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Tecnologia e inovação no armazenamento de lítio

O desenvolvimento de sistemas de armazenamento energético avança quase diariamente, e esta qualificação tecnológica é fundamental para o setor. Os objetivos de eficácia, eficiência e sustentabilidade são os pontos cardiais de uma inovação que abriga o futuro de atividades tão importantes quanto a mobilidade elétrica ou a comunicação. Para entrarmos neste âmbito do setor energético falamos com a Plataforma Tecnológica e de Inovação Espanhola de Armazenamento de Energia, apoiada pelo Ministério da Ciência e Inovação.

 

 

As perspectivas para o setor do lítio, apoiadas principalmente pelo potencial de novas formas de mobilidade, são realmente positivas. O conceituado ‘ouro branco’ é cada vez mais cobiçado nos mercados, fundamental para produzir as baterias dos carros elétricos. Da Plataforma Tecnológica e de Inovação Espanhola para Armazenamento de Energia (BatteryPlat), apoiada pelo Ministério da Ciência e Inovação, eles nos falam sobre esse futuro promissor, que vai além do aspecto veicular. “É importante mencionar que é um mercado maduro com vários nichos, o de equipamentos eletroeletrônicos como telefones, laptops, tablets; o da mobilidade, na qual encontramos baterias para veículos elétricos; e, por último, aplicações de energia estacionária. Neste último nicho, encontramos duas categorias: a de utility scale, para grandes instalações de armazenamento e behind the meter, para instalações domésticas”, destacam. A demanda crescente faz deste um mercado competitivo, com preços e prazos de entrega de muito exigentes para os compradores. Dos diferentes nichos abertos com o uso do lítio, cada um com características técnicas específicas, na Espanha foram observados “tanto nas aplicações de energia estacionária quanto no mercado de mobilidade elétrica”, dado que é um dos maiores fabricantes de veículos da Europa.

 

Tecnologias de armazenamento

Depois do desenvolvimento de sistemas de armazenamento de lítio existe toda uma família de subtecnologias, em função dos componentes da bateria. “Dentro da composição encontramos eletrodos e um eletrólito e, dependendo dos materiais usados para esses dois, teremos diferentes subfamílias de baterias de íon-lítio. Cada um pode ter características diferentes que os tornam ideais para aplicações nos grandes nichos mencionados acima”, assegura a diretoria da BatteryPlat. Eles também indicam que a maior evolução vem das aplicações desenvolvidas para eletrônicos de consumo e mobilidade. “Agora devemos refinar o desempenho das baterias para veículos, já que existe uma tendência de buscar maior autonomia, e as de energia estacionária.” A inovação também busca evitar materiais críticos, principalmente aqueles que possuem localização geográfica específica e dificultam o processo de reciclagem.

Mas quais são os principais riscos a considerar no uso e armazenamento do lítio? Na BatteryPlat assinalam que a principal preocupação provém fundamentalmente do material incluído nas baterias de lítio-íon que, por seu tamanho e capacidade, contêm quantidades significativas desse metal. O uso, armazenamento ou transporte inadequados dessas baterias poderiam provocar reações químicas fortemente exotérmicas que eventualmente provoquem um incêndio ou até mesmo a explosão da bateria. “As situações de maior risco para as baterias de lítio-íon são produzidas durante recargas rápidas ou ultrarrápidas, durante o armazenamento ou uso em temperaturas elevadas (acima dos 60ºC) ou recarga a temperaturas muito baixas (abaixo de 0ºC)”, asseguram. Para fazer frente a esta exposição, foram desenvolvidos aditivos retardantes de chama que podem reduzir a inflamabilidade, e pesquisas estão sendo realizadas sobre “a substituição de eletrólitos em baterias comerciais de íon-lítio por eletrólitos sólidos, que possuem uma faixa de estabilidade térmica maior que líquidos e que dificultam ou impedem o crescimento de dendritos metálicos de lítio em situações de uso abusivo, por exemplo, durante recargas ultrarrápidas ou em temperaturas muito baixas”.

 

Perspectivas e sustentabilidade

O setor do lítio, traço inevitável no futuro da energia, apresenta um fluxo de desafios e oportunidades na área de abastecimento. Seus perfis são escritos quase todos os dias, graças a um fluxo constante de pesquisas e testes contínuos. “As linhas de pesquisa mais difundidas atualmente estão voltadas para as chamadas baterias de Geração 3b e 4. Espera-se que a geração 3b chegue a 2025, e se baseie no uso de cátodos com voltagens de operação mais altos e de ânodos que contêm silício ou materiais compostos de silício e grafite”, indicam da plataforma espanhola. A geração 4, que estende seu período de consolidação até 2030, baseia-se no uso de eletrólitos sólidos que permitem o uso de ânodos metálicos de lítio – inviável hoje devido aos riscos que representam em conjunto com líquidos -. “Espera-se também ter tecnologias baseadas em reações de conversão, como baterias de lítio-enxofre que combinam ânodos metálicos de lítio com cátodos de enxofre de custo muito baixo.”

Além desses desenvolvimentos técnicos, os esforços para explorar a reutilização de baterias em aplicações de segunda vida e a reciclagem dos componentes mais valiosos de baterias que chegam ao fim de sua vida útil têm se tornado cada vez mais relevantes nos últimos anos, de lítio junto com outros metais. Estes objetivos estão inseridos na tarefa de mitigar o impacto ambiental, fundamentalmente suportado pela concretização de uma economia circular, em que “os resíduos de baterias se tornam uma matéria-prima secundária, regressando à cadeia fabril e reduzindo a exploração de matérias-primas obtidas da mineração.” Na BatteryPlat fazem questão desta potencial reutilização. “Por exemplo, quando um material de mobilidade atinge 70% da capacidade deixa de ser atraente para uso em veículo elétrico, mas continua válido para uso estacionário, dando-lhe uma segunda vida como bateria no âmbito energético. Para conseguir isso, é necessário garantir a confiabilidade da estrutura quando instalada em uma residência ou indústria. Esta segurança é obtida ao contar com normas e procedimentos de ensaio e certificação da adequação da bateria para este novo uso”.

De fato, quando perguntamos à direção da Plataforma Tecnológica e de Inovação Espanhola de Armazenamento de Energia pelas chaves do futuro no armazenamento de lítio, nos assinalaram, além da estrita segurança que se exige na atividade, “um gerenciamento adequado da economia circular e das economias de escala”. Neste setor, e na evolução dos produtos adaptados às exigências de cada nicho de mercado, veem na plataforma um fator fundamental no potencial de desenvolvimento econômico. “Seria ideal que dentro de Espanha pudéssemos identificar que aspectos da corrente de valor oferecem oportunidades para as entidades nacionais. É por isto que na BatteryPlat desenvolvemos ‘Mapas de Capacidades Tecnológicas e Industriais’, em que registramos onde podem ser encontrados nichos de oportunidade para estabelecer agentes industriais relevantes”, concluem.

 

Colaboraram neste artigo…

BatteryPlat é a plataforma espanhola tecnológica de armazenamento de energia. Seu foco cobre todo o espectro de tecnologias de armazenamento energético: o armazenamento eletroquímico, químico, térmico, mecânico e eletromagnético. Conta com 90 entidades, compostas por empresas, PMEs, startups, universidades, organismos públicos de investigação, centros de investigação e outras entidades administrativas.

O objetivo de BatteryPlat é fomentar o desenvolvimento de tecnologias de armazenamento energético independente de seu grau de maturidade tecnológica. Conta com o apoio do Ministério da Ciência e Inovação, que o reconhece como plataforma tecnológica espanhola para armazenamento de energia, bem como o apoio do Ministério para a Transição Ecológica e o Desafio Demográfico, que o incluiu no documento Estratégia de Armazenamento de Energia. As citações incluídas neste artigo foram extraídas de uma entrevista realizada ao Luis Manuel Santos (presidente) e ao Jesús Palma (vice-presidente) da associação.

 

 

 

 

 

 

 

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