Baterias de ferro em vez de lítio, a nova aposta de Bill Gates na energia

Na luta para acabar com as emissões de carbono que cozinham o planeta, as baterias recarregáveis de íon-lítio tornaram-se uma tecnologia central. Elas podem alimentar carros elétricos que percorrem até 500 quilômetros por carga. Podem armazenar eletricidade suficiente para sustentar milhões de casas por horas. E são uma parte central da capacidade das usinas de armazenar quantidades cada vez maiores de energia renovável.

No entanto, se forem mal produzidas, elas também podem superaquecer e provocar incêndios químicos tóxicos. Nem sempre são confiáveis e, em carros elétricos, falharam em fornecer a autonomia que certas empresas afirmam. Também são caras: o carbonato de lítio para bateria custa mais de US$ 37.600 por tonelada métrica, de acordo com a Trading Economics. Sem falar que retêm energia apenas por horas, não dias. E na corrida para ampliar a energia renovável, isso é um grande problema durante os períodos de dias nublados ou sem vento.

É por isso que o ex-vice-presidente do negócio de energia estacionária da Tesla, Mateo Jaramillo, está se concentrando na construção de baterias feitas de ferro, um material abundante e barato que custa apenas US$ 115 a tonelada. Ele diz que sua startup, a Form Energy, criou baterias de ferro-ar que podem armazenar eletricidade por pelo menos 100 horas – muito mais do que os pacotes de íon-lítio em grande escala de quatro a seis horas fornecem. “No mundo há ferro e todo o resto. Há mais ferro extraído do que carvão”, disse Jaramillo, 46, à Forbes. “Ter uma bateria baseada em ferro significa que você pode dimensioná-la o quanto quiser. Não há limitação de matéria-prima.”

Para comercializar sua tecnologia de bateria, a Form, sediada em Boston, levantou mais de US$ 810 milhões de patrocinadores, incluindo Breakthrough Energy Ventures, TPG e Energy Impact Partners de Bill Gates. Mas Jaramillo deixa claro que não está tentando substituir as baterias de íon-lítio, que ele acredita que continuarão a ficar mais baratas nesta década. Os concorrentes da Form são as empresas de geradores movidos a gás natural que fornecem suporte à rede elétrica quando a demanda de energia aumenta, como durante ondas de calor prolongadas.

Jaramillo tem como alvo uma fatia do mercado global de armazenamento de energia, que valia US$ 430 bilhões no ano passado e pode chegar a US$ 1,7 trilhão em uma década, de acordo com uma estimativa da Global Market Insights. Os pesquisadores estimam o custo de atualizar a rede dos EUA para lidar com níveis muito mais altos de energia renovável e adicionar muito mais armazenamento de energia em US$ 5 trilhões a US$ 21 trilhões nas próximas décadas.

Para aproveitar esse prêmio, a Form está construindo sua primeira fábrica, uma instalação de US$ 760 milhões, no local de uma antiga usina siderúrgica em Weirton, West Virginia. O estado está fornecendo um pacote de incentivos de US$ 290 milhões. A Form pretende começar a entregar seus módulos de ferro-ar para clientes de serviços públicos, incluindo Xcel Energy e Georgia Power, até 2025.

Para atingir uma meta nacional de 100% de produção de eletricidade limpa até 2035, instalações de energia solar e turbinas eólicas estão surgindo em todo o país. Mas o sol nem sempre brilha e o vento nem sempre sopra – daí a necessidade de armazenar energia quando há excesso e continuar a fornecer eletricidade quando a geração de energia renovável diminui.

As baterias não são a única escolha, mas podem ser usadas em qualquer lugar, ao contrário de alternativas relativamente baratas. Por exemplo, a energia hidrelétrica bombeada. Nessa modalidade, a água é bombeada para um reservatório mais alto quando sobra energia, e depois desce para um mais baixo e movimenta turbinas quando ela falta. Ou o armazenamento de ar comprimido, em que as sobras de energia comprimem o ar em reservatórios e o liberam depois. Dentre elas, o íon de lítio é a opção mais popular.

A Energy Information Administration estima que os EUA tinham 22,4 gigawatts-hora de armazenamento em bateria em grande escala, quase inteiramente de íon-lítio, no final de 2022, liderados por grandes instalações na Califórnia e no Texas. Isso é energia suficiente para quase 20 milhões de residências. A rápida adição de sistemas de armazenamento de bateria é uma das razões pelas quais os dois grandes estados são mais capazes de resistir às ondas de calor deste ano.

“Baterias de íons de lítio são muito fáceis de adquirir e instalar. Essa é a solução hoje, mas não estou convencido de que será a solução para todas as necessidades de armazenamento no futuro”, disse o especialista em energia Michael Webber, professor da Universidade do Texas em Austin. “O problema para o qual estamos nos preparando é quando há um período de dias sem vento e nublado” – o que ele chama de “o problema de cinco a 11 dias”.

Webber, que também é CTO da Form, diz que a maioria das concessionárias otimizou as baterias que usam na rede para entrar em ação entre as 16h e as 20h quando a demanda do cliente aumenta e a energia renovável diminui. O íon de lítio funciona bem nesse caso, pois pode enviar rapidamente a energia armazenada aos clientes. Mas a grade também precisa de uma opção de armazenamento de longo prazo.

O sistema da Form destina-se a competir com as usinas de gás natural, que são boas em aumentar a geração de eletricidade para atender aos padrões voláteis de demanda diária e são a principal solução para isso no momento. Precisa de mais potência? Basta queimar mais gás. Para ter sucesso, a Form precisa oferecer um sistema seguro e barato que possa competir em custo com as usinas de gás natural, além de eliminar as emissões de carbono.

O objetivo da empresa é fornecer módulos de bateria que custam US$ 20/quilowatt-hora, o que se aproxima do preço para operar esses tipos de sistemas baseados em gás natural (além de gastar cerca de US$ 300 milhões para construir uma usina). Em comparação, as baterias de íon-lítio custam atualmente cerca de US$ 150/quilowatt-hora, embora esse preço possa cair 50% ou mais até o fim da década.

Mas isso também depende de quanto tempo duram as baterias do Form. A empresa acredita que eles serão utilizáveis por 10 anos e Jaramillo acredita que eles podem ter uma vida útil de duas décadas.

“Baterias recarregáveis, são sistemas termodinamicamente instáveis. Você os junta e elas começam a se degradar”, disse o cientista Robert Kostecki, diretor da divisão de armazenamento de energia do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.

“Se elas se degradarem muito rápido, o custo total irá matá-lo.” O que torna as baterias de ferro-ar muito mais baratas é como elas funcionam e sua dependência de materiais de baixo custo. “Basicamente, é uma bateria baseada em ferrugem: ferro para o ânodo e ar para o cátodo”, disse Cheesman do DOE. “É difícil imaginar dois materiais mais baratos que o ferro e o ar.”

A maneira como a bateria funciona é que uma placa de ferro porosa é submersa em uma solução de eletrólito à base de água. Ele gera um ciclo eletroquímico que a empresa descreve como ferrugem “reversível”. À medida que descarrega eletricidade, a bateria absorve o oxigênio do ar e converte o ferro metálico em ferrugem. Ao carregar, a corrente elétrica que flui converte a ferrugem de volta em ferro e a bateria libera oxigênio. Mas o próprio ferro nunca é consumido, tornando as baterias muito duráveis.

Essas baterias de ferro-ar não podem ser tão pequenas quanto as baterias de íon-lítio, mas, como foram projetadas para usinas e não para carros, o tamanho é um problema menor. A bateria do Form, carregada com várias células individuais, será embalada em um gabinete de 40 pés e conterá 5 megawatts de eletricidade – o suficiente para abastecer 3.750 residências. Há pouco risco de incêndio, então vários pacotes podem ser colocados lado a lado ou até mesmo empilhados.

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