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Tecnologias de armazenamento de energia no Brasil

Foto do escritor: Rafael DiabRafael Diab

Atualizado: 2 de fev.


Fonte: Unsplash


O Brasil é um dos pioneiros em energia elétrica sustentável, tendo 93,1% da sua matriz energética em fontes renováveis, como Hidrelétrica, Eólica e Solar. Porém, nos últimos anos, devido às constantes secas e problemas climáticos do país, a produção de energia, especialmente a partir de hidrelétricas - que representa quase metade da energia brasileira -, tem gerado maior insegurança energética nacional. Com isso, fontes alternativas têm ganhado espaço, com destaque para a eólica e a solar, que, apesar de muito importantes para a relevância mundial brasileira, ainda possuem grandes gargalos relacionados ao desperdício do excesso produzido quando a oferta está em alta e à capacidade de suprir períodos de grande demanda, nos quais o país ainda é dependente das termelétricas. Desse modo, como solução à questão, surge o armazenamento de energia excedente, que visa estabilizar essa oferta energética.


Entretanto, a baixa expertise no setor e altos custos de implementação são problemas que o país deve enfrentar para realizar a inserção dessas tecnologias. Logo, cabe a reflexão acerca de quais medidas serão necessárias para a viabilização do desenvolvimento desse cenário de armazenamento e, consequentemente, a redução da geração de energia mediante poluentes.


Cenário Energético Brasileiro


Atualmente, o Brasil é dividido, em ordem decrescente de produção, em: Hidrelétricas, Eólica, Biomassa + Biogás, Solar, Gás Natural, Importações, Nuclear, Carvão Mineral, Petróleo. Pensando na situação de cada uma dessas fontes energéticas, todas apresentam obstáculos que impedem o seu crescimento, como secas, custos de investimentos, escalabilidade ou impacto ambiental.


(1) Energia Hídrica

A geração hidrelétrica é o maior componente da matriz energética brasileira, representando 56% da capacidade instalada em 2023, equivalente a 396 TWh​. Com grandes usinas como Itaipu e Belo Monte, o Brasil mostra sua força e vulnerabilidade ao mesmo tempo, por depender tanto de tais instalações. Essa dualidade se deve pelas secas, especialmente no Sudeste e Centro-Oeste, que têm reduzido os níveis dos reservatórios para cerca de 35% de sua capacidade operacional, impactando negativamente a produção elétrica e forçando a ativação de fontes termelétricas mais caras e poluentes​​. Nesse contexto, a necessidade de outras fontes de energia, que, no Brasil atual, em momentos de alta demanda, tendem a ser as termelétricas, acaba crescendo.

(2) Energia Termoelétrica

As usinas termelétricas têm, em um contexto macro, pouca participação na matriz brasileira. No entanto, tal cenário é alterado nos momentos de variação de produção diária e ao longo das estações do ano, que, nos picos de demanda, obrigam o uso desse tipo de energia, por serem fontes rápidas de produzir e não dependerem de um fator externo, como níveis de água e condições climáticas. Contudo, essa rapidez e independência têm um custo alto, tanto monetário quanto ecológico, devido ao custo elevado dos combustíveis e à alta pegada de carbono que essas usinas emitem durante a queima dos combustíveis. Nesse sentido, o principal empecilho que gera essa necessidade é a baixa capacidade de armazenamento do sistema brasileiro, que tende a perder a energia excedente nos momentos de alta oferta, necessitando o uso de termelétricas quando a demanda se mostra maior que essa oferta.    

(3) Energia Eólica

Dessa forma, a fim de solucionar essas limitações do cenário atual, há a necessidade de usar de outros tipos de energia, sendo a eólica a principal escolha, especialmente no Nordeste. Isso porque o clima semiárido predominante em grande parte da região impede grandes reservatórios de água, além de possuir ótimas condições de vento para a produção de energia. Em 2023, por exemplo, o Brasil produziu 95 mil GWh desse tipo de energia, tendo um investimento de, entre 2010 e 2021, de US$ 35,8 bi, e apenas em 2023, US$ 7 bi, o que mostra o grande incentivo do governo no crescimento desse modal. Entretanto, devido à sua natureza, a energia eólica depende muito da época do ano, tendo grande variação ao longo das estações, necessitando de um armazenamento a longo prazo para sustentar períodos de menos ventos.

(4) Energia Solar

Além da energia eólica, a produção de energia a partir da fonte solar também tem ganhado forte destaque, com grandes investimentos em placas fotovoltaicas cada vez mais eficientes, além de ser uma fonte que permite seu uso pessoal, sem necessidade de larga escala. Em relação ao uso domiciliar, há uma grande presença no Brasil como um todo, em especial nos estados de São Paulo, Rio Grande do Sul e Minas Gerais, com 342 mil, 229 mil e 204 mil sistemas instalados, respectivamente. Ademais, um critério crucial para análise da viabilidade dessa energia é o preço das placas fotovoltaicas, sendo quase 6 vezes o preço do salário mínimo (R$ 1412,00) para 300 kWh mensais, no qual ainda é intangível para parte da população. Nessa perspectiva, entre os principais impedimentos dessa modalidade, a energia solar tem uma clara dependência com o horário do dia, gerando rendimento apenas em momentos em que o sol está no horizonte, dependendo de um sistema de armazenamento de curto prazo para o uso em noites e madrugadas, visto que os sistemas estarão inativos nesses períodos de tempo.



(5) Biomassa e Biogás

Paralelo a isso, a biomassa e o biogás são mais direcionados à produção de biocombustíveis e têm um impacto limitado no consumo de energia elétrica por não ser o principal objetivo da fonte, além de não possuírem capacidade para substituir termelétricas e hidrelétricas de forma significativa. Contudo, o Brasil se destaca como referência mundial na produção desses recursos, graças à cana-de-açúcar, amplamente utilizada na geração de biomassa.

(6) Energia Nuclear

Por último, o Brasil tem como alternativa à energia nuclear, que ainda é pouco desenvolvida no território nacional, com apenas duas usinas em funcionamento, Angra 1 e Angra 2, com Angra 3 em construção. Isso porque o custo de sua construção é extremamente alto, por exemplo Angra III, com estimativa de 23 bilhões de reais, dificultando a popularização do meio no Brasil, que já possui diversas dificuldades econômicas, sem citar as complexidades geradas por sua operação, como o lixo radioativo gerado e o aquecimento das águas marinhas.

Diante do exposto, pensando nos problemas oriundos da energia hidrelétrica e termelétrica, e os gargalos presentes na eólica e solar, fica evidente a necessidade de planos de ação relacionados ao armazenamento em longo prazo e curto prazo, buscando suprir as necessidades das energias renováveis que mais crescem no país: solar e eólica.


Tecnologias e soluções

Atualmente, no cenário global, existem diversas maneiras de armazenar energia e muitos países estão apostando em soluções que são mais coerentes com o seu contexto de produção, demanda e nível tecnológico. No panorama brasileiro, isso não é diferente, visto que, considerando os problemas do modelo atual, o país deve começar uma nova era de adaptação para não depender de fontes energéticas atuais. Nesse viés, as tecnologias emergentes, no ramo de armazenamento de energia em longo e curto prazo, que temos são: Hidrogênio Verde e Armazenamento de energia por baterias em escala, respectivamente.


Possuindo diversos pontos favoráveis a sua aplicação paralelamente a pontos contra ela, a implementação da tecnologia correta e a utilização dos meios certos para isso se mostram um passo essencial para o progresso dessa diversificação. Sendo assim, ambas possuem grande potencial de impacto ambiental e econômico, valendo aprofundar o entendimento no funcionamento de seus planos de implementação.


(1) Hidrogênio Verde


O hidrogênio verde é produzido por meio da eletrólise da água, utilizando eletricidade proveniente de fontes renováveis, como solar e eólica, para separar as moléculas de água em hidrogênio e oxigênio. Esse processo não gera emissões de gases de efeito estufa e, ao usar como fonte energias sustentáveis, todo processo é eco-friendly², tornando-o uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis. 


Ele pode ser armazenado por grandes períodos de tempo, sendo útil por meses e, por isso, é uma ótima alternativa para armazenar a energia proveniente de usinas eólicas e hidrelétricas, que possuem grande variação devido à sazonalidade. Para durar muito tempo, o armazenamento exige sistemas altamente eficientes, considerando que se trata de um gás. Por essa razão, o hidrogênio ainda é uma tecnologia em desenvolvimento no Brasil, com grande potencial, mas que demanda um planejamento robusto e elevados investimentos para sua implementação. Entretanto, a produção de hidrogênio apresenta uma perda de aproximadamente 50% da energia inicial, devido à própria natureza do processo de eletrólise, o que, devido à alta capacidade do país de produzir energia, não se mostra como um obstáculo crucial, tendo em vista a quantidade de energia que o Brasil tem disponível em momentos de pico de produção.


Em termos de investimentos, o Brasil tem atraído projetos de grande porte. Por exemplo, o Conselho Nacional das Zonas de Processamento de Exportação aprovou recentemente o maior projeto de produção de hidrogênio verde em larga escala do país, a ser instalado na ZPE de Pecém, no Ceará. Além disso, empresas como a Eletrobras têm firmado parcerias para desenvolver soluções sustentáveis, focando na produção de hidrogênio verde e na potencial instalação de plantas de combustíveis sintéticos. Comparado a outros países, o Brasil apresenta vantagens competitivas, devido à nossa matriz já muito sustentável. Na Europa, países como a Espanha têm reforçado seu compromisso com o hidrogênio verde, planejando aumentar sua capacidade de produção para alcançar 11 gigawatts até 2030. 


Considerando suas vantagens em termos de armazenamento e o pioneirismo do Brasil, o hidrogênio verde pode ser considerado uma ótima alternativa para o sistema atual brasileiro de energia eólica, que, ao invés de perder a energia que sobra, pode produzir hidrogênio verde.

 


(2) Sistemas de armazenamento de bateria em escala


Ao comparar com as grid-scale batteries1, os dois modais têm grandes diferenças em termos de pontos positivos e negativos, sendo quase opostos. As baterias de escala de rede são sistemas de armazenamento de energia elétrica projetados para operar em larga escala, desempenhando um papel crucial na estabilidade e eficiência das redes elétricas modernas. O princípio básico envolve converter a energia elétrica em uma forma armazenável, mantê-la em estado de repouso até que seja necessária e, em seguida, reconvertê-la para uso na rede. Estas baterias permitem o uso rápido e eficiente entre pequenos deltas de tempo, sendo essencial para variações de demanda durante o dia, o que a torna uma ótima opção para a energia solar, onde a energia produzida de manhã e de tarde pode ser armazenada até a noite. 


Entre os tipos mais utilizados, as baterias de íon-lítio destacam-se como a escolha predominante devido à sua alta eficiência, variando de 85% a 95%, e sua rápida capacidade de resposta. Essas baterias utilizam a movimentação de íons de lítio entre os eletrodos positivo e negativo, permitindo armazenar energia com densidade relativamente alta, variando de 150 a 250 Wh/kg, que com a última o quilograma de bateria poderia alimentar uma lâmpada por 25 horas. No entanto, elas apresentam desafios como: custos elevados, impactos ambientais associados à mineração de lítio e cobalto, e degradação ao longo do tempo, especialmente em ciclos frequentes. Apesar disso, são amplamente utilizadas para estabilizar redes elétricas e compensar a intermitência de fontes renováveis como energia solar e eólica. Considerando esses altos custos, eles são diretamente relacionados ao preço do lítio, que tende a decrescer consideravelmente nos próximos anos, como mostra o gráfico abaixo.


Uma das tecnologias mais promissoras para o futuro são as baterias de estado sólido, que utilizam um eletrólito sólido em vez de líquido. Isso elimina os riscos de vazamento e aumenta significativamente a densidade energética e a segurança. Apesar do potencial, essas baterias ainda enfrentam altos custos de produção e desafios para a fabricação em larga escala, limitando sua disponibilidade no mercado atual. No entanto, sua aplicação futura pode transformar o armazenamento de energia em redes elétricas e transporte pesado.

Logo, pensar na realização de pesquisas e estudos sobre essa bateria pode ser um grande desafio, mas também um grande passo para o cenário energético brasileiro.


Enquanto as baterias de íon-lítio são ideais para armazenamento de curto prazo e integração de renováveis intermitentes enquanto tecnologias emergentes - como as de estado sólido - prometem maior densidade energética e segurança, mas ainda precisam superar desafios técnicos e econômicos para alcançar viabilidade comercial em larga escala.


Por isso, pensando em uma implementação no Brasil como opção para aprimorar o cenário de energia solar no país, é essencial utilizar as baterias de íon-lítio para reestruturar as redes elétricas em que painéis fotovoltaicos estão presentes, permitindo maior utilização de sua produção durante momentos de inatividade.


Plano de implementação do hidrogênio verde


(1) Objetivo

O Brasil possui uma oportunidade única de integrar o hidrogênio verde como parte estratégica de sua matriz energética, utilizando excedentes de energia gerados por fontes eólicas e hídricas. Este plano tem como objetivo principal viabilizar o armazenamento de energia renovável a longo prazo, garantindo maior estabilidade no fornecimento e reduzindo a dependência de fontes fósseis.

Com investimentos estimados em R$ 80 bilhões ao longo de dez anos, o projeto busca capacitar profissionais especializados, desenvolver uma infraestrutura robusta e fortalecer a cadeia produtiva do hidrogênio verde. Ao aproveitar a estrutura criada para a implementação das baterias de lítio, o plano reforça a transição energética do Brasil, consolidando o país como um dos líderes globais em tecnologias limpas.

(2) Capacitação e Desenvolvimento de Talentos

A implementação do hidrogênio verde depende de profissionais capacitados para operar e expandir as novas tecnologias. Com isso em mente, o plano prevê um investimento de R$ 19 bilhões em programas de formação técnica, certificação profissional e modernização de instituições educacionais como continuação do  plano brasileiro. Esse esforço será direcionado para fortalecer universidades e centros de formação técnica, como USP, ITA e SENAI, equipando-os com laboratórios avançados e ferramentas práticas para pesquisa e ensino.

Cerca de R$ 7,6 bilhões, ou 40% do orçamento, serão destinados à modernização da infraestrutura educacional. Esse investimento permitirá que estudantes e profissionais tenham acesso a equipamentos de ponta, como simuladores de eletrolisadores e sistemas de armazenamento de energia. Outros R$ 6,65 bilhões serão aplicados na criação de programas de certificação profissional e cursos de especialização voltados às necessidades regionais, como a operação de plantas de hidrogênio verde no Nordeste e Sudeste. Com isso, espera-se formar cerca de 5.000 especialistas até 2030, prontos para liderar o setor.

Adicionalmente, parcerias estratégicas com institutos internacionais, como o Fraunhofer Institute na Alemanha, serão financiadas com R$ 4,75 bilhões. Essas colaborações incluem projetos conjuntos, intercâmbios acadêmicos e transferência de tecnologia, garantindo que o Brasil se mantenha alinhado às melhores práticas globais. O impacto direto dessas iniciativas será a criação de uma força de trabalho capacitada e inovadora, essencial para sustentar o crescimento do setor de hidrogênio verde no país.

O intuito é repetir o que foi feito durante a primeira reestruturação, buscando atingir um alto nível técnico e tecnológico interno para ser capaz de otimizar e criar a infraestrutura necessária para a produção e armazenamento do hidrogênio verde no país.

(3) Desenvolvimento de Infraestrutura

O desenvolvimento da infraestrutura de hidrogênio verde será conduzido em três fases, com um investimento total de R$ 85 bilhões ao longo de dez anos. Na primeira fase, R$ 25,5 bilhões serão alocados para a construção de plantas de produção no Nordeste, região que concentra o maior potencial eólico do Brasil. Estados como Ceará e Rio Grande do Norte receberão as primeiras unidades, com capacidade inicial de 1 GW cada. Essas plantas converterão o excedente de energia eólica em hidrogênio verde, que será armazenado e transportado para consumo interno e exportação.

Na segunda fase, R$ 34 bilhões serão destinados ao Sudeste e Sul, com foco em integrar plantas de hidrogênio verde às usinas hidrelétricas. Em São Paulo, por exemplo, as plantas atenderão a indústrias de grande porte e centros urbanos, enquanto no Rio Grande do Sul, a combinação de energia eólica e hídrica criará um sistema híbrido altamente eficiente. A última fase, com R$ 25,5 bilhões, será voltada para o Centro-Oeste e Norte, priorizando o fornecimento de energia renovável para comunidades remotas e áreas agrícolas.

Além disso, todas as plantas serão projetadas com princípios de economia circular. Sistemas de reciclagem serão integrados, permitindo que até 90% dos materiais utilizados nos processos de produção sejam reaproveitados. A sustentabilidade também será reforçada pela exploração de minerais nacionais, como o lítio de Minas Gerais, reduzindo a dependência de importações e fortalecendo a autonomia do setor energético.

(4) Fortalecimento da Cadeia Produtiva

A criação de uma cadeia produtiva sólida será fundamental para sustentar o crescimento do setor de hidrogênio verde. Parte dos investimentos em infraestrutura será destinada a incentivar a participação de fornecedores nacionais, desde a fabricação de eletrolisadores até a logística de transporte e armazenamento.

Políticas de incentivo fiscal e linhas de crédito específicas serão implementadas para atrair empresas que desejem investir em tecnologias relacionadas ao hidrogênio verde. Ao mesmo tempo, o Brasil buscará ampliar sua participação no mercado global, que deve alcançar cifras superiores a US$ 300 bilhões até 2030. Com capacidade para atender até 4% dessa demanda, o Brasil terá um papel estratégico como produtor e exportador de hidrogênio verde.

O impacto esperado inclui a criação de mais de 10.000 empregos diretos e indiretos durante a implementação do plano. Além disso, o desenvolvimento de fornecedores locais reduzirá os custos de produção e aumentará a competitividade das empresas brasileiras no mercado internacional.


Plano de implementação das baterias


(1) Objetivo

O objetivo deste plano, produzido por um grupo de consultores, é implementar sistemas de baterias de íon-lítio em larga escala no Brasil, otimizando a redistribuição da energia solar gerada durante o dia para os períodos noturnos, reduzindo a dependência de termelétricas e promovendo uma matriz energética mais limpa.

Para alcançar esse objetivo, o plano prevê um investimento inicial de R$ 104 bilhões ao longo dos próximos cinco anos, distribuídos entre capacitação de talentos, desenvolvimento de infraestrutura e fortalecimento da cadeia produtiva nacional. Esses recursos serão utilizados para criar programas de formação profissional, modernizar redes elétricas e construir plantas estratégicas de armazenamento de energia. O impacto projetado inclui a formação de 5.000 especialistas até 2030, a estabilização da rede elétrica e a geração de mais de 10 mil empregos diretos e indiretos em um mercado em ascensão.

(2) Estruturação

A implementação de sistemas de baterias em larga escala no Brasil, alinhada à crescente geração de energia renovável, representa uma oportunidade transformadora para o setor elétrico do país. O plano proposto envolve três pilares principais: capacitação de profissionais, construção de infraestrutura de armazenamento e criação de uma cadeia produtiva nacional. O objetivo é garantir que a energia gerada por fontes como solar e eólica seja armazenada e utilizada de forma eficiente, reduzindo a dependência de termoelétricas e promovendo uma matriz energética mais limpa.

O primeiro pilar do plano destina R$ 19 bilhões anuais à capacitação técnica. Isso inclui modernizar universidades e centros técnicos como SENAI, ITA e USP, além da formação de especialistas. Essa etapa é crucial, já que a implementação de tecnologias avançadas como baterias de lítio exige conhecimento técnico qualificado. A crítica aqui é que, embora o valor pareça elevado, ele se justifica pelo impacto de longo prazo. Formar profissionais não é apenas uma questão de qualificar a mão de obra; é garantir que o Brasil não dependa exclusivamente de expertise internacional, construindo autonomia tecnológica.

O segundo pilar, com um investimento de R$ 85 bilhões, foca na construção de plantas de armazenamento em três fases. A primeira etapa, concentrada no Nordeste, utiliza o alto potencial de energia solar da região para criar a base do sistema, com capacidade inicial de 1 GWh, equivalente ao suprimento de 500 mil casas. O Sudeste e o Sul, responsáveis por uma demanda energética significativa, são o foco da segunda fase, que amplia a infraestrutura para áreas urbanas densas e setores industriais. Por fim, a terceira fase atinge o Centro-Oeste e o Norte, regiões onde a energia renovável é uma ferramenta essencial para a inclusão e desenvolvimento. Embora o montante de R$ 85 bilhões possa ser visto como um desafio financeiro, ele reflete a necessidade de alinhar o crescimento econômico à sustentabilidade. Vale destacar que a utilização das reservas nacionais de lítio e o foco na economia circular tornam o projeto não apenas viável, mas estrategicamente vantajoso.

O impacto esperado tende a ser muito grande quando implementado corretamente, a curto prazo, o plano promete maior estabilidade para as redes elétricas e a geração de mais de 10.000 empregos diretos e indiretos. A longo prazo, ele coloca o Brasil como líder regional em tecnologias de armazenamento, um mercado em expansão global. Mas a viabilidade desse projeto depende de políticas públicas consistentes e de uma visão de longo prazo. O retorno sobre o investimento não será imediato, mas os benefícios econômicos, sociais e ambientais justificam plenamente o investimento que seria feito. O maior desafio, portanto, não é técnico, mas político e financeiro: garantir que os recursos sejam aplicados de forma transparente e que os resultados planejados sejam atingidos.

O plano de implementar baterias de lítio em larga escala no Brasil não é apenas um projeto ambicioso de infraestrutura; é um compromisso real com o futuro energético do país e com a construção de um sistema mais sustentável, eficiente e inclusivo. Ele reflete a capacidade do Brasil de unir inovação tecnológica com responsabilidade ambiental, ao mesmo tempo em que promove o desenvolvimento econômico e social.

Assim, esse projeto não se limita a resolver os desafios imediatos da nossa matriz energética. Ele aponta para uma visão de longo prazo, em que o Brasil aproveita seu imenso potencial de energia renovável e recursos naturais, como o lítio, para liderar a transição para uma matriz limpa e moderna. É mais do que investir em baterias; é investir na independência energética do país e na redução de sua pegada de carbono.

Além disso, o resultado vai muito além do setor elétrico. O fortalecimento da infraestrutura e da cadeia produtiva trará novas oportunidades de emprego, estimulará a inovação e abrirá espaço para o Brasil competir em um mercado global que cresce rapidamente. Com um projeto bem executado, o país pode deixar de ser apenas um consumidor de tecnologias avançadas para se tornar um desenvolvedor e exportador dessas soluções.



Glossário:


Grid-scale batteries1: Plantas de baterias voltadas para armazenamento de energia em grandes quantidades.

Eco-Friendly²: Processo que não gera impacto negativo na natureza, sendo seguro para o meio-ambiente.



Bibliografia:


Hidrogênio Verde



Baterias e Energia Renovável

  1. Folha de São Paulo: Investimentos em energia eólicahttps://www1.folha.uol.com.br/mpme/2021/07/investimentos-na-matriz-eolica-superam-r-1871-bi-na-ultima-decada.shtml 

  2. Climainfo: Projeções para energia eólica no Brasilhttps://climainfo.org.br/2021/07/19/investimentos-em-geracao-eolica-no-brasil-somam-mais-de-r-187-bilhoes-em-dez-anos/ 

  3. Tesla e CATL: Avanços em bateriashttps://www.tesla.com/energy/ 

  4. EPE: Dados sobre consumo de energia https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/consumo-de-energia-eletrica?

  5. EPE: Informações sobre a produção de energia https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-160/topico-168/anuario-factsheet-2024.pdf#search=consumo 

  6. ANNEL: Produção legalizada de energia https://www.gov.br/aneel/pt-br/centrais-de-conteudos/relatorios-e-indicadores/

  7. EPE: Anuário de energia em 2023 https://dashboard.epe.gov.br/apps/anuario-livro/#23_Gera%C3%A7%C3%A3o_el%C3%A9trica_por_fonte_(GWh) 



Comparações Internacionais



Tecnologias e Eficiência Energética

  1. Pantheon UFRJ: Custos e desafios do hidrogênio verdehttps://pantheon.ufrj.br/bitstream/11422/21157/1/CMTCazanova.pdf 

  2. Fraunhofer Institute: Pesquisa em hidrogêniohttps://www.fraunhofer.de/

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