As cidades do cinto de ferrugem podem ser o local perfeito para desenvolver essa solução de energia renovável.
Um engenheiro elétrico trabalha no módulo de bateria 2022 da Form Energy no laboratório da empresa em Berkeley, Califórnia. Imagem cortesia da energia da forma
Weirton, a Virgínia Ocidental, tem ferro em seu sangue. A cidade recebeu seu primeiro forno de ferro em 1790. Então, em 1909, Ernest Weir comprou 105 acres de terra para construir uma das maiores fábricas de aço do país. A fábrica nomeada para Weir empregou mais de 10.000 trabalhadores, forneceu infraestrutura da cidade essencial e acabou se tornando o maior empregador da Virgínia Ocidental. “Meu avô trabalhava na fábrica, meu pai trabalhava na fábrica, meu irmão, eu mesmo”, vereador da cidade de Weirton e ex -trabalhador de aço Enzo Fracasso disse à West Virginia Public Radio Em 2019. “O moinho fez muitas pessoas, dezenas de milhares de pessoas, criar uma família, enviar filhos para a escola, viver o sonho americano.”
Mas, assim como aconteceu em outras partes do cinturão da ferrugem, os negócios caíram quando a competição internacional esquentou. A Weirton Steel declarou falência em 2003 e acabou sendo comprada pelo fabricante de aço multinacional ArcelorMittal. Grande parte do moinho original foi demolida em 2019.
Agora, do outro lado do país, as mudanças estão em andamento que podem levar uma nova indústria a Weirton após a partida da fábrica. Dentro de um armazém baixo, perto da costa pantanosa de Berkeley, Califórnia, bandejas elegantes cheias de pó de ferro, espere para serem montadas em uma nova forma de armazenamento de energia. A operação pertence à Form Energy, uma empresa que procura desenvolver as primeiras baterias de ar-ferro de ferro disponível comercialmente do mundo.
Sim, ferro e ar comum. Os seres humanos sabem por milênios que, quando a água, o oxigênio e a mistura de ferro, eles criam ferrugem. Aprendemos mais recentemente que essa reação também libera energia. As baterias de ar de ferro capturam essa energia e a transformam em corrente elétrica-depois recarregue revertendo a reação, “desenrolando” o ferro e devolvendo-o à sua forma metálica. A NASA experimentou baterias à base de ferrugem na década de 1960, mas as unidades resultantes foram consideradas muito pesadas, lentas e desajeitadas para serem boas para muito. Hoje, a Form Energy espera que eles possam ser exatamente o que precisamos para nos afastar dos combustíveis fósseis, revitalizando comunidades pós-industriais como Weirton ao longo do caminho.
Assistir: perseguir carbono zero
Embora tenhamos desenvolvido muitas maneiras de produzir eletricidade, não há como armazenar uma corrente elétrica real, que é basicamente apenas elétrons que fluem entre os átomos. Isso torna a eletricidade “a melhor mercadoria perecível”, formou o co-fundador da Energy e cientista-chefe ainda Ming Chiang, disse em entrevista ao documentário da Nova “Perseguindo carbono zero. ” “Se você não o usar, precisa dissipá -lo ou deve armazená -lo.” E armazenar, economizando em uma forma diferente.
Com a ascensão da energia solar e eólica, a possível estrutura de uma grade elétrica sem combustível fóssil está começando a se tornar clara-e algumas lacunas importantes estão surgindo, disse Chiang. Ao analisar os padrões de uso de eletricidade, clima e disponibilidade de energia renovável, formam energia zerada em intervalos de até 100 horas que pareciam aparecer entre os dias em que o tempo permitiria a produção solar ou de vento. Mas materiais de bateria populares como o lítio são muito caros para serem usados para preencher essas lacunas. “Para fazer armazenamento de vários dias, precisamos ter baterias que custam cerca de um décimo ou menos do que as baterias de íon de lítio de hoje”, disse ele.
E sim, as baterias de íon de lítio funcionam bem para descarga de curto prazo e recarga relativamente rápida. Além disso, eles são leves, tornando -os baterias móveis ideais para laptops, telefones celulares e carros elétricos. Mas, para uma bateria gigante e de vários dias que provavelmente viverá permanentemente em uma usina solar ou de energia de eletricidade à base de vento, algo mais pesado funcionaria bem desde que seja mais barato. “O ar ainda está livre”, disse Chiang, rindo, “e o ferro é um dos materiais de menor custo mais produzidos e de menor custo do mundo”. Esse preço desempenhará um papel importante, pois as primeiras usinas do formulário ficam on -line, já que o design exige ferro em enormes quantidades. As renderizações da empresa de um sistema de 56 megawatts mostram fileiras limpas de centenas de gabinetes de bateria semelhantes a contêineres de remessa organizados para apoiar uma fazenda de painéis solares. Em um projeto piloto muito menor em Minnesota, um sistema de 1,5 megawatt terá a capacidade de alimentar 400 casas por 100 horas.
Uma renderização de artistas de um sistema de armazenamento de energia de 56 megawatts, com gabinetes de bateria de ar de ferro dispostos ao lado de uma fazenda solar. Imagem cortesia da energia da forma.
Para entender como, ajuda a conhecer alguns princípios básicos. Uma bateria é uma maneira de armazenar energia em forma química e depois convertê -la em uma corrente elétrica quando necessário. Embora assumam muitas formas, as baterias geralmente contêm um eletrodo carregado positivamente (um cátodo) e um eletrodo carregado negativamente (um ânodo), ambos imersos em um líquido chamado eletrólito. Quando a bateria está fornecendo energia – ou descarrega – as reações químicas fazem com que o ânodo libere elétrons. Eles deixam a bateria através de um fio ou outro condutor para alimentar um dispositivo, fluindo de volta para a bateria através do cátodo. (O eletrólito permite que a reação continue deixando os íons passarem entre o ânodo e o cátodo.)
A bateria do formulário possui um cátodo de lençol fino de um lado, um ânodo feito de ferro em pó junto com malha do outro e um eletrólito à base de água no meio. O ar passa pelo cátodo e reage com o eletrólito, criando íons hidróxidos com carga negativa na superfície interna do cátodo. Uma vez que essa superfície fica lotada de íons, eles se afastam em direção ao ferro, onde se agarram e criam hidróxido de ferro, a primeira fase da ferrugem. E quando fazem isso, desistem de elétrons, que podem ser guiados da bateria na forma de uma corrente elétrica. ““A bateria começa com o ânodo de uma forma totalmente metálica, o Iron Metal ”, diz o vice -presidente de engenharia Zac Judkins. Após 100 horas, que o ferro está totalmente enferrujado e a bateria acaba.
Para recarregar a bateria – para “desviá -la” – uma corrente é enviada de volta pelo sistema, revertendo as reações químicas. “Para descarregar, damos oxigênio e eliminamos elétrons”, explica Judkins. “Para cobrar, damos elétrons e saímos de oxigênio”. Introdução de corrente elétrica no sistema, quebra a ferrugem em seus componentes de oxigênio e ferro. O oxigênio deixa a célula como bolhas; O ferro é deixado inteiro e metálico novamente.
O desenrolar pode parecer estranho, mas na verdade é um processo que também foi aproveitado em outras arenas. O CEO da FORM Energy Mateo Jaramillo ressalta que ocasionalmente os engenheiros responsáveis pela manutenção da infraestrutura aplicarão uma corrente elétrica muito leve a estruturas de aço como pontes para evitar ferrugem e corrosão. Mas o desenrolar é muito mais difícil de alcançar do que enferrujar em uma bateria, pois pode degradar alguns dos componentes. Entre os desafios técnicos da empresa está encontrando uma maneira de contornar essas limitações.
Formulário do protótipo do módulo de bateria de ferro a ar 2023 da energia. Imagem cortesia da energia da forma
Inside Form em Berkeley Warehouse, um laboratório possui cubas dispersas de líquido e prateleiras de módulos conectados a emaranhados de tubos. O leme agudo dos ciclistas de bateria contra a batida opaca dos ventiladores de ventilação cria uma sinfonia elétrica.
Uma nova tecnologia projetada para a grade elétrica requer testes extensos, e esta sala é dedicada a projetar testes para identificar restrições e responder a outras perguntas: as baterias de formar podem funcionar a 50 ° C? Que tal -30 c? Quanto ar é melhor fornecer a cada célula? Com que rapidez as baterias se degradam sob várias condições? “Toda bateria que você vê aqui está aprendendo coisas diferentes”, diz Judkins.
A instalação de Berkeley da Form permanecerá um centro de testes e engenharia de produtos, mas o plano é mover sua fabricação do berço de novas tecnologias para uma área muito, bem, mais rusterosa. Talvez sem surpresa, muitas das coisas que você precisa para uma fábrica de baterias de ferro-ar são encontradas em cidades siderúrgicas: rios para mover matérias-primas pesadas, linhas ferroviárias para remessa de produtos acabados e pessoas com experiência em trabalhar em indústria pesada. “Isso criará empregos reais de fabricação em partes do país que viram uma grande perda de empregos das indústrias tradicionais e podem não ter se visto como parte dessa revolução verde”, disse Chiang.
Isso pode ser uma boa notícia para Weirton. Depois de considerar possíveis sites em todos os EUA, forme energia quebrou o chão Em uma instalação de produção na cidade em maio. Será um pouco poeticamente situado no terreno da antiga fábrica de siderúrgicas, cuja parte restante agora produz revestimento de lata e emprega uma força de trabalho muito menor.
“Existe um tipo de base de conhecimento cultural em trabalhar com ferro”, diz Jaramillo sobre a cidade. Além disso, Weirton ainda tem acesso a ferrovias e um porto fluvial. E ajuda que a ArcelorMittal, agora um investidor de forma, já tem raízes lá.
Tudo o que será útil se o formulário for cumprir seu objetivo de entregar baterias a seus primeiros clientes, utilizando serviços de energia em Minnesota, Colorado e Geórgia, a partir de 2024. Ele reuniu mais de US $ 800 milhões em financiamento para que isso aconteça: agora só precisa de muito ferro e ar.