Turbina Supercrítica de CO2 do tamanho de uma mesa pode abastecer até 10.000 residências

As turbinas a vapor ainda são utilizadas para gerar a maior parte da electricidade mundial, mas a situação está a mudar rapidamente. As fontes de energia renováveis, como a solar e a eólica, estão a tornar-se mais económicas e fiáveis, graças aos avanços no armazenamento de energia e no hidrogénio verde.

Outra tecnologia emergente que poderá perturbar o mercado é o dióxido de carbono supercrítico, que permite turbinas muito mais pequenas e mais eficientes do que as convencionais.

Dióxido de carbono supercrítico (sCO₂) é um estado fluido de dióxido de carbono que pode adotar propriedades intermediárias entre um gás e um líquido. Promete ser muito mais barato e 10% mais eficiente como meio do que a água, utilizando turbinas dez vezes menores. O Departamento de Energia dos EUA estima que uma turbina a vapor de 20 metros (65 pés) encolheria para um metro (3 pés) se substituída por uma sCO₂ turbina.

Para tornar isso realidade, uma nova usina de energia equivalente a 10 megawatts, no valor de US$ 155 milhões, que utiliza CO supercrítico₂ a tecnologia está sendo construída como o projeto principal da iniciativa STEP do Departamento de Energia. O programa STEP, que significa Energia Elétrica Transformacional Supercrítica, foi lançado em 2016 pelo Laboratório Nacional de Tecnologia Energética do Departamento de Energia para avançar no desenvolvimento e implantação de sCO₂sistemas de energia baseados em energia.

No dia 27 de outubro, as fitas foram cortadas na planta piloto STEP em San Antonio, que foi declarada “mecanicamente completa” pelos parceiros do projeto. O projeto, que é uma colaboração entre o Southwest Research Institute (SwRI), a GTI Energy, a GE Vernova e o Departamento de Energia dos EUA, visa demonstrar um novo método inovador de geração de energia elétrica de maior eficiência e menor custo.

Ao contrário das usinas convencionais, que utilizam água como meio térmico nos ciclos de energia, o STEP foi projetado para usar sCO em alta temperatura.₂. Isto melhora a eficiência em até 10% porque o sCO₂ tem melhores propriedades termodinâmicas que a água.

O dióxido de carbono não é tóxico nem inflamável e se comporta como um fluido supercrítico acima de sua temperatura crítica de cerca de 31 °C (88 °F) e pressão crítica de 74 bar (1.070 psi). Neste ponto, ele começa a agir como um gás, embora tenha uma densidade próxima à de um líquido. A água também pode, claro, tornar-se supercrítica – apenas consome muito mais energia.

O sCO₂ a tecnologia do ciclo de energia também é compatível com energia solar concentrada e calor residual industrial.

Usando sCO₂ como fluido de trabalho significa que a turbomáquina do STEP Demo tem aproximadamente um décimo do tamanho dos componentes convencionais de usinas de energia. Isto torna possível reduzir a área ocupada e o custo de construção de quaisquer novas instalações. Mais ou menos do tamanho de uma mesa, um sCO de 10 megawatts₂ turbina poderia abastecer até 10.000 residências.

A construção do site STEP Demo começou em 15 de outubro de 2018, tendo SwRI, GTI Energy e GE como principais parceiros, e a construção do prédio foi concluída em 2020. A primeira operação do compressor com CO supercrítico₂ foi alcançado no início deste ano.

O consórcio está a progredir no comissionamento da central piloto, cujo início de operações está previsto para 2024. No entanto, ainda existem alguns desafios e tarefas que precisam de ser resolvidos antes que a central possa estar totalmente funcional.

“O STEP sem dúvida mudará a forma como pensamos sobre a geração de energia”, disse o presidente e CEO do SwRI, Adam Hamilton, PE, no comunicado à imprensa. “É emocionante lançar oficialmente esta planta piloto, que abriga uma tecnologia potencialmente revolucionária desenvolvida aqui mesmo no SwRI.”