O potencial da Energia Solar na descarbonização da indústria

O setor industrial corresponde, grosso modo, a um terço do consumo total de energia final (FEC): 32% à escala global (IEA, 2017), 28% em Portugal (Eurostat, 2020).

Este consumo pode dividir-se essencialmente em dois grandes grupos de processos: térmicos – calor de processo – associados aos consumos de petróleo, carvão, gás natural, biocombustíveis e resíduos, geotermia e calor de cogeração, que correspondem a 73% do FEC total do setor; ou elétricos, associados ao consumo de eletricidade, por exemplo em motores, iluminação ou fornos elétricos, que correspondem a 27% do FEC do setor.

Uma análise aos consumos energéticos na indústria por setor e nível de temperatura revela que o FEC associado a calor de processo representa 3,2 Mtep, 30% dos quais em processos de baixa temperatura (T<100ºC), 30% em média temperatura (100ºC<T<400ºC)¹ e 40% em alta temperatura (T>400ºC), sendo os maiores consumidores as indústrias do papel e dos minerais não metálicos – cimento, vidro e cerâmica.

Fig.1. Necessidades de calor na indústria por (a) setor e nível de temperatura e (b) total por nível de temperatura (valores absolutos na tabela (ktep/ano) para Portugal em 2018 (Horta et al., 2020).

Considerando as tecnologias já disponíveis no mercado, a energia solar apresenta soluções tecnológicas para as diferentes gamas de temperatura e setores, nomeadamente: solar fotovoltaico associado a bombas de calor ou coletores solares térmicos estacionários para a baixa temperatura; concentradores solares de foco linear para a média temperatura; produção de hidrogénio eletrolítico ou termoquímico com solar fotovoltaico ou concentradores solares de foco pontual na produção de combustíveis líquidos ou gasosos para a alta temperatura.

Em linha com a sua missão no desenvolvimento de investigação aplicada para o uso da energia solar na descarbonização de diferentes setores da economia, a Cátedra Energias Renováveis da Universidade de Évora (CER-UÉ) tem promovido atividades de investigação, desenvolvimento e demonstração tecnológica no domínio do calor de processo solar e do armazenamento térmico a média e alta temperatura.

Os projetos SHIP (Solar Heat for Industrial Process), NEWSOL (New StOrage Latent and sensible concept for high efficient CSP Plants) e INSHIP (Integrating National Research Agendas on Solar Heat for Industrial Processes) são exemplos desta atuação, através do desenvolvimento de tecnologias como coletores solares quase-estacionários ou armazenamento térmico a alta temperatura com sais fundidos, mas também através do estabelecimento de redes europeias de instituições de investigação nestes domínios.

Fig.2. Atividades de desenvolvimento e demonstração da CER-UÉ no domínio do calor de processo solar: coletor solar quase-estacionário (SHIP).

A competitividade destas soluções na substituição da fonte de energia primária de referência na indústria - o gás natural - depende não apenas dos custos da tecnologia e do recurso solar, mas também dos modelos de negócio adotados e da monetização dos impactes ambientais evitados.

Face aos atuais custos tecnológicos e fontes de energia final de origem fóssil, a competitividade destas soluções de descarbonização depende de condições ao alcance do mercado e em linha com os objetivos e estratégia da política energética: abordagem ao calor de processo solar por via de modelos de negócio do tipo ESCO (Energy Service Company); monetização de impactes ambientais por via da valorização de emissões evitadas; redução em 15% a 30% do custo das tecnologias de conversão solar térmica; desenvolvimento de soluções de armazenamento térmico em soluções power to heat baseadas em solar fotovoltaico.

• CIES2020 (2020): As Energias Renováveis na Transição Energética: Livro de Comunicações do XVII Congresso Ibérico e XIII Congresso Ibero-americano de Energia Solar. Helder Gonçalves, Manuel Romero (Ed.). Lisboa, Portugal: LNEG, 3-5 Novembro, 2020
• Eurostat (2020). Energy Data - 2020 Edition, Publications Office of the European Union, 2020
• Horta, P. et al. (2020). Calor de processo solar: competitividade e necessidade de modelos de financiamento. In: CIES2020: As Energias Renováveis na Transição Energética: Livro de Comunicações do XVII Congresso Ibérico e XIII Congresso Ibero-americano de Energia Solar. Helder Gonçalves, Manuel Romero (Ed.). Lisboa, Portugal: LNEG, 3-5 Novembro, 2020, p. 1305-1312.
• IEA (2017). World Balance, IEA Energy Statistics.
• PNEC2030 (2018). Plano Nacional Integrado Energia e Clima 2021-2030, PNEC 2030.
• RNC2050 (2019). Roteiro para a Neutralidade Carbónica, RNC 2050.

¹ Considerando a aplicação de solar térmico nas gamas da baixa e média temperatura, cerca de 60% do total de calor de processo, este potencial representa triplicar a atual capacidade instalada de solar térmico no país, ca. 1,2 milhões de m².