Donald Sadoway: A ligação que falta para a energia renovável

Qual a chave para se usar energia alternativa, como o sol e o vento? Armazenamento -- para que possamos ter força mesmo quando não está sol ou o vento não está soprando. Nesta palestra acessível e inspiradora, Donald Sadoway usa um quadro-negro para nos mostrar o futuro das grandes baterias que armazenam energia renovável. Como ele diz: 'Precisamos pensar sobre o problema de outra forma. Precisamos pensar grande. Precisamos pensar barato.'

A eletricidade fornecida às luzes deste teatro

foi gerada há poucos momentos atrás.

Pois do jeito como as coisas estão hoje,

a demanda de eletricidade precisa estar em constante equilíbrio

com o fornecimento de eletricidade.

Se no tempo que levo para andar aqui no palco,

algumas dezenas de megawatts de energia eólica

parassem de fornecer a rede energética,

a diferença teria de ser fornecida

por outros geradores imediatamente.

Mas usinas de carvão, usinas atômicas

não respondem com tal velocidade.

Uma bateria gigante poderia.

Com uma bateria gigante,

nós poderíamos resolver o problema da intermitência

que impedem o vento e o sol

de contribuírem com a rede

do mesmo modo que o carvão, gás e energia nuclear o fazem hoje.

Veja, a bateria

é que permitirá isso.

Com ela, nós poderíamos usar eletricidade solar

mesmo quando o sol não brilha.

E isto muda tudo.

Pois então as fontes renováveis

tais como vento e sol

saem da periferia,

tomam o centro do palco.

Hoje quero falar sobre tal dispositivo.

É chamado de bateria de metal líquido.

É uma nova forma de armazenar energia

que inventei no MIT

com um grupo de meus estudantes

e pós-doutorados.

O tema deste ano do TED é Todo o Espectro.

O OED (Dicionário Oxford) define espectro

como 'Toda a faixa de comprimento de onda

da radiação eletromagnética

desde as ondas longas de rádio até os pequenos raios gama

do qual a faixa visível

é apenas uma pequena parte.'

Então não estou aqui apenas para contar

como meu grupo no MIT extraiu da natureza

uma solução para um dos maiores problemas do mundo.

Quero usar todo o espectro e contar como,

no processo de desenvolvimento

desta nova tecnologia,

descobrimos algumas surpresas heterodoxas.

que podem servir como lições para a inovação,

ideias que valem a pena difundir.

E sabe,

se vamos tirar o país fora da atual situação da energia,

não podemos conservar como a única saída;

não podemos perfurar como a única saída:

não podemos bombardear como a única saída.

Faremos do velho jeito americano,

vamos inventar a nossa única saída,

trabalhando juntos.

(Aplausos)

Vamos começar.

A bateria foi inventada há mais ou menos 200 anos

por um professor, Alessandro Volta,

na Universidade de Pádua, na Itália.

Sua invenção criou um novo campo da ciência,

a eletroquímica,

e novas tecnologias

tais como a galvanoplatia.

Talvez não notaram,

a invenção da bateria por Volta,

pela primeira vez também,

demonstrou a utilidade de um professor.

(Risos)

Até Volta, ninguém imaginaria

que um professor poderia ter serventia.

Aqui está a primeira bateria --

moedas, zinco e prata empilhadas,

separadas com papelão embebido em salmoura.

Este é o começo

do projeto de uma bateria --

dois eletrodos,

neste caso metais com composições diferentes,

e um eletrólito,

neste caso sal dissolvido em água.

A ciência é assim simples.

Admito, deixei alguns detalhes de lado.

Ensinei vocês

que a ciência da bateria é simples

e a necessidade do nível de rede de armazenamento

é urgente,

mas o fato é

que hoje simplesmente não há uma tecnologia da bateria

capaz de atender

a demanda de desempenho exigida pela rede --

potência excepcionalmente alta,

durabilidade

e baixíssimo custo.

Nós precisamos pensar no problema por outro ângulo.

Precisamos pensar grande,

precisamos pensar barato.

Abandonemos o paradigma

de vamos pesquisar pela química 'da hora'

e então, quem sabe, conseguiremos baixar a curva do custo

somente pela alta produção.

Em vez disso, vamos inventar

do ponto de vista do preço da eletricidade no mercado.

Assim parece

que certas partes da tabela periódica

são axiomas fora dos limites.

Esta bateria precisa ser feita

de um elemento abundante na natureza.

Digo, se quiser fazer algo bem barato,

faça-o do lixo --

(Risos)

de preferência do lixo

fornecido na vizinhança.

E nós precisamos estar aptos a construir esta coisa

usando técnicas de manufatura simples e fábricas

que não nos custe uma fortuna.

Então há uns seis anos,

comecei a pensar neste problema.

E de modo a adotar uma nova perspectiva,

procurei inspiração além do campo da armazenagem da eletricidade.

De fato, procurei uma tecnologia

que nem armazena e nem gera energia,

mas que consome eletricidade,

enormes quantidades de eletricidade.

Estou falando da produção de alumínio.

O processo foi inventado em 1886

por duas pessoas de 22 anos de idade --

Hall nos Estados Unidos e Heroult na França.

E poucos anos depois da descoberta,

o alumínio mudou

de um metal precioso que custava tanto quanto a prata

para um material estrutural comum.

Vocês estão vendo uma célula de um forno de fundição de alumínio moderno.

Com uns 15m de largura

e uns 800m de comprimento --

fileiras e mais fileiras de células

que, por dentro, lembram a bateria de Volta,

com três diferenças importantes.

A bateria de Volta trabalha na temperatura ambiente.

Tem eletrodos sólidos

e um eletrólito de água e sal.

A célula de Hall-Heroult

trabalha em alta temperatura,

uma temperatura alta o suficiente

que mantém o alumínio em estado líquido.

O eletrólito

não é uma solução de água e sal,

mas sim o sal derretido.

É está combinação de metal líquido,

sal derretido e alta temperatura

que nos permite mandar alta corrente por esta coisa.

Hoje, podemos produzir metal virgem do minério

a um custo menor que 50 centavos por 450g.

Isso é milagre econômico

da eletrometalurgia moderna.

É isto que me captura e me envolve

a ponto de eu me tornar obcecado pela invenção de uma bateria

que poderia sintetizar esta gigantesca economia de escala.

E eu fiz.

Eu fiz uma bateria totalmente líquida --

metais líquidos para ambos eletrodos

e um sal derretido como eletrólito.

Mostrarei como.

Coloquei um metal líquido

de baixa densidade em cima,

um metal líquido de alta densidade embaixo

e sal derretido entre eles.

E agora,

como escolher os metais?

Para mim, o exercício do projeto

sempre começa aqui

com a tabela periódica,

criada por outro professor,

Dimitri Mendeleyev.

Tudo o que conhecemos

é feito de alguma combinação

do que vocês veem representado aqui.

E isto inclui nosso próprio corpo.

Lembro do exato momento

em que estava buscando um par de metais

que fosse ao mesmo tempo

abundante na Terra,

diferente, com densidade oposta

e altamente reativos entre si.

Eu senti o frison da realização

quando soube que tinha conseguido a resposta.

Magnésio na parte superior.

E antimônio

para a parte inferior.

Sabe, tenho de contar

um dos grandes benefícios de ser um professor:

giz colorido.

(Risos)

Para produzir a corrente,

o magnésio perde dois elétrons

tornando-se o íon magnésio,

que migra através do eletrólito.

aceitando dois elétrons do antimônio,

e aí se mistura para formar uma liga.

Os elétrons vão para o trabalho

no mundo real cá fora,

energizando nossos equipamentos.

Agora, para carregar a bateria,

conectamos uma fonte de eletricidade.

Poderia ser algo como uma fazenda eólica.

Então nós invertemos a corrente.

E isto força o magnésio a se recompor

e retorna para o eletrodo superior,

restaurando a constituição inicial da bateria.

A corrente passando entre os eletrodos

gerando calor suficiente para manter a temperatura.

É muito inteligente,

pelo menos em teoria.

Mas isto realmente funciona?

E aí, o que fazer depois?

Vamos para o laboratório.

E aí, contrato profissionais qualificados?

Não, eu contrato um estudante

e o oriento,

ensino como pensar sobre o problema,

e ver isto da minha perspectiva

e aí deixo-o solto.

Eis aqui aquele estudante, David Bradwell

que, nesta foto,

parece estar pensando se esta coisa um dia funcionará.

O que não disse a David naquela época

é que eu não estava convencido de que funcionaria.

Mas David é jovem e inteligente

e ele quer um doutorado,

e ele passou a construir --

(Risos)

Ele passou a construir

a primeiríssima bateria de metal liquido

desta química.

E baseado nos promissores resultados iniciais de David,

que era pago

com os fundos do MIT,

fui capaz de atrair fundos maiores para pesquisa

do setor privado

e do governo federal.

Isto me permitiu ampliar meu grupo para 20 pessoas,

composto de estudantes graduados, pós doutores

e mesmo alguns estudantes da graduação.

E pude atrair gente realmente muito muito boa,

pessoas que compartilhavam minha paixão

pela ciência e por servir a sociedade,

não a ciência e o serviço para fazer carreira.

E se você perguntar a eles

por que trabalham na bateria de metal líquido,

as respostas podem ecoar

os comentários do Presidente Kennedy

na Universidade Rice em 1962

quando disse -- estou tomando liberdades aqui --

'Nós escolhermos trabalhar em nível de rede de armazenamento,

não porque é fácil,

mas porque é difícil.'

(Aplausos)

Então esta é a evolução da bateria de metal líquido.

Começamos aqui com nossa célula de 1watt/hora.

Que chamo de dose.

Nós trabalhamos com mais de 400 dessas,

aperfeiçoando seu desempenho com várias substâncias químicas --

não somente magnésio e antimônio.

Seguindo, ampliamos para a célula de 20watt/hora.

Eu chamo-a de disco de hóquei.

E conseguimos resultados muito bons.

E assim estávamos no caminho do prato.

Essa é a de 200watt/hora.

A tecnologia está se provando

robusta e expansível.

Mas o ritmo não era rápido o suficiente para nós.

Daí há um ano e meio,

David e eu,

junto com outro pesquisador do grupo,

fundamos uma empresa

para acelerar o ritmo do progresso

e a corrida para fabricar o produto.

Hoje na LMBC,

estamos construindo células de 40,5cm de diâmetro

com uma capacidade de 1kw/hora --

1.000 vezes a capacidade

de nossa célula dose inicial.

Nós a chamamos de pizza.

Agora temos uma célula de 4kw/hora em desenvolvimento.

Terá 91,5cm de diâmetro.

Nós a chamamos de mesa de bar,

mas ainda não está pronta para o primeiro teste.

E uma variante da tecnologia

nos permite empilhar estas mesas de bar em módulos,

agregando módulos em uma bateria gigante

que cabe em um porta-contentor de 20,20m

para ser colocada no campo.

Com capacidade nominal de 2Mw/hora

2 milhões de watt/hora.

Energia suficiente

para atender as necessidades diárias

de 200 casas de americanos.

Aqui está, o nível de rede de armazenamento:

silencioso, sem emissão de gases,

sem partes móveis,

controlado remotamente,

projetado para um preço de mercado

sem subsídios.

Então o que aprendemos com tudo isso?

(Aplausos)

Então o que aprendemos com tudo isso?

Deixe-me compartilhar com vocês

algumas das surpresas heterodoxas.

Elas estão além do visível.

Temperatura:

a sabedoria popular diz para manter baixa,

na temperatura ambiente ou próxima,

e dai instalar um sistema de controle para mantê-la.

Evitar desvios térmicos.

A bateria de metal líquido foi projetada para operar em temperaturas elevadas

com mínima regulagem.

Nossa bateria pode suportar subidas altas de temperatura

resultado de surtos de corrente.

Expansão: A sabedoria popular diz

que a redução de custo se faz pela alta produção.

A bateria de metal liquido foi projetada para reduzir os custos

produzindo poucas, mas serão grandes.

E finalmente, recursos humanos:

A sabedoria popular diz

empregue conhecedores de baterias,

profissionais experientes,

que podem produzir a partir da vasta experiência e conhecimento.

Para desenvolver a bateria de metal líquido,

empreguei estudantes e pós-doutorados e os orientei.

Em uma bateria,

eu me esforcei em maximizar o potencial elétrico.

ao orientar,

eu me esforcei em maximizar o potencial humano.

Então veem,

a história da bateria de metal líquido

é mais do que

inventar uma tecnologia,

é um modelo

para inventar inventores, de largo espectro.

(Aplausos)