A transição para energias renováveis é um dos maiores desafios globais da atualidade, especialmente com fontes intermitentes como solar e eólica, que dependem de condições climáticas para gerar eletricidade. Nesse contexto, o armazenamento de ar líquido surge como uma solução promissora para estocar energia excedente e liberá-la quando necessário. Recentemente, pesquisadores do Instituto Coreano de Máquinas e Materiais (KIMM) desenvolveram o primeiro sistema nacional de armazenamento de energia em ar líquido na Coreia do Sul, capaz de produzir até 10 toneladas de ar líquido por dia. Essa inovação, conhecida como LAES (Liquid Air Energy Storage), utiliza excedentes elétricos para liquefazer o ar e armazená-lo, reconvertendo-o em energia sob demanda.
Esse avanço não só demonstra o potencial da Coreia do Sul em liderar tecnologias de armazenamento de energia, mas também contribui para a estabilidade da rede elétrica em um país com alta dependência de importações energéticas. Com componentes desenvolvidos internamente, o sistema representa um marco para a “superestrada de energia” coreana, que visa transportar renováveis por todo o território. Neste artigo, exploraremos o funcionamento dessa tecnologia, seus componentes chave, benefícios, comparações com outras soluções e o panorama global, incluindo atualizações de 2025. Entender o armazenamento de ar líquido pode ajudar a visualizar um futuro mais sustentável, onde a energia limpa é acessível e confiável.
O Conceito de Armazenamento de Ar Líquido: Como Funciona?
Princípios Básicos do LAES
O armazenamento de ar líquido é uma forma de armazenamento de energia de longa duração que transforma o ar atmosférico em um estado líquido para “capturar” eletricidade excedente. O processo é simples em conceito, mas sofisticado em execução: quando há mais produção de energia do que consumo — como em dias ensolarados com painéis solares —, o excedente é usado para resfriar o ar até temperaturas criogênicas, abaixo de -196°C, convertendo-o em líquido. Esse ar líquido é armazenado em tanques isolados, ocupando muito menos espaço do que o gás.
Ao expandir o ar líquido de volta para o estado gasoso, ele aumenta de volume em cerca de 700 vezes, gerando pressão que aciona turbinas para produzir eletricidade. Essa expansão rápida e controlada permite uma liberação eficiente de energia, ideal para picos de demanda. Diferente de baterias químicas, o LAES usa apenas ar — um recurso abundante e gratuito —, sem materiais raros ou tóxicos.
Etapas do Processo: Carregamento, Armazenamento e Descarga
O ciclo do LAES divide-se em três fases principais:
- Carregamento: Durante períodos de baixa demanda, eletricidade excedente alimenta compressores e refrigeradores para liquefazer o ar. Isso consome energia, mas armazena uma quantidade equivalente para uso futuro.
- Armazenamento: O ar líquido é mantido em tanques criogênicos com isolamento avançado, como multicamadas e vácuo, para minimizar perdas térmicas. Pode ser estocado por semanas ou meses sem degradação significativa.
- Descarga: Quando a demanda aumenta, o ar líquido é aquecido (usando calor residual ou fontes externas) e expandido através de turboexpansores, gerando eletricidade limpa. O processo pode incluir recuperação de frio para eficiência extra.
Em testes recentes do KIMM, o sistema alcançou uma produção diária de 10 toneladas de ar líquido, equivalente a estocar energia suficiente para suprir necessidades locais durante horas de pico. Essa capacidade demonstra viabilidade para escalas comerciais, com eficiência de ciclo round-trip estimada em 50-60%, dependendo da integração com fontes de calor.
O Sistema Desenvolvido pelo KIMM: Um Marco Nacional
Desenvolvimento e Liderança da Equipe
Sob a liderança do Dr. Jun Young Park, do Departamento de Sistemas de Armazenamento de Energia do KIMM, a equipe projetou e fabricou internamente dois componentes cruciais: um turboexpansor de alta velocidade e uma caixa fria avançada. O projeto foi conduzido em colaboração com o Centro de Pesquisa de Tecnologia de Hidrogênio Líquido e o Centro de Demonstração de Maquinaria Criogênica de Gimhae, sob o programa nacional “Desenvolvimento de Tecnologias de Maquinaria Central para Armazenamento de Energia em Ar Líquido de Grande Escala”.
O turboexpansor opera a mais de 100.000 rotações por minuto (RPM), usando rolamentos de gás estáticos para estabilidade e um eixo oco com isolamento térmico que impede a entrada de calor ambiente. Já a caixa fria emprega isolamento multicamadas e vácuo de alta performance para manter temperaturas criogênicas, reciclendo energia fria da geração de potência para otimizar a liquefação. Esses avanços permitiram o primeiro teste bem-sucedido de liquefação de ar para armazenamento na Coreia, provando que a tecnologia pode ser desenvolvida localmente, sem dependência de importações.
Resultados e Impacto Inicial
O sistema atual é modesto em escala comparado às necessidades nacionais, mas serve como prova de conceito. Com 10 toneladas diárias de ar líquido, ele pode estocar energia equivalente a centenas de megawatt-horas, dependendo da configuração. O Dr. Park destacou: “O armazenamento de energia em larga escala é essencial para o futuro das renováveis na Coreia. Nosso trabalho mostra que o LAES pode fornecê-lo sem limitações geográficas.” Essa conquista alinha-se ao plano coreano de uma “superestrada de energia”, que visa integrar renováveis em todo o país até 2030, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis importados.
Em 2025, o KIMM planeja escalar o protótipo para testes em rede real, integrando-o a fontes eólicas e solares. Atualizações recentes indicam parcerias com indústrias para explorar usos em resfriamento, ampliando o valor além da eletricidade.
Componentes Técnicos Chave e Inovações
Turboexpansor: O Coração da Expansão de Energia
O turboexpansor é o componente que converte a expansão do ar em eletricidade. No sistema do KIMM, ele atinge velocidades extremas com rolamentos de gás, evitando desgaste mecânico e garantindo operação contínua. Seu eixo oco isolado mantém a eficiência térmica, reduzindo perdas em até 20% comparado a modelos tradicionais.
- Vantagens: Alta rotação para maior potência; baixa manutenção devido a rolamentos sem contato.
- Desafios superados: Controle de vibrações em RPM elevados, testado com sucesso em condições criogênicas.
Caixa Fria: Isolamento para Armazenamento Eficiente
A caixa fria é essencial para preservar o ar líquido. Com isolamento multicamadas (semelhante a mantas espaciais) e vácuo potente, ela minimiza a evaporação, que poderia desperdiçar energia. O design recicla frio gerado na descarga para o carregamento, elevando a eficiência geral.
- Inovações: Recuperação de energia fria para liquefação subsequente, reduzindo consumo elétrico em 15-25%.
- Aplicações extras: O frio pode ser vendido para indústrias de alimentos ou semicondutores, criando receita adicional.
Esses componentes foram fabricados 100% nacionalmente, promovendo independência tecnológica e reduzindo custos a longo prazo.
Vantagens do Armazenamento de Ar Líquido
Flexibilidade e Escalabilidade
Diferente de hidrelétricas reversíveis ou ar comprimido, que exigem montanhas ou cavernas, o LAES pode ser instalado em qualquer lugar — urbano, industrial ou remoto. Isso é crucial para a Coreia do Sul, com terreno montanhoso e densidade populacional alta. O sistema escala facilmente: adicionar tanques aumenta a capacidade sem elevar proporcionalmente os custos.
Benefícios Ambientais e Econômicos
O LAES é limpo: usa ar abundante, sem emissões ou resíduos tóxicos. Seu ciclo de vida pode exceder 50 anos, com baixa manutenção, contrastando com baterias que degradam em 10-15 anos. Em 2025, estudos do MIT estimam o custo de armazenamento (LCOS) em US$ 60/MWh, um terço das baterias de íon-lítio e metade da hidroelétrica bombeada. Além disso, o frio residual apoia resfriamento industrial, e o calor de fábricas pode ser reutilizado, elevando a eficiência para 70% em integrações híbridas.
- Para renováveis: Armazena excedentes solares/eólicos por dias, estabilizando a rede.
- Saúde e sustentabilidade: Reduz poeira e emissões, beneficiando áreas urbanas.
Comparação com Baterias: Prós e Contras
O LAES brilha em duração longa (horas a dias), onde baterias ficam caras. Baterias de lítio oferecem eficiência de 80-95% e resposta rápida, mas para gigawatt-horas, demandam materiais raros e espaço vasto. O LAES tem densidade energética similar (cerca de 200-300 Wh/kg), mas custo inicial menor para escalas grandes. Desafios incluem eficiência round-trip de 50-60% (vs. 90% das baterias) e complexidade criogênica, mas avanços em recuperação térmica mitigam isso.
| Aspecto | Armazenamento de Ar Líquido (LAES) | Baterias de Íon-Lítio |
|---|---|---|
| Eficiência Round-Trip | 50-60% | 80-95% |
| Duração de Armazenamento | Horas a dias/semanas | Minutos a horas |
| Custo LCOS (US$/MWh) | ~60 | ~180 |
| Vida Útil | 30-50 anos | 10-15 anos |
| Impacto Ambiental | Baixo (ar abundante, sem tóxicos) | Médio (mineração de lítio) |
| Escalabilidade | Alta, sem limites geográficas | Alta, mas cara para longa duração |
| Resposta Rápida | Média (segundos a minutos) | Alta (milissegundos) |
Essa tabela ilustra como o LAES complementa baterias, ideal para armazenamento sazonal.
Contexto Global: Avanços em 2025
Projetos Internacionais e Corrida Tecnológica
O LAES não é exclusivo da Coreia. No Reino Unido, a Highview Power iniciou em 2025 o primeiro projeto comercial em grande escala, com 300 MW/2,5 GWh em Manchester, usando tecnologia similar para integrar eólica offshore. Na China, sistemas híbridos LAES-solar alcançaram eficiências de 65% em pilots de 2025, enquanto nos EUA, o MIT modelou integrações para grids descarbonizados, prevendo LAES como chave para 80% renováveis até 2035.
O mercado global de LAES deve crescer de US$ 1,2 bilhão em 2023 para US$ 5,8 bilhões em 2032, com CAGR de 19,1%, impulsionado por políticas como o Net Zero by 2050 da IEA. Em 2025, avanços incluem hibridizações com hidrogênio (LH2-LAES), recuperando frio de regaseificação para eficiências acima de 70%.
Tendências e Aplicações Emergentes
Globalmente, o LAES integra-se a “casas inteligentes” e indústrias, fornecendo frio para data centers ou aquecimento. Na Europa, projetos como o da Bird & Bird preveem 1.500 GW de armazenamento até 2030, com LAES ocupando nichos de longa duração. Desafios incluem otimizar recuperação térmica para superar 60% de eficiência, mas inovações em materiais isolantes prometem reduções de custo.
Desafios e Limitações Atuais
Eficiência e Custos Iniciais
A eficiência round-trip de 50-60% é um gargalo, inferior às baterias, devido a perdas térmicas na liquefação. Custos iniciais para compressores e tanques criogênicos são altos (cerca de US$ 1.000/kW), mas caem com escala. No KIMM, o foco em componentes locais reduz dependências.
Integração e Manutenção
Exige fontes de calor para expansão eficiente, e manutenção criogênica demanda expertise. Em 2025, estudos destacam necessidade de IA para otimizar ciclos, mitigando perdas. Ambientalmente, é superior, mas expansão rápida pode demandar energia para construção.
O Futuro do Armazenamento de Ar Líquido
Projeções para 2030 e Além
Até 2030, o LAES pode capturar 10-20% do mercado de armazenamento de longa duração, especialmente em Ásia e Europa. Na Coreia, escalas para 100 toneladas/dia são viáveis, integrando à rede nacional. Hibridizações com renováveis e hidrogênio elevarão eficiências para 75%, segundo revisões de 2025. Globalmente, o MIT prevê LAES como “solução de baixo custo” para grids 100% renováveis, com LCOS caindo para US$ 40/MWh.
Inovações incluem LAES offshore para transmissão de energia e veículos movidos a ar líquido. Políticas como o EU Strategic Action Plan on Batteries impulsionarão não-lítio, favorecendo LAES.
Implicações para a Sustentabilidade Global
O armazenamento de ar líquido democratiza a energia renovável, permitindo grids resilientes sem limites geográficos. Para países como o Brasil, com vasto potencial solar, adaptações locais poderiam estocar excedentes amazônicos para consumo urbano, reduzindo perdas de transmissão.
Conclusão
O sistema de armazenamento de ar líquido desenvolvido pelo KIMM na Coreia do Sul marca um avanço crucial para o armazenamento de energia de longa duração, “engarrafando” eletricidade de forma limpa e escalável. Com 10 toneladas diárias de ar líquido, componentes inovadores e flexibilidade geográfica, ele supera limitações de baterias e hidroelétricas, pavimentando o caminho para grids renováveis estáveis. Apesar de desafios em eficiência, os benefícios ambientais e econômicos posicionam o LAES como peça chave na transição energética global. À medida que projetos internacionais avançam em 2025, essa tecnologia promete um futuro onde a energia limpa flui sem interrupções, beneficiando economias e o planeta.
Com informações de CPG Click Petróleo e Gás.