ou pressão causam mudanças significativas em sua densidade.

As usinas termoelétricas atuais usam água como meio térmico nos ciclos de energia. Substituir a água por sCO₂ aumenta a eficiência dessas usinas em até 10% - outra diferença é que as usinas a vapor tradicionais usadas na geração de energia se baseiam em um ciclo Rankine, enquanto as usinas de sCO₂ se baseiam em um ciclo Brayton.

Em um ciclo de Brayton de circuito fechado, o CO₂ supercrítico é aquecido por um trocador de calor e faz girar uma turbina. Depois que o CO₂ sai da turbina, ele é resfriado em um recuperador, antes de entrar em um compressor. O compressor leva o CO₂ supercrítico até a pressão necessária, entrando em contato com o calor residual no recuperador e então retornando ao aquecedor para continuar o ciclo - o recuperador é um elemento essencial para aumentar a eficiência geral do sistema.

Como se perde muita energia transformando vapor de volta em água no ciclo Rankine, no máximo um terço da energia do vapor pode ser convertida em eletricidade. Em comparação, o ciclo Brayton tem uma eficiência de conversão teórica superior a 50%.

A turbina atingiu sua velocidade máxima de 27.000 rpm, a uma temperatura operacional ainda reduzida de 260 °C.
[Imagem: SRI]

Ciclo Brayton

A usina experimental, chamado STEP, sigla em inglês para "Energia Elétrica Transformacional Supercrítica", com potência de 10 megawatts, está instalada no Instituto de Pesquisas do Sudoeste (SwRI).

Pela primeira vez, a turbina da planta piloto atingiu sua velocidade máxima de 27.000 rpm, a uma temperatura operacional de 260 °C, e gerou uma pequena quantidade de energia. Nas próximas semanas, a equipe aumentará lentamente a temperatura operacional, até atingir 500 °C, quando então a usina gerará 5 megawatts (MWe) de energia, o suficiente para abastecer 5.000 residências.

Após a conclusão desta primeira fase de testes, o projeto entrará em sua fase final. A planta-piloto será reconfigurada para um aumento da eficiência e da produção geral de energia. Essa modificação requer a instalação de novos equipamentos, bem como uma nova fase de comissionamento e testes, que avançará por 2025, até que a planta-piloto esteja funcionando a plena potência. Ao final de sua fase final, a usina produzirá 10 MWe por hora, o suficiente para abastecer 10 mil residências.

A turbomaquinaria de sCO₂ da usina tem aproximadamente um décimo do tamanho dos componentes convencionais de uma usina termoelétrica, o que reduz a área física e o custo de construção de quaisquer novas instalações. Além disso, os ciclos de energia sCO₂ são compatíveis com muitas fontes de calor, incluindo energia solar concentrada, calor residual industrial, energia geotérmica e centrais nucleares avançadas.

"O impacto de demonstrar que a tecnologia sCO₂ funciona não pode ser exagerado," disse Jeff Moore, gerente do projeto. "Eu realmente acredito que este projeto mudará a forma como abordamos a geração de energia no futuro próximo."