Usina de CO2 supercrítico gera eletricidade pela primeira vez

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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