ENERGIA RENOVÁVEL

Quem vai ganhar a guerra  das  baterias?

Fonte:www.brinknews.com/who-will-win-the-battery-wars/

Dr. Sofiane BoukhalfaArquiteto Sênior de Projetos e Diretor Executivo do PreScouterKishore RavichandranPesquisador Avançado de Grau no PreScouterOs avanços na tecnologia de baterias e a eletrificação do automóvel contri-buíram enormemente para a mudança do cenário tecnológico que vemos ao nosso redor. 

Hoje, a corrida é entre tecnologias de bateria para reivindicar o primeiro lugar em uma variedade de aplicações. Em última análise, o ajuste entre a tecnologia / química da bateria e os requisitos exigidos por essas aplicações determinará os vencedores dessa guerra. 

As baterias de íons de lítio (LIBs) existem desde a década de 1980 , mas a recente adoção de LIBs em veículos elétricos (EVs) tem impulsionado o desenvolvimento de novas e melhores químicas de baterias. Um  relatório recente  r eleased por PreScouter detalhes o estado atual do mercado de LIB para veículos elétricos e como o mercado vai evoluir na próxima década. 

De acordo com o relatório, fatores externos impulsionarão a adoção de baterias, com os principais impulsionadores sendo a evolução dos custos das principais matérias-primas, projeções de oferta / demanda e investimentos no espaço dos principais players e governos. 

Demanda de lítio deve dobrar

Com o aumento da adoção de VEs e a crescente demanda por armazenamento de energia, a demanda de lítio de aplicações automotivas alcançou mais de 34.000t LCE (equivalente de carbonato de lítio) em 2017 e está prevista para mais do que o dobro até o final da década. 

Pesquisa e desenvolvimento levaram a grandes avanços no desempenho da bateria, mas preocupações com segurança continuam sendo uma desvantagem dessas tecnologias de baterias, já que muitas contêm cobalto, que é tóxico e perigoso para humanos , e pode contribuir para a degradação térmica da bateria em temperaturas elevadas. . Outros fatores considerados na escolha de químicas de baterias relevantes incluem custo, tempo de vida, desempenho e densidade de energia e potência.

A geopolítica das baterias

A geopolítica é um fator externo chave que pode influenciar o desenvolvimento de baterias. As principais matérias-primas utilizadas na produção de LIBs que podem ser afetadas pela geopolítica são principalmente cobalto, níquel e lítio. 

• Cobalto:  O principal produtor mundial de cobalto é a República Democrática do Congo (RDC), que responde por 50% do recurso global e 64% da produção de cobalto em 2017. Até 2025, a República Democrática do Congo responderá por 80% do cobalto global. Produção. Espera-se que a demanda triplicará para mais de 300.000 toneladas até 2040, provavelmente aumentando o preço desse recurso. 
• Níquel:  Baterias de níquel-manganês-cobalto (NMC) evoluíram usando três vezes menos cobalto em baterias mais novas, substituindo o teor de cobalto por níquel. Embora o preço do níquel tenha caído recentemente, a forte demanda de níquel proveniente dessas novas baterias já está levando a um aumento no preço. O preço do níquel aumentou mais de 20% em 2019, já que os estoques mantidos em depósitos em todo o mundo registrados na Bolsa de Metais de Londres caíram para mínimas plurianuais. O mercado de níquel vale mais de US $ 30 bilhões por ano. O suprimento global de 2,2 milhões de toneladas por ano é produzido principalmente na Indonésia (23%) e nas Filipinas (18%) - com uma enorme quantidade de 30 outros países respondendo pelos 59% restantes. 
• Lítio: o  lítio representa um mercado de US $ 3,2 bilhões, com o consumo atual aumentando de 240.000 toneladas para 1,7 milhão de toneladas em 2040. Os principais países produtores de lítio incluem a Austrália, a Argentina e o Chile. A China tem uma influência material no mercado, controlando a maioria das instalações de conversão química usadas para atualizar os concentrados. Além disso, vários produtores de lítio de topo estão sedeados na China, incluindo a Tianqi Lithium e a Jiangxi Ganfeng. No entanto, os preços do lítio deverão cair devido à oferta superando a demanda. 

Um resumo dos principais produtos químicos de baterias de íons de lítio no mercado

Baterias de Níquel-lítio-manganês-óxido de níquel (NMC) : as baterias NMC respondem por quase 28% das vendas globais de EV, e a Fitch prevêque a participação no mercado crescerá para 63% até 2027. A bateria NMC possui alta vida útil. grades e redes muito instáveis, com produtos comerciais apresentando um estado de carga de 60% (SOC) superior a 6.000 ciclos a 90% de profundidade de descarga (DOD). 

O SOC é a razão entre a capacidade da bateria da corrente e a capacidade nominal. Em aplicativos EV, o SOC é usado para determinar o intervalo do EV. O DOD refere-se a quantidade de energia que entra e sai da bateria em um determinado ciclo. Indica a porcentagem da bateria descarregada em relação à capacidade total da bateria.

O SOC é a razão entre a capacidade da bateria da corrente e a capacidade nominal. Em aplicativos EV, o SOC é usado para determinar o intervalo do EV.

Baterias de óxido de níquel-cobalto e óxido de alumínio (NCA): As baterias NCA estão se tornando cada vez mais importantes nos motores elétricos e no armazenamento em rede devido ao recente aumento na densidade de energia (> 280 Wh / kg), que anteriormente era de 150-220 Wh / kg alcance. As baterias NCA requerem uma pequena quantidade de materiais ativos, mas podem fornecer uma maior densidade de energia. Eles também são mais estáveis ​​que as baterias NMC devido à adição de alumínio.

Baterias de fosfato de ferro de lítio (LFP):  A demanda geral do mercado por LFP dobrará para mais de 200.000 toneladas / ano. Espera-se que a região da Ásia-Pacífico domine o mercado, com a principal aplicação sendo os automóveis. Com faixas de operação de -4,4 graus Celsius a 70 graus Celsius, as baterias LFP lidam com variações muito maiores de temperatura do que outras químicas. Eles também têm uma taxa de auto-descarga ligeiramente mais alta e baixa voltagem de célula (3.3V). "Vazamentos térmicos", que ocorrem quando a temperatura de uma bateria aumenta continuamente, são menos comuns para uma bateria LFP, já que ela não requer cobalto. 

Baterias de Óxido de Cobalto Lítio (LCO) e Óxido de Manganês de Lítio (LMO):  As baterias LCO (somente cobalto) e LMO (somente manganês) são precursoras de baterias NMC e NCA. As baterias LMO são normalmente usadas junto com as baterias NMC nos EVs. Este tipo de bateria foi introduzido pela primeira vez no Mitsubishi i-MiEV com as baterias da Toshiba. As misturas LMO-NMC são encontradas nas baterias dos modelos mais antigos da Nissan Leaf devido às suas vantagens de custo. Em 2018, o Nissan Leaf lançou uma mistura de LMO / NMC com um tamanho de bateria de 40 kWh, e as baterias foram fabricadas pela AESC / LG Chem.

Tendências atuais no mercado de EV

Atualmente, as baterias com cobalto (NMC / NCA) são preferidas devido à sua alta densidade de energia. No entanto, a segurança continua sendo um problema, já que os NMC e NCA são propensos a fugas térmicas - especialmente à medida que os dispositivos diminuem. As fugas térmicas podem ser causadas por sobrecarga, uma falha interna, danos físicos à bateria, um ambiente quente ou uma combinação dos itens acima. 

As baterias LFP oferecem uma chance significativamente reduzida de fuga térmica, mas fornecem energia relativamente baixa e não contêm cobalto. Embora uma bateria LFP tenha menor ciclo de vida útil, ela é amplamente usada na China e, como tal, os chineses (e os mercados globais) se beneficiam dessa infraestrutura de fabricação e cadeia de suprimentos bem desenvolvidas.

As químicas da NMC se tornaram a tecnologia preferida dos fabricantes de equipamentos originais na indústria automotiva nos últimos anos. Isso pode mudar à medida que as empresas estão trabalhando para implantar baterias contendo menos cobalto, devido aos altos preços e preocupações com a toxicidade.

Hoje, a química de LFP domina o mercado chinês com mais de 44% da demanda total de química da bateria. Embora o resto do mundo prefira produtos químicos NMC, o domínio da China sobre o setor na próxima década aumentará as vantagens do LFP em comparação com o NMC. Os vastos recursos da China em materiais terrestres, como o fosfato, também levam a uma preferência por essa química. 

Previsão

De acordo com nossa pesquisa, o NMC será o primeiro a dominar o setor de VE no início dos anos 2020, mas será ultrapassado pelas baterias LFP quando um novo aumento nos preços do cobalto coincidir com um aumento na densidade de energia da LFP alcançada por P & D. 

O aumento no custo do cobalto também aumentará o preço das células NMC em comparação com as células LFP, pois elas contêm cobalto, acelerando assim o favorecimento do mercado para a LFP. 

Se a LFP ganhar participação de mercado em relação ao NMC, o mercado chinês se tornará o centro do segmento de veículos elétricos, com os principais interessados ​​e as competências em pesquisa e desenvolvimento, fabricação e produtos comerciais. 

Por que as ONGs encabeçam a lista das que promovem o desenvolvimento sustentável ?

Fonte:https://www.greenbiz.com

Por: Eric Whan  

A liderança em sustentabilidade pelas ONGs é bem reconhecida em todo o mundo como o tipo de organização que mais contribuiu para o desenvolvimento sustentável desde a Cúpula da Terra do Rio.

Embora esta descoberta da nossa mais recente Pesquisa de Líderes de Sustentabilidade não seja nova nem surpreendente (as ONGs se posicionaram como uma instituição líder desde que começamos a monitorar essa medida em 2009), o firme compromisso das ONGs com a colaboração, engajamento e advocacia é celebrado com poucos recursos.

O setor privado registrou um declínio significativo nos ratings em comparação com 2018.

Enquanto isso, as Nações Unidas registraram um aumento de 11 pontos no reconhecimento positivo entre os especialistas e agora ocupa o segundo lugar, visto positivamente pela maior porcentagem de especialistas na história desta pesquisa. Em contraste, muito poucos especialistas avaliam positivamente o desempenho de governos nacionais e investidores institucionais. O setor privado também viu um declínio significativo nos ratings em comparação com 2018. É impossível não notar a correlação negativa entre influência e reconhecimento entre esses vários tipos de atores.

Oitocentos e sete especialistas qualificados em desenvolvimento sustentável em 78 países responderam à pesquisa deste ano em abril e maio. Eles abrangem os setores público, privado, ONG, institucional e de serviços corporativos.

Quando perguntados especificamente sobre quais ONGs eles acham que são líderes na promoção do desenvolvimento sustentável, nosso painel de especialistas cita o World Wildlife Fund (WWF) e o Greenpeace como as duas ONGs mais reconhecidas. O WWF continua sendo o líder com maior reconhecimento em relação ao ano passado (36%, sete pontos), enquanto o Greenpeace continua sendo a segunda ONG mais reconhecida (20%, sete pontos acima de 2018).

Com essa valorização crescente do WWF e do Greenpeace, juntamente com o forte desempenho de outras ONGs, como o World Resources Institute, Oxfam e The Nature Conservancy, estamos vendo um conjunto diversificado de ONGs que são colaboradoras e ativistas liderando a tarefa de promover o desenvolvimento sustentável. desenvolvimento.

ONGs LÍDERES

O WWF detém uma posição dominante como o líder percebido em todas as regiões, enquanto o Greenpeace também tem um desempenho globalmente forte. O World Resources Institute é o primeiro colocado em todas as regiões, exceto na África / Oriente Médio, enquanto a The Nature Conservancy é vista como uma das principais ONGs das Américas.

Por que os especialistas apontam as ONGs como as que mais contribuem para o avanço do desenvolvimento sustentável?

Geralmente, as ONGs são altamente classificadas porque seu propósito é agir no interesse público. Mais especificamente, as ONGs ativam questões de imediação pública ou aquelas que a ciência diz necessitar de atenção imediata, independentemente do perfil público atual.

O lixo plástico nos oceanos é um ótimo estudo de caso aqui. O que talvez distingue o WWF, o Greenpeace e a Oxfam de outras ONGs é que elas têm filiais locais com pessoas dirigindo agendas dentro de suas próprias regiões em todo o mundo. Uma abordagem localizada, juntamente com uma presença internacional, é importante para que sejam globalmente reconhecidas.

Quando questionados sobre como os especialistas definem liderança de ONGs, o engajamento e a participação de stakeholders (27%) são citados como atributos-chave seguidos por ativismo e defesa (15%), inovação, conhecimento e abordagem baseada em ciência (15%).

Especialistas também foram questionados sobre a relativa urgência de uma lista de desafios de desenvolvimento sustentável, com questões ambientais como mudanças climáticas, perda de biodiversidade, escassez de água, poluição da água e resíduos de plástico no topo de uma lista de desafios urgentes enfrentados pela comunidade global.

Urgência dos desafios do desenvolvimento sustentável

O lixo plástico não estava na agenda pública até poucos anos atrás, e provavelmente não seria hoje sem o esforço das ONGs e de seus defensores colaborativos.

A pesquisa de líderes do GlobeScan / SustainAbility de 2019 | Relatório

Veja AQUI a pesquisa

Sobre a pesquisa

Como parte da Pesquisa de Líderes do GlobeScan / SustainAbility de 2019 , perguntamos a mais de 800 especialistas representando empresas, governo, ONGs e universidades em 78 países para avaliar o progresso que as instituições fizeram desde a Cúpula da Terra de 1992.

Também analisamos as visões de especialistas sobre quais empresas são consideradas líderes na integração da sustentabilidade em sua estratégia de negócios, bem como quais ONGs estão contribuindo mais para o avanço da agenda de desenvolvimento sustentável.

SOBRE A GLOBESCAN

A GlobeScan é uma consultoria de visão e estratégia, focada em ajudar nossos clientes aconstruir relações de confiança de longo prazo com seus stakeholders. Oferecer um conjunto de investigação especializada e de aconselhamento serviços , temos parcerias com empresas, ONGs e organizações governamentais para satisfazer objectivos estratégicos através de reputação, sustentabilidade e propósito.

Fundada em 1987, a GlobeScan possui escritórios na Cidade do Cabo, Hong Kong, Londres, Paris, São Francisco, São Paulo e Toronto, é participante do UN Global Compact e de uma Certified B Corporation .

                           O QUE É GWP ???

Fonte:www.iea.org

Duas características-chave determinam o impacto de diferentes gases de efeito estufa no clima: 

1. O tempo que permanecem na atmosfera e;
2. Sua capacidade de absorver energia. 

METANO (CH4) x DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)

O metano tem uma vida atmosférica muito mais curta que o CO2, mas é um gás de efeito estufa muito mais potente, absorvendo muito mais energia enquanto existe na atmosfera.

 

A maneira mais comum de combinar esses fatores para estimar o efeito sobre o aquecimento global é o potencial de aquecimento global (GWP). 

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) indicou um GWP para o metano entre 84-87 ao considerar seu impacto em um período de 20 anos (GWP ₂₀ ) e entre 28-36 ao considerar seu impacto em um período de 100 anos (GWP ₁₀₀ ). Isso significa que uma tonelada de metano pode ser considerada equivalente a 28 a 36 toneladas de CO ₂ se considerarmos seu impacto em 100 anos.

Metano e mudança climática

A concentração de metano na atmosfera é atualmente cerca de duas vezes e meia superior aos níveis pré-industriais e está aumentando constantemente. Esse aumento tem implicações importantes para a mudança climática.

As estimativas das emissões de metano estão sujeitas a um alto grau de incerteza, mas a mais recente estimativa abrangente sugere que as emissões globais anuais de metano estão em torno de 570 milhões de toneladas (Mt). Isso inclui emissões de fontes naturais (cerca de 40% das emissões) e aquelas provenientes de atividades humanas (os 60% restantes - conhecidos como emissões antropogênicas).

A maior fonte de emissões antropogênicas de metano é a agricultura, responsável por cerca de um quarto do total, seguida de perto pelo setor de energia, que inclui as emissões de carvão, petróleo, gás natural e biocombustíveis.

Saiba mais sobre o impacto do metano e o que o setor de energia pode fazer para reduzir as emissões de metano no Methane Tracker da IEA .

Relatório do IPCC: 

Proteger florestas barra mudança climática e garante agricultura

Fonte: https://jornal.usp.br/ciencias

Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas ressalta papel das florestas no clima e na segurança alimentar; proteção de terras indígenas também é defendida

Por Luiza Caires 

O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), organização científica fundada pela Organização das Nações Unidas (ONU), acaba de lançar um Relatório Especial sobre fluxos de carbono relacionados a ecossistemas terrestres. O documento quantifica o carbono absorvido e emitido por florestas, desmatamento, agricultura e outras atividades que envolvem mudanças de uso da terra. Um dos objetivos é promover formas de produzir alimentos para uma população crescente sem causar tamanho impacto para o Planeta.

Veja AQUI: Relatório completo

COMUNICADO IPCC   

A terra é um recurso decisivo, de acordo com um relatório do IPCC

Está sujeito à pressão dos seres humanos e às alterações climáticas, mas faz parte da solução

GENEBRA, 8 de agosto - A terra já está sujeita a crescente pressão de ser humanos, que a mudança climática se acentua. Além disso, como afirmado no último relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), publicado na quinta-feira, redução das emissões de gases com efeito de estufa de todos os sectores, incluindo o de terra e comida, é a única maneira de manter o aquecimento global muito abaixo de 2 ° C.

O IPCC, órgão internacional responsável pela avaliação do estado do conhecimento científico relacionadas às mudanças climáticas, seus impactos e futuros riscos potenciais, bem opções de resposta possíveis, analisou o Resumo para os decisores políticos do relatório especial intitulada Mudanças climáticas e terra, que foi aprovado pelos governos mundiais  em Genebra (Suíça).

Esse relatório será um contributo científico fundamental nas próximas negociações sobre clima e meio ambiente, como a décima quarta sessão da Conferência das Partes no Convenção das Nações Unidas de Combate à Desertificação, a ser realizada em Nova Delhi (Índia) em setembro e a vigésima quinta sessão da Conferência das Partes Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre as Alterações Climáticas, que terá lugar em Santiago (Chile) em dezembro.

"Os governos confiaram ao IPCC o desafio de conduzir a primeira análise abrangente do Sistema climático da Terra, que pudemos cumprir graças às numerosas contribuições do especialistas e governos em todo o mundo. No caso deste relatório, e pela primeira vez desde que o IPCC começou a publicar relatórios, a maioria dos autores (53%) vem de países em desenvolvimento ", disse Hoesung Lee, Presidente do IPCC.

O relatório do IPCC citado mostra que, apesar de melhor gerenciamento pode contribuir para lidar com a mudança climática, não é a única solução. Se você quiser manter o aquecimento global bem abaixo de 2 ° C, ou mesmo 1,5 ° C, reduzindo as emissões de gases de efeito estufa de todos os setores são essenciais.

Em 2015, os governos apoiaram o objetivo do Acordo de Paris de fortalecer a resposta mudança climática global, mantendo a temperatura média global subir muito abaixo de 2 ° C em relação aos níveis pré-industriais e esforços contínuos para limite esse aumento de temperatura para 1,5 ° C.

A produtividade da terra deve ser mantida para garantir a segurança alimentar em um contexto de aumento demográfico e aumento dos efeitos negativos da mudança do Clima no crescimento da vegetação. Isso significa que a contribuição da terra para o luta contra as alterações climáticas - por exemplo, através de culturas para geração de energia e reflorestamento - não é infinito. E você não pode esquecer que leva tempo para que as árvores e o solo capturam carbono de forma eficaz. A gestão de atividades relacionadas à bioenergia deve ser extremamente cuidadosa para evitar riscos à segurança alimentar e à biodiversidade e problemas de degradação da terra. A obtenção de resultados adequados dependerá do estabelecimento de políticas e sistemas de governança adequados ao nível local.

Representação esquemática das interações entre

 os recursos humanos e ambientais

Figura 4.2 Representação esquemática das interações entre os recursos humanos e ambientais componentes do sistema terrestre mostrando a tomada de decisão e os serviços ecossistêmicos como os principais elos entre os componentes (moderado por um sistema efetivo de conhecimento local e científico), e  indicando como as taxas de mudança e a maneira como essas ligações operam e devem ser mantidas amplamente em equilíbrio para coevolução funcional dos componentes. Modificado com permissão de (Stafford Smith et al. 2007).

Solar e eólica terão 51% da matriz elétrica brasileira em 2050

Projeção da Bloomberg New Energy Finance é que país saia de uma parque gerador de 159 GW para 325 GW no período

Fonte: https://brasilenergia.editorabrasilenergia.com.br/

Por Lívia Neves

Hidrelétricas devem ter sua participação na matriz elétrica brasileira reduzida de 63% da capacidade total em 2018 para apenas 33% até 2050, projeta a Bloomberg New Energy Finanace. Por outro lado, solar deve sair de 2% em 2018 para 38% da capacidade instalada no Brasil em 2050. Eólica chegará a ter 15% da matriz em 2030, de 9% em 2018, e terá uma ligeira queda na participação para 13% em 2050. As fontes combinadas terão 51% da matriz no horizonte projetado pela empresa de pesquisa, adicionando em média 5,6 GW ao ano no período.

Ao todo, o parque gerador do país deve sair de 159 GW instalados para 325 GW instalados no período. A Bloomberg NEF projeta ainda que a demanda seguirá um ritmo de crescimento de 1,1% ao ano, em média, saindo de 606 TWh em 2018 para 861 TWh até meados do século.

Só de energia solar distribuída, o país deve acumular 24 GW em 2030, chegando a 70 GW até 2050 – mais de um terço dos novos 166 GW projetados. Altas tarifárias, recursos solares robustos, queda e custos dos sistemas fotovoltaicos e melhor acesso a capital, combinados, motivarão o rápido acesso dos consumidores à tecnologia.

O gás terá também um crescimento estável na matriz, pelo menos até meados da década de 2020, enxerga a Bloomberg NEF. Até lá, deve adicionar 6 GW ao ano, em média. Mas até 2050, a modelagem usada pela empresa de pesquisa aponta que cerca de 16 GW serão desligados. Para a companhia, fontes não renováveis de geração sairão de uma parcela de 17% da capacidade instalada em 2018 para apenas 2% em 2050.

Os dados do país, compartilhado com a Brasil Energia, fazem parte do New Energy Oulook 2019, um estudo mais amplo da companhia que compara o custo nivelado de energia (LCOE) de diferentes fontes. Neste ano, o relatório mostra que atualmente, em aproximadamente dois terços do mundo, solar e eólica representam as opções mais baratas para expandir a capacidade de geração de energia elétrica. A projeção é que solar e eólica tenham uma participação de 48% na matriz global de geração.

O vento e a energia solar são agora mais baratos em mais de dois terços do mundo. Em 2030, eles cortam carvão e gás em quase todos os lugares.

NOVOS PROJETOS PODEM IMPULSIONAR AS CÉLULAS SOLARES ALÉM DE SEUS LIMITES

Fonte: https://www.wired.com/

FABIAN SOMMER / GETTY IMAGES

O SOL COBRE a Terra com fótons suficientes a cada hora para atender às necessidades energéticas de todo o mundo por um ano. A questão é como convertê-los eficientemente em eletricidade. Mesmo sob condições laboratoriais de pequena escala, as melhores células solares de junção única do mundo - o tipo encontrado na maioria dos painéis solares - ainda maximizam a captura de 29% da energia solar. Isso os deixa um pouco abaixo do limite de cerca de um terço que os pesquisadores solares calcularam há meio século. Mas os cientistas que estudam a energia fotovoltaica - o processo pelo qual a luz solar é convertida em eletricidade - também já suspeitavam que esse limite não é tão difícil quanto parecia.

O teto da eficiência da célula solar, conhecido como o limite Shockley-Queisser, está entre 29 e 33%, dependendo de como você a mede. Ela assume uma célula de junção única, o que significa que é feita usando apenas um tipo de semicondutor e é energizada pela luz direta do sol. Para superar o limite, os pesquisadores tentaram empilhar vários tipos de semicondutores ou usar lentes para concentrar a luz de modo que a célula receba uma explosão centenas de vezes mais poderosa que o sol. No início deste ano, o Laboratório Nacional de Energia Renovável estabeleceu um recorde mundial quando usou uma célula solar de seis junções e um feixe 143 vezes mais concentrado que a luz do sol para alcançar uma enorme eficiência energética de 47,1 por cento.

Mas essa tecnologia nunca será implantada em escala. A razão, diz Marc Baldo, professor de engenharia elétrica e ciência da computação do MIT, é que essas células solares multicamadas de altíssima eficiência são complexas e caras demais para serem produzidas como painéis solares. Para obter mais energia solar na rede elétrica, é necessário descobrir como atingir o limite Shockley-Queisser com células solares de junção única, baseadas em silício, que são relativamente fáceis e baratas de produzir. Melhor ainda seria encontrar uma maneira de aumentar o limite mais alto. E depois de uma década de trabalho, Baldo e seus colegas podem ter finalmente descoberto como.

Como detalhado em um artigo publicado na semana passada na revista Nature, a equipe de Baldo revestiu células solares em uma fina camada de tetraceno, uma molécula orgânica que efetivamente divide fótons entrantes em dois. Esse processo é conhecido como fissão de excitons e significa que a célula solar é capaz de usar fótons de alta energia da parte azul-verde do espectro visível.

Veja como isso funciona. As células solares de silício geram uma corrente elétrica usando fótons que chegam para fazer os elétrons do silício entrarem em um circuito. Quanta energia isso leva? Depende de um atributo do material conhecido como seu bandgap. O bandgap do silício corresponde a fótons infravermelhos, que carregam menos energia que os fótons na parte visível do espectro eletromagnético. Fótons fora do bandgap do silício são desperdiçados. Mas aqui é onde entra o tetraceno: Ele divide fótons azul-verdes em dois “pacotes” de energia que são cada um equivalente a um fóton infravermelho. Então, ao invés de cada fóton infravermelho libertar um elétron, um único fóton no espectro azul-verde pode liberar dois elétrons. É essencialmente obter dois fótons pelo preço de um.

Esta nova célula representa uma abordagem fundamentalmente nova para um truísmo bem conhecido na pesquisa fotovoltaica: Se você quiser passar o limite Shockley-Queisser, você tem que capturar energia de uma gama mais ampla de fótons solares. Como essa célula não depende de uma pilha de materiais com bandgaps diferentes para ampliar seu alcance, ela pode ser mais prática também. Baldo diz que o uso de tetraceno pode elevar o limite teórico de eficiência energética em até 35% - mais do que se pensava ser possível para células de junção única.

Embora a adição de tetraceno seja conceitualmente simples, a implementação foi menor. A razão, diz Baldo, é que se você colocar o tetraceno diretamente no silício, eles interagem de tal maneira que mata a carga elétrica. O desafio para Baldo e seus colegas foi encontrar um material que pudesse ser colocado entre os dois materiais para permitir que os pacotes de energia fluíssem do tetraceno para o silício. A literatura teórica lhes dava pouca orientação, então a equipe se engajou em um longo processo de tentativa e erro para encontrar o material de interface correto. Isto acabou por ser uma camada de oxinitreto de háfnio com apenas oito átomos de espessura.

Mas esta célula não superou nenhum recorde ainda. Sua eficiência foi de cerca de 6 por cento nos testes, por isso ainda há um longo caminho a percorrer antes que possa competir com as células solares de silício existentes, quanto mais aparecer em um telhado. Mas este trabalho foi concebido apenas como uma prova do conceito de fissão de exciton em uma célula solar. Para aumentar a eficiência da célula, diz Baldo, será necessário algum trabalho de engenharia para otimizá-la para a fissão do exciton.

Nesse sentido, o que a equipe do MIT demonstrou não foi tanto uma tecnologia competitiva, mas uma nova abordagem para ir além dos limites da energia fotovoltaica existente, diz Joseph Berry, cientista sênior do Laboratório Nacional de Energia Renovável. "O que é legal aqui é que esta é uma abordagem fundamentalmente diferente da energia fotovoltaica tradicional", diz ele. “É uma ideia que existe há muito tempo, mas não foi traduzida para nenhum tipo de dispositivo funcional.”

Berry e seus colegas da NREL estão explorando outras formas de promover a eficiência das células solares sem a complexidade e o custo adicionais das células com múltiplas junções. Uma das direções mais promissoras que estão sendo exploradas por Berry são as células de perovskita , que usam materiais sintéticos que têm propriedades estruturais semelhantes às da Perovskita mineral natural. As primeiras células solares de perovskita foram produzidas apenas há uma década, mas desde então elas testemunharam os ganhos de eficiência mais rápidos de qualquer tipo de célula solar até hoje.

As células de perovskita têm uma série de vantagens em relação às tradicionais células solares de silício, diz Berry, em particular sua tolerância a defeitos de material. Apenas algumas partículas indesejáveis ​​em uma célula solar de silício podem torná-lo inútil, mas os materiais de perovskita ainda funcionam bem mesmo se não forem perfeitos. Eles também lidam com energia fotônica mais eficientemente do que o silício. De fato, uma das principais razões pelas quais o silício tem dominado a tecnologia de células solares não é porque é o melhor material para o trabalho, mas simplesmente porque os cientistas sabem muito sobre isso devido ao seu uso generalizado em tecnologias digitais.

Até agora, nenhuma dessas células solares da próxima geração encontrou seu caminho para produtos comerciais. Quase todos os painéis solares atualmente em operação estão usando células de silício de camada única tradicionais, que comprovadamente resistem aos elementos há décadas. Colocar painéis solares baseados em perovskita no campo exigirá que eles sejam estáveis ​​e durem 20 ou mais anos. Berry diz que várias empresas já implantaram painéis de perovskita de pequena escala, que ele espera abrir caminho para uma adoção mais ampla no futuro.

Olhando para o futuro, Berry diz que é concebível que a tecnologia de fissão de excitons em desenvolvimento no MIT possa ser combinada com células solares de perovskita para aumentar sua eficiência. "Não é uma proposta de ou / ou", diz Berry, mas a primeira fissão do exciton deve provar que é eficiente o suficiente para aplicações do mundo real. Em última análise, obter mais luz solar na grade provavelmente envolverá um conjunto de tecnologias solares, cada uma com suas próprias vantagens.