Novos materiais e conceções podem tornar uma das principais fontes de energia renovável mais ecológica e mais barata.
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À primeira vista, a torre das turbinas eólicas que se ergue da paisagem verdejante do município sueco de Skara parece uma torre como qualquer outra. Atinge uma altura de 105 metros e, no topo, suporta um trio já familiar de grandes pás rotativas.
Mas, ao contrário da maioria das torres de turbinas eólicas, que são feitas de aço, esta é de madeira. Trata-se da primeira instalação comercial da empresa de engenharia sueca Modvion, e poderá apontar para o futuro da energia eólica.
Madeira imponente
Quando se trata de energia renovável, a madeira pode tornar a energia eólica ainda mais ecológica, servindo de material para as torres.
Além disso, a madeira pode ajudar as turbinas eólicas a tornarem-se mais baratas e mais potentes, proporcionando um incentivo económico para além do incentivo ambiental, de acordo com o Diretor Executivo da Modvion, Otto Lundman.
"As torres de turbinas de madeira são mais leves, mais modulares e permitem mais altura de construção do que as torres de aço", afirmou Lundman.
A Modvion recebeu financiamento da UE para fazer avançar o objetivo das turbinas eólicas de grande altitude com torres de madeira. O projeto decorreu de outubro de 2020 a setembro de 2023.
A torre da turbina de Skara nasceu deste projeto e é feita de madeira laminada proveniente da fábrica da Modvion em Gotemburgo, situada a cerca de 130 quilómetros a sudoeste.
Demorou cerca de um ano a construir e entrou em funcionamento para a empresa de eletricidade sueca Varberg Energi em fevereiro de 2024. A Vestas, sediada na Dinamarca, forneceu a turbina.
"A construção e a conceção de torres deste tipo requerem grandes investimentos", afirmou Lundman. "O financiamento da UE foi fundamental para nos permitir desenvolver esta tecnologia".
Em direção ao crescimento
A energia eólica tem crescido rapidamente em toda a Europa nos últimos anos e, em 2022, satisfazia 16% das necessidades de eletricidade da UE. A energia eólica também foi responsável por 37% da eletricidade produzida a partir de fontes renováveis na UE em 2021. Um recorde 17 gigawatts de energia eólica foi atingido na Europa em 2023, de acordo com a associação do sector WindEurope.
No entanto, a energia eólica deve continuar a expandir-se para que a UE cumpra os objetivos de reduzir as emissões de gases com efeito de estufa em 55% em 2030, em comparação com os níveis
de 1990, e de aumentar a quota de mercado das energias renováveis para 42,5% no final da década, contra os atuais 23%.
Para ajudar a atingir esses objetivos, é necessário construir 30 gigawatts de turbinas eólicas por ano até 2030.
Em alguns círculos da indústria, pensa-se que são necessárias novas conceções capazes de aumentar a rentabilidade, o que impulsiona os esforços científicos.
"O sector da energia eólica tem feito um excelente trabalho ao diminuir progressivamente o custo da energia nas últimas décadas", afirmou James Carroll, professor associado da Universidade de Strathclyde, no Reino Unido. Mas a melhoria dos custos das turbinas tradicionais tem vindo a abrandar. "É por isso que temos de procurar melhorias mais radicais".
Contar os ganhos
É aí que a torre de madeira para turbinas eólicas da Modvion é promissora, por três razões económicas notáveis.
Uma tem a ver com a força. A madeira laminada utilizada pela Modvion é 55% mais forte por peso do que o aço tradicionalmente utilizado nas torres das turbinas eólicas, segundo a empresa.
A Modvion chama à sua madeira artificial "a fibra de carbono da natureza".
Outra razão para otimismo é o peso. Uma torre de madeira é um terço mais leve do que uma torre de aço comparável e, por conseguinte, é mais fácil de transportar.
Depois há a altura. Com as vantagens de resistência e de transporte da madeira, a Modvion pretende construir torres mais altas.
"Quanto mais alto se vai, mais vento se pode apanhar", disse Lundman.
Bases mais alargadas
Para compreender o desafio técnico das torres, considere que estas são construídas como um cone invertido: mais largo em baixo e mais estreito em cima. Quanto mais alta for a torre, mais larga deve ser a base.
Tradicionalmente, isto é conseguido através do empilhamento de cilindros de aço uns sobre os outros. Mas, a partir de uma determinada altura da torre, torna-se praticamente impossível transportar os cilindros de base por estrada devido ao seu tamanho e peso.
Em contrapartida, uma construção em madeira utiliza painéis em forma de C, que são colados para formar um cilindro. Isto torna a construção mais modular e o envio de peças muito mais fácil - um pouco como o IKEA para torres de turbinas eólicas.
A utilização de estruturas de aço modulares semelhantes seria ineficaz, porque teriam de ser aparafusadas umas às outras, aumentando consideravelmente os custos, segundo Lundman.
Alívio climático
Para além das vantagens económicas da madeira, há ainda as vantagens ambientais.
A madeira é melhor para o clima do que o aço. A produção de aço requere muita energia e envolve a queima de combustíveis fósseis que emitem gases com efeito de estufa.
"Ao mudar de uma torre de aço para uma de madeira, reduz-se em 90% as emissões resultantes da produção da torre", afirmou Lundman.
Como as florestas são importantes armazenadores de carbono, a Modvion obtém a sua madeira de florestas geridas de forma sustentável na Escandinávia. As torres da empresa podem também ser recicladas após a sua desativação, o que representa mais um ganho ecológico.
Após o financiamento da UE, a prioridade da Modvion é aumentar a produção.
"Produzir torres de madeira como esta nunca foi feito antes à escala industrial", disse Lundman. "Por exemplo, tivemos de ser nós a fabricar as máquinas de laminação. Simplesmente não existiam para o nosso objetivo nestes tamanhos".
Segundo ele, a Modvion tem como objetivo ter uma fábrica de maior volume a funcionar até 2027. O objetivo é fornecer 10% do mercado mundial de energia eólica dentro de uma década.
Ensaio da turbina
O trabalho na próxima geração de equipamentos de energia eólica envolve não apenas as torres, mas também as turbinas.
Outro projeto financiado pela UE reimaginou o aspeto e o funcionamento de uma turbina eólica. Denominado XROTOR, o projeto examinou a viabilidade de uma turbina de eixo vertical combinada com rotores secundários de eixo horizontal em vez de apenas o eixo horizontal convencional. Uma turbina de eixo vertical gira em torno da sua torre.
"A ideia tem já mais de 10 anos", afirmou William Leithead, professor de sistemas e controlo na Universidade de Strathclyde. "Vi que as turbinas eólicas de eixo vertical sem rotores secundários não funcionavam de uma forma economicamente eficiente e comecei a pensar numa solução".
Leithead e Carroll lideram o XROTOR, que deverá terminar em abril de 2024, ao fim de três anos e quatro meses.
Embora as turbinas de eixo vertical possam ser colocadas mais próximas umas das outras, têm uma grande desvantagem: as pás giram mais lentamente. Isto aumenta o acionamento da turbina, o tamanho da unidade de tração e o custo para a energia gerada, enfraquecendo a justificação económica para tal conceção.
"Fundamentalmente, são demasiado caros para a energia que geram", afirmou Leithead.
Rotor em forma de X
Em resposta, os investigadores do XROTOR adaptaram o conceito. Conceberam uma turbina de eixo vertical com um rotor primário em forma de X que tem turbinas mais pequenas de eixo horizontal nas pontas.
Os rotores secundários giram muito rapidamente e geram a energia da turbina. Este projeto poderia combinar as vantagens das turbinas de eixo vertical e de eixo horizontal.
"É possível colocar estas turbinas mais próximas umas das outras no mar", afirmou Leithead. "As turbinas convencionais produzem uma esteira de vento, o que significa que não se pode colocá-las muito perto umas das outras ou o seu desempenho será afetado".
Atualmente, os parques eólicos estão a ser empurrados para mais longe no mar para encontrar áreas não preenchidas. Isto aumenta os custos porque as turbinas têm de ser mais resistentes a condições meteorológicas extremas e têm de ser instalados mais cabos.
Se as turbinas pudessem ser colocadas mais próximas umas das outras, seria possível produzir mais eletricidade perto da costa.
"O impacto desta proximidade pode ser enorme", afirmou Leithead. "Estamos a falar de uma poupança de custos de 20% em comparação com turbinas de eixo horizontal de dimensão semelhante".
Embora tenha passado por simulações, o novo conceito ainda tem de ser construído e testado num ambiente real, pelo que os potenciais benefícios ainda têm de ser comprovados.
Leithead e os seus colegas estão a preparar-se para partilhar os resultados do XROTOR e para procurar financiamento de acompanhamento junto de investidores privados e públicos.
"Vai demorar pelo menos quatro anos, e provavelmente mais, até vermos este conceito no mundo real", disse Leithead. "É uma ideia radicalmente nova, mas é isso que torna a investigação tão divertida".
A investigação neste artigo, incluindo o projeto Modvion, foi financiada pelo programa Horizon da UE através do Conselho Europeu de Investigação (CEI). Os pontos de vista dos entrevistados não refletem necessariamente os da Comissão Europeia.
Este artigo foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE