Madeira pode tornar energia eólica mais sustentável, barata e potente

POR TOM CASSAUWERS

À primeira vista, a torre de turbina eólica que se eleva da paisagem verde no município sueco de Skara parece ser como qualquer outra. Ela atinge uma altura de 105 metros e, no topo, suporta um trio familiar de grandes lâminas rotativas.

Mas, ao contrário da maioria das torres de turbina eólica, que são feitas de aço, esta é de madeira. Ela representa a primeira instalação comercial pela empresa sueca de engenharia Modvion – e poderia apontar para o futuro da energia eólica.

A madeira barateia o custo de produção da turbina eólica

Quando se trata de energia renovável, a madeira pode tornar a energia eólica ainda mais sustentável ao servir como material para as torres.

Além disso, a madeira pode ajudar as turbinas eólicas a se tornarem mais baratas e mais poderosas, fornecendo um incentivo econômico além do ambiental, segundo o diretor executivo da Modvion, Otto Lundman.

“Torres de turbina de madeira são mais leves, mais modulares e podem ser mais altas do que torres de aço”, disse Lundman.

A Modvion recebeu financiamento da União Europeia (UE) para avançar no objetivo de turbinas eólicas de grande altitude com torres de madeira. O projeto foi realizado de outubro de 2020 a setembro de 2023.

A torre da turbina de Skara surgiu do projeto e é feita de madeira laminada da fábrica da Modvion em Gotemburgo, localizada a cerca de 130 quilômetros a sudoeste.

Levou cerca de um ano para ser construída e entrou em operação para a empresa de energia sueca Varberg Energi em fevereiro de 2024. A empresa dinamarquesa Vestas forneceu a turbina. “Construir e projetar torres como esta requer grandes investimentos”, disse Lundman. “O financiamento da UE foi fundamental para nos permitir desenvolver essa tecnologia.”

As eólicas precisam se expandir ainda mais para que a União Europeia alcance metas climáticas

A energia eólica cresceu rapidamente em toda a Europa nos últimos anos e, em 2022, atendeu a 16% das necessidades de eletricidade da UE. Também representou 37% da eletricidade gerada a partir de fontes renováveis na região em 2021. Um recorde de 17 gigawatts de energia eólica foi construído na Europa em 2023, de acordo com a associação setorial WindEurope.

No entanto, a energia eólica deve se expandir ainda mais para que a UE cumpra as metas de reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 55% até 2030 em relação aos níveis de 1990, e aumentar a participação de mercado das energias renováveis para 42,5% até o final da década, em comparação com cerca de 23% atualmente.

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Para ajudar a alcançar essas metas, 30 gigawatts de turbinas eólicas precisam ser construídos a cada ano de agora até 2030. O pensamento em alguns círculos da indústria é que novos designs capazes de aumentar a lucratividade são necessários, impulsionando esforços científicos.

“O setor de energia eólica fez um ótimo trabalho na diminuição incremental do custo de energia nas últimas décadas”, disse o Dr. James Carroll, professor associado da Universidade de Strathclyde, no Reino Unido. “Mas as melhorias de custo em turbinas tradicionais têm desacelerado. Por isso, precisamos buscar melhorias mais radicais.”

Turbinas eólicas de madeira são mais resistentes e leves

É aí que a torre de turbina eólica de madeira da Modvion é promissora – por três razões econômicas notáveis.

Uma delas está relacionada à resistência. A madeira laminada usada pela Modvion é 55% mais resistente por peso do que o aço tradicionalmente usado em torres de turbina eólica, segundo a empresa. A empresa chama sua madeira engenheirada de “fibra de carbono da natureza”.

Outro motivo para otimismo é o peso. Uma torre de madeira é um terço mais leve do que uma de aço comparável e, como resultado, é mais fácil de transportar.

E, então, há a altura. Com as vantagens de resistência e transporte da madeira, a Modvion quer construir torres mais altas. “Quanto mais alto você vai, mais vento pode obter”, disse Lundman.

Torres mais altas e bases mais amplas

Para entender o desafio técnico com as torres, considere que elas são construídas como um cone invertido: mais amplas abaixo e mais estreitas no topo. Quanto mais alta a torre, mais ampla a base precisa ser.

Tradicionalmente, isso é alcançado empilhando cilindros de aço uns sobre os outros. Mas acima de uma certa altura da torre, torna-se praticamente impossível transportar os cilindros da base pelas estradas devido ao seu tamanho e peso.

Por outro lado, uma construção de madeira usa painéis em forma de C, que são colados para formar um cilindro. Isso torna a construção mais modular e o transporte das partes muito mais fácil – um pouco como a Ikea [loja de móveis modulares fáceis de montar] para torres de turbina eólica.

Usar estruturas de aço modulares semelhantes seria ineficiente porque elas teriam que ser parafusadas juntas, aumentando muito os custos, segundo Lundman.

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A madeira é mais sustentável do que o aço

Além das vantagens econômicas da madeira, estão as ambientais. A madeira é melhor para o clima do que o aço. A produção de aço é potente em energia e envolve a queima de combustíveis fósseis que emitem gases de efeito estufa. “Ao mudar de uma torre de aço para uma de madeira, você reduz as emissões da produção da torre em 90%”, disse Lundman.

Como as florestas são importantes reservatórios de carbono, a Modvion obtém sua madeira de florestas geridas de forma sustentável na Escandinávia. As torres da empresa também podem ser recicladas após o descomissionamento, oferecendo outro ganho ambiental.

Após o financiamento da União Europeia, a prioridade da Modvion é expandir a produção.

“Produzir torres de madeira como essa não foi feito antes em escala industrial”, disse Lundman. “Nós, por exemplo, precisamos fabricar as máquinas de laminação nós mesmos. Elas simplesmente não existiam para o nosso propósito nesses tamanhos.”

Ele disse que a empresa tem como objetivo ter uma fábrica com um volume maior em operação até 2027. O objetivo é fornecer 10% do mercado global de energia eólica dentro de uma década.

Testando a turbina eólica

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 como seria uma turbina eólica e como ela operaria.

Chamado Xrotor, o projeto examinou a viabilidade de uma turbina de eixo vertical combinada com rotores secundários de eixo horizontal em vez do convencional eixo horizontal. Uma turbina de eixo vertical gira em torno de sua torre.

“A ideia remonta há mais de 10 anos”, disse William Leithead, professor de sistemas e controle da Universidade de Strathclyde. “Eu vi que turbinas eólicas de eixo vertical sem rotores secundários simplesmente não poderiam funcionar de forma economicamente eficiente e comecei a pensar em uma solução.”

Leithead e Carroll lideram o Xrotor, que está previsto para terminar em abril de 2024 após três anos e quatro meses.

Embora as turbinas de eixo vertical possam ser colocadas mais próximas umas das outras, elas têm uma grande desvantagem: suas lâminas giram mais lentamente. Isso aumenta o tamanho e o custo do trem de transmissão da turbina para a energia gerada, enfraquecendo o potencial econômico para esse design.

“Fundamentalmente, elas são muito caras para a energia que geram”, disse Leithead.

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No mar, as turbinas eólicas precisam ser mais resistentes

Em resposta, os pesquisadores do Xrotor adaptaram o conceito. Eles projetaram uma turbina de eixo vertical com um rotor primário em forma de X que possui turbinas de eixo horizontal menores nas pontas.

Os rotores secundários giram muito rapidamente e geram a energia da turbina. Este design poderia combinar as vantagens tanto das turbinas de eixo vertical quanto das de eixo horizontal.

“Você pode colocar essas turbinas mais próximas umas das outras em alto-mar”, disse Leithead. “As turbinas convencionais produzem uma esteira de vento, o que significa que você não pode colocá-las muito próximas umas das outras ou seu desempenho será afetado.”

Atualmente, os parques eólicos estão sendo empurrados para mais longe no mar para encontrar áreas não preenchidas. Isso aumenta os custos porque as turbinas precisam ser mais resistentes ao clima extremo e mais cabos precisam ser instalados.

Se as turbinas pudessem ser colocadas mais próximas umas das outras, mais eletricidade poderia ser produzida mais perto da costa.

“O impacto disso poderia ser enorme”, disse Leithead. “Estamos falando aqui de uma economia de custos de 20% em comparação com turbinas de eixo horizontal de tamanho semelhante.”

Embora tenha passado por simulações, o novo conceito ainda precisa ser construído e testado em um ambiente real – portanto, os benefícios potenciais ainda precisam ser comprovados.

Leithead e seus colegas estão se preparando para compartilhar os resultados do Xrotor e buscar financiamento adicional de investidores privados e públicos.

“Levará pelo menos quatro anos, e provavelmente mais, antes de vermos esse conceito no mundo real”, disse Leithead. “É uma ideia radicalmente nova, mas é isso que torna a pesquisa tão divertida.”

Esta notícia foi originalmente publicada na Horizon, a revista de pesquisa e inovação da União Europeia. Leia o original em inglês.