Apoiada por financiamento federal, a Electrified Thermal Solutions, spin-off do MIT, afirma que seus tijolos eletricamente condutores podem substituir os combustíveis fósseis.
MEDFORD, Massachusetts — Dentro de um prédio de escritórios de blocos de concreto, talvez mais conhecido pelo templo hindu e pelo clube de tênis de mesa ao lado, uma empresa iniciante está testando o que pode ser um dos mais recentes desenvolvimentos em tecnologia de energia limpa.
Nos fundos de um pequeno armazém-laboratório repleto de ventiladores e motores, uma empresa derivada do MIT chamada Electrified Thermal Solutions está operando algo que seus fundadores chamam de Joule Hive, uma bateria térmica do tamanho de um elevador.
A Colmeia é uma grande caixa de metal isolada carregada com dezenas de tijolos cerâmicos incandescentes que convertem eletricidade em calor a temperaturas de até 1.800 graus Celsius – muito além do ponto de fusão do aço – e com massa térmica suficiente para reter o calor por dias. .
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À medida que o preço da energia renovável continua a cair, um dos maiores desafios para a transição para a energia limpa é encontrar uma forma de converter eletricidade em calor a alta temperatura, para que as sociedades não tenham de continuar a queimar carvão ou gás natural para abastecer as indústrias pesadas. Outra questão espinhosa é encontrar uma forma de armazenar energia – neste caso, calor – para quando o sol não brilha e o vento não sopra.
“Se você dirige uma planta industrial onde fabrica cimento, aço, vidro, cerâmica, produtos químicos ou até mesmo produtos alimentícios ou bebidas, você queima muitos combustíveis fósseis”, disse Daniel Stack, executivo-chefe da Electrified Thermal Solutions. “Nossa missão é descarbonizar a indústria com calor eletrificado.”
O sector industrial é responsável por quase um quarto de todas as emissões directas de gases com efeito de estufa nos EUA, que impulsionam as alterações climáticas, de acordo com a EPA. As baterias térmicas alimentadas por energia renovável poderiam reduzir cerca de metade das emissões da indústria, de acordo com um relatório de 2023 do Centro de Soluções Climáticas e Energéticas, uma organização sem fins lucrativos, e da sua afiliada Renewable Thermal Collaborative.
Emissões adicionais provêm de reações químicas, como o dióxido de carbono que é formado como subproduto indesejado durante a produção de cimento, e do metano que vaza ou é intencionalmente liberado de tubulações de gás natural e outros equipamentos.
O desafio de substituir a combustão de combustíveis fósseis como fonte de calor é que não existem muitas boas opções disponíveis para produzir calor em alta temperatura a partir da eletricidade, disse Stack. Aquecedores elétricos, como os fios que ficam vermelhos em uma torradeira, funcionam bem em baixas temperaturas, mas queimam rapidamente em temperaturas mais altas. Outros materiais menos comuns, como aquecedores de molibdênio e carboneto de silício, podem suportar temperaturas mais altas, mas são proibitivamente caros.
Como estudante de graduação no MIT, Stack se perguntou se os tijolos refratários, os tijolos comumente usados em lareiras residenciais e fornos industriais, poderiam ser uma solução menos dispendiosa e mais durável. Os tijolos normalmente não conduzem eletricidade, mas alterando ligeiramente a receita dos óxidos metálicos usados para fabricá-los, ele e o cofundador da ETS, Joey Kabel, conseguiram criar tijolos que poderiam essencialmente substituir os fios para conduzir eletricidade e gerar calor.
“Não há metais exóticos aqui, não há nada que possa queimar”, disse Stack, ao lado de prateleiras repletas de pequenas amostras, ou “cupons”, de tijolos que ele e sua equipe testaram para encontrar aqueles com melhor aquecimento. propriedades.
Um dos maiores defensores da Electrified Thermal Solution é o cientista pesquisador de engenharia nuclear do MIT, Charles Forsberg, ex-orientador de tese de Stack e consultor da empresa.
“Não tenho dúvidas de que isso se tornará comercial”, disse Forsberg, que, junto com Stack e o MIT, detém a patente da tecnologia. “Tenho 77 anos, é uma sensação intuitiva de 50 anos no jogo.”
Forsberg disse que a sua única preocupação era se as Soluções Térmicas Electrificadas seriam as únicas a concretizar a tecnologia, observando que muitas tecnologias de energia limpa foram inventadas nos EUA apenas para obter sucesso comercial na China.
O recente financiamento governamental deu à empresa um impulso significativo.
Em Janeiro, a ETS recebeu uma subvenção de 5 milhões de dólares do Departamento de Energia dos EUA para ajudar a construir o seu primeiro projecto de demonstração à escala comercial no Southwest Research Institute em San Antonio, uma organização independente que fornece serviços de investigação e desenvolvimento por contrato a clientes governamentais e industriais.
O projeto demonstrará como a bateria térmica poderia fornecer calor de alta temperatura para uma série de processos industriais, incluindo a fabricação de cimento, que atualmente depende principalmente da queima de carvão para obter calor.
Massimo Toso, presidente e executivo-chefe da Buzzi Unicem USA, um dos maiores produtores de cimento dos EUA e parceiro industrial da ETS na bolsa DOE, elogiou a bateria térmica da empresa.
“A bateria térmica Joule Hive™ da ETS é a primeira solução de descarbonização de calor industrial que identificamos e que poderia nos permitir eliminar completamente e de maneira econômica o uso de combustíveis fósseis em nossos processos de aquecimento”, disse Toso em um comunicado por escrito.
Em março, a Ashland, um fabricante de especialidades químicas com sede em Wilmington, Delaware, recebeu até US$ 35 milhões em uma doação correspondente do Departamento de Energia para financiar o que seria a primeira implantação comercial das baterias térmicas do ETS.
Joule Hives seria instalado na fábrica ISP Chemicals da Ashland em Calvert City, Kentucky, que requer grandes volumes de vapor de alta temperatura para operar suas operações.
Curt Jawdy, gerente sênior da Tennessee Valley Authority, parceira na concessão e concessionária de energia elétrica local de Calvert City, disse que a capacidade da ETS de carregar sua bateria térmica fora dos horários de pico permite que as instalações industriais se descarbonizem sem colocar maior pressão sobre a concessionária. grade elétrica.
Jawdy disse que também gostou da tecnologia da empresa.
Tijolos eletricamente condutores da Electrified Thermal Solutions. Crédito: Barry Chin/The Boston Globe
“Mais simples é sempre melhor”, disse ele. “O fato de o tijolo também ser o elemento de aquecimento, e você apenas fornecer eletricidade ao próprio tijolo, simplifica significativamente o sistema.”
O projeto substituiria as caldeiras a gás natural na fábrica de Calvert City pelas baterias térmicas da ETS. O ar soprado pelas baterias Joule Hive transferiria o calor da temperatura da chama para as caldeiras para gerar vapor.
O projeto reduziria as emissões de gases de efeito estufa associadas à geração de vapor na usina em quase 70%, segundo o DOE.
Em 2022, Ashland liberou 72 mil toneladas de dióxido de carbono provenientes da queima de gás natural na usina, segundo dados que a empresa reportou à Agência de Proteção Ambiental.
Essas emissões são iguais às emissões anuais de gases com efeito de estufa de 17.000 automóveis, uma fonte significativa de poluição climática numa cidade de 2.500 habitantes, afirma a EPA.
A doação do DOE dividiria o custo do projeto com Ashland em até um total de US$ 70 milhões. Ashland supervisionaria a instalação das baterias térmicas em suas instalações, um processo que envolveria um certo risco para uma instalação tão inédita.
Carolmarie Brown, porta-voz da Ashland, disse que a empresa ainda está avaliando o projeto.
“Há muitos fatores que orientam as decisões que tomaremos à medida que avançamos”, disse Brown. “A descarbonização em grande escala inclui avaliações minuciosas das opções, projetos e inovações para avançar, e estamos na fase inicial do processo.”
À medida que Ashland continua a avaliar o projeto, Stack e seus colegas continuam a ampliar suas capacidades.
Desde o início da empresa em 2020, a ETS terceirizou a produção de seus tijolos eletricamente condutivos para um fabricante de tijolos industriais que segue a receita proprietária da ETS. Depois de vários anos fazendo pedidos de pequenos lotes de teste de tijolos, a ETS recebeu recentemente seu primeiro pedido de várias toneladas.
“Agora, se você quiser duas toneladas, (ou se) quiser 2.000 toneladas, o fabricante está pronto para fazer isso por nós”, disse Stack. “Partimos para as corridas.”
