Maximizar sinergias com fontes de energia renovável através da conversão de urânio empobrecido em recursos
No passado dia 13 de Março a Japan Atomic Energy Agency (JAEA) revelou a sua investigação. A JAEA desenvolve atividades de investigação e desenvolvimento (I&D) em várias áreas, com o objetivo de concretizar uma sociedade neutra em carbono e eficiente na utilização de recursos, bem como de contribuir para o progresso da sociedade humana.
Pontos-chave
– O urânio possui propriedades químicas únicas e há muito tempo tem sido considerado um potencial candidato como material ativo em baterias químicas.
– Nesta investigação, desenvolvemos a primeira “bateria recarregável de urânio” que utiliza as propriedades químicas do urânio de forma prática e verificámos o seu desempenho em ciclos de carga e descarga.
– Estes resultados são promissores para atribuir um novo valor de recurso ao “urânio empobrecido”, um subproduto gerado na produção de combustível nuclear e que atualmente não é utilizado. A bateria recarregável à base de urânio tem o potencial de ser usada como sistema de controlo de energia em produções de energia renovável, como centrais solares de grande escala, contribuindo para a concretização de uma sociedade descarbonizada.
Resumo
– O urânio tem sido considerado um material ativo promissor para baterias recarregáveis, devido às suas propriedades químicas únicas.
Neste estudo, desenvolvemos com sucesso uma bateria recarregável utilizando urânio como material ativo. Pela primeira vez, foi verificado o desempenho da carga e descarga desta bateria. – – Atualmente, estamos a desenvolver células de fluxo, incluindo elétrodos para maior capacidade (bateria de fluxo redox) e um sistema de circulação de eletrólitos (solução com materiais ativos dissolvidos), com vista à sua aplicação prática.
– Durante a produção de combustível nuclear, é gerado como subproduto o “urânio empobrecido (UE)”. Como o UE não pode ser utilizado como combustível nos atuais reatores nucleares (reatores de água leve), cerca de 16.000 toneladas encontram-se armazenadas no Japão.
Para aproveitar o UE como um novo recurso, a ideia de baterias recarregáveis com urânio como material ativo foi proposta no início dos anos 2000. No entanto, até agora não havia estudos que relatassem o desempenho específico de baterias recarregáveis de urânio já montadas.
– Entretanto, a procura por baterias recarregáveis tem vindo a aumentar, acompanhando a crescente adoção de fontes de energia renovável. A produção de energia solar, eólica, entre outras, é afetada pelas condições meteorológicas, apresentando flutuações e instabilidade.
Para estabilizar o fornecimento de energia neste contexto, são necessários sistemas de armazenamento, como baterias recarregáveis, estando por isso o desenvolvimento de novas tecnologias de armazenamento de energia a atrair grande atenção.
– Com este enquadramento, a equipa de investigação desenvolveu uma bateria recarregável utilizando urânio como material ativo (bateria recarregável de urânio) e clarificou pela primeira vez o seu desempenho de carga e descarga.
Esta bateria utiliza urânio como material ativo do elétrodo negativo e ferro no elétrodo positivo. A tensão de uma célula única do protótipo foi de 1,3 volts, próxima da de uma pilha alcalina comum (1,5 volts). A bateria foi carregada e descarregada 10 vezes, mantendo um desempenho praticamente inalterado, o que indica características de ciclo relativamente estáveis.
– Se a capacidade destas baterias for aumentada e a sua utilização tornar-se prática, o grande volume de UE armazenado no Japão poderá ser transformado num novo recurso para controlo de energia na rede elétrica proveniente de fontes renováveis, contribuindo assim para uma sociedade descarbonizada.
– Esta investigação foi conduzida pelo Investigador Principal Adjunto Dr. Kazuki Ouchi, pelo Investigador Dr. Katsuhiro Ueno e pelo Investigador Principal Sénior Dr. Masayuki Watanabe, da Equipa Especial de Armazenamento de Energia em Baterias, do Centro de Desenvolvimento NXR, no Instituto de Investigação em Ciência Nuclear da Agência de Energia Atómica do Japão (JAEA; Presidente: Masanori Koguchi).
Com base neste trabalho, foi submetido um pedido de patente a 29 de novembro de 2024 (Pedido de Patente Nº JP2024-209096). Fonte: Japan Atomic Energy Agency
