Hoje, o método mais comum de captação de energia solar é o método fotovoltaico (PV), que usa células solares para converter a luz solar diretamente em energia elétrica. Uma torre de CSP, por outro lado, usa espelhos e lentes para concentrar a luz solar em um receptor solar, que é então usado para gerar e armazenar calor de alta temperatura por meio de um fluido de transferência de calor. Esse calor pode ser usado imediatamente para produzir eletricidade por meio de um gerador de vapor ou de uma turbina a gás híbrida, ou para fornecer calor de processo para a indústria. Incrivelmente, esse calor também pode ser armazenado para uso posterior sob demanda.

Antonio Rinaldi, ENEA and Coordinator of Nextower.“Um sistema de CSP é mais complexo porque é uma usina real, e não apenas um painel”, explica Antonio Rinaldi, ENEA e coordenador do Nextower. “O problema da energia solar é que ela é intermitente — precisa do sol para ser produzida. Da mesma forma que a energia fotovoltaica usa baterias, a CSP requer módulos de armazenamento para o calor de alta temperatura. Com a CSP, você pode carregar energia durante o dia e descarregá-la durante a noite.”

O propósito do projeto Nextower é desenvolver novos materiais e componentes que sejam comercialmente viáveis e capazes de melhorar o desempenho dos sistemas de CSP, elevando a temperatura do calor armazenado do nível atual de 550 °C para 750 °C. Com 19 participantes de toda a Europa, incluindo a Kanthal e a Sandvik, o projeto construiu duas usinas de demonstração: uma para receptores de cerâmica, que está em fase de testes na Espanha, e uma para armazenamento de energia (chamada SOLEAD), que está em fase de testes na Itália. A Kanthal e a Sandvik estão contribuindo para a segunda.

The main vessel installed for testing at the ENEA facility in Brasimone, ItalyA principal contribuição da Kanthal foi desenvolver um novo material de liga capaz de permitir o uso de chumbo fundido como fluido de armazenamento de calor. Normalmente, sal fundido seria usado para essa finalidade, mas ele não consegue lidar com temperaturas superiores a 550 °C, e a usina de demonstração do Nextower precisa que o fluido de transferência de calor opere acima de 800 °C para alimentar aplicações como turbinas a gás ou calor de processo para indústrias.

Nos últimos dez anos, antes do projeto Nextower, a Kanthal vinha tentando reprojetar a composição de uma de suas ligas atuais para que não quebrasse em temperaturas operacionais mais baixas, sem perder as propriedades de resistência à corrosão. Ela se baseia na liga de resistência de aquecimento de ferro-cromo-alumínio (FeCrAl) original da Kanthal, uma liga de 90 anos que foi a base do desenvolvimento da empresa. O objetivo era criar uma liga para aplicações de energia em que ambientes altamente corrosivos fossem um problema.

“Na Kanthal, estamos sempre dispostos a testar coisas novas e ver como nossos materiais podem ser usados e modificados para novas oportunidades”, disse Jesper Ejenstam, engenheiro sênior de P&D na Kanthal, que conheceu o Nextower por meio de sua associação com o KTH Royal Institute of Technology em Estocolmo, outro participante do projeto.Jesper Ejenstam, Senior R&D Engineer at Kanthal

Como as aplicações de energia térmica solar são uma das áreas potenciais para sua nova liga, o Nextower ofereceu uma oportunidade única à Kanthal. “Na época, tínhamos apenas demonstrado que o material funcionava bem em laboratório”, acrescentou Ejenstam. “O próximo passo foi produzi-lo em escala industrial. Com isso, tivemos a oportunidade de produzi-lo, fabricar componentes com ele e apresentá-los. Também foi mais uma chance de mostrar quão sério é o nosso empenho na revolução da sustentabilidade.”

O próximo passo foi usar a nova liga para ajudar a desenvolver um tubo composto por duas ligas diferentes para os trocadores de calor da usina, de modo que pudesse lidar tanto com o ambiente corrosivo do chumbo fundido quanto com a pressão interna do sistema. Para obter assistência, a Kanthal pôde recorrer à divisão de tubos da Sandvik.

Andreas Hedlund, Process Engineer at Sandvik, Tube division.“Foi algo que nunca tínhamos produzido antes”, afirmou Andreas Hedlund, engenheiro de processos na Sandvik, divisão de tubos. “Não só por ser uma liga completamente nova, mas também porque envolvia uma nova combinação de duas classes diferentes em um tubo e em um tamanho muito menor do que o que normalmente produzimos. Mas conseguimos, e o resultado final foi ainda melhor do que eu esperava.”

Embora ainda seja muito cedo para saber o resultado final do projeto Nextower, em muitos aspectos já foi uma empreitada bem-sucedida. “Mostramos que é possível fabricar os materiais necessários, e isso é um aspecto crucial”, disse Ejenstam. “E também mostramos o amplo conhecimento que temos dentro da empresa. Estamos dispostos a testar as limitações da tecnologia para, depois, ir além e encontrar soluções viáveis para a produção. Não apenas internamente, mas também externamente com nossos parceiros e clientes.”