O sCO2 é o dióxido de carbono submetido a temperaturas e pressões críticas, resultando em uma densidade líquida com comportamento gasoso. Além de não ser tóxico nem inflamável, seu estado supercrítico o torna um fluido altamente eficiente na produção de energia, respondendo de forma significativa às pequenas variações de temperatura e pressão.
As usinas termoelétricas tradicionais utilizam água como meio térmico nos ciclos de energia. Substituir a água pelo sCO2 pode aumentar a eficiência dessas usinas em até 10%. Além disso, enquanto as usinas de vapor convencionais se baseiam no ciclo Rankine, as usinas de sCO2 adotam o ciclo Brayton.
No ciclo Brayton de circuito fechado, o CO2 supercrítico é aquecido por um trocador de calor, acionando uma turbina. Após a turbina, o CO2 é resfriado em um recuperador antes de passar pelo compressor. Este último aumenta a pressão do CO2, aproveitando o calor residual do recuperador, reiniciando o ciclo. O recuperador desempenha um papel crucial na melhoria da eficiência geral do sistema.
Enquanto no ciclo Rankine a conversão de vapor de volta em água resulta na perda significativa de energia, limitando a eficiência a um terço, o ciclo Brayton tem uma eficiência de conversão teórica superior a 50%.
A usina experimental, conhecida como STEP (sigla em inglês para “Energia Elétrica Transformacional Supercrítica”), com capacidade de 10 megawatts, está localizada no Instituto de Pesquisas do Sudoeste (SwRI).
Pela primeira vez, a turbina da planta piloto atingiu sua velocidade máxima de 27.000 rpm, operando a uma temperatura de 260 °C, e gerou uma quantidade inicial de energia. Nas próximas semanas, a equipe aumentará gradualmente a temperatura operacional até 500 °C, momento em que a usina será capaz de gerar 5 megawatts (MWe) de energia, suficiente para abastecer 5.000 residências.
Após a conclusão desta fase inicial de testes, o projeto avançará para sua fase final. A planta-piloto será reconfigurada para melhorar a eficiência e a produção de energia. Essa modificação exigirá a instalação de novos equipamentos, seguida por uma nova fase de comissionamento e testes, prevista para ocorrer até 2025, quando a planta estará operando em plena capacidade. Ao término dessa fase, a usina será capaz de gerar 10 MWe por hora, o suficiente para fornecer energia a 10 mil residências.
A turbina de sCO2 da usina possui aproximadamente um décimo do tamanho dos componentes convencionais de uma usina termoelétrica, o que reduz a área física e os custos de construção de novas instalações. Além disso, os ciclos de energia sCO2 são compatíveis com diversas 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 subestimado,” disse Jeff Moore, gerente do projeto. “Eu realmente acredito que este projeto mudará a forma como abordamos a geração de energia no futuro próximo.”
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1 comentário
Vamos ao que interessa: Desvantagens 1º) água já se encontra no estado líquido e se torna vapor superaquecido com pouca variação de temperatura e pressão constante, logo, despensa o compressor que um equipamento que também gasta energia. 2º) para se tornar o CO² líquido é necessário alta pressão no sistema, pois o mesmo é fechado, e isto requer materiais especiais. 3º) as pás das turbinas também terão que ser feitas de uma superliga de material, pois, será bombardeada por um dos elementos mais duros da tabela. 4º) a captação do CO² ainda requer muito investimento, e isto o torna uma molécula muito cara. 5º) tempo de vida útil dos equipamentos reduzida. Vantagem 1º) utilização de uma molécula responsável do efeito estufa. 2º) eficiência na troca de calor em 10%.