Investigador revela: É possível gerar muita eletricidade a partir das ondas do mar.

Em vez de apostar em aerogeradores offshore gigantes, um investigador está a explorar uma alternativa: uma caixa flutuante com um volante de inércia a rodar no interior. No papel, esta configuração poderá converter até metade da energia de movimento das ondas em electricidade. O próximo passo é passar do modelo matemático para um protótipo real.

Como um dispositivo giroscópico flutuante transforma ondas em electricidade (GWEC)

O foco do trabalho é um conversor de energia das ondas giroscópico, conhecido pela sigla GWEC. Na prática, trata-se de um corpo flutuante que alberga um rotor pesado a girar a alta rotação. Esse volante está ligado à estrutura exterior através de um mecanismo e de um gerador.

Quando uma onda atinge a plataforma, o conjunto começa a oscilar. Numa situação convencional, grande parte desse movimento perder-se-ia sem ser aproveitado. Aqui entra o efeito físico da precessão: um giroscópio em rotação reage lateralmente a forças externas, o que significa que oferece resistência ao movimento de inclinação. Essa força de reacção pode ser canalizada para um movimento rotativo, que o gerador converte em corrente eléctrica.

"A ideia: quanto mais as ondas excitam o sistema, mais o giroscópio “resiste” - e é exactamente essa reacção que alimenta a produção de electricidade."

Conceitos deste tipo existem desde os anos 2000. Em Itália, por exemplo, surgiu o projecto ISWEC, no qual foram testadas unidades flutuantes com tecnologia giroscópica. Ainda assim, estas abordagens ficaram, em geral, na fase experimental, porque na realidade exigente do mar acabavam por captar pouca energia.

Porque é que as centrais de energia das ondas ainda raramente são rentáveis

Há anos que a energia das ondas é vista como uma grande promessa: tende a ser relativamente constante, está disponível durante a noite e é abundante em muitas regiões costeiras. Apesar disso, quase não existem instalações comerciais. Um dos motivos é a natureza caótica do oceano.

As ondas estão sempre a variar em:

• Altura - de pequenas ondulações quase imperceptíveis a vagas de tempestade
  
• Direcção - consoante o vento, as correntes e a forma da costa
  
• Frequência - ou seja, o intervalo temporal entre ondas
  
• Forma - ondulação longa (swell) ou ondas íngremes e rebentantes
  

Muitos sistemas anteriores foram concebidos para um “estado de mar preferido”. Quando as condições mudavam, a eficiência caía - como acontece com um painel solar fixo que nunca fica no ângulo ideal face ao Sol.

É precisamente aqui que entra o investigador de Osaka: a questão foi perceber como dimensionar um sistema giroscópico que se adapte continuamente ao estado de mar do momento, em vez de funcionar bem apenas dentro de uma janela estreita.

A promessa do GWEC: até 50 por cento da energia das ondas aproveitável

O estudo assenta em modelos matemáticos e simulações por computador. O ponto de partida é uma teoria de ondas simplificada, na qual as ondas são tratadas como oscilações regulares e “limpas”. Pode parecer pouco realista, mas permite calcular com grande precisão como o sistema flutuante responde a parâmetros específicos.

O elemento central do novo conceito é a adaptação permanente de duas grandezas:

• A rotação do volante de inércia
• A carga imposta pelo gerador - isto é, o quanto ele “trava” o sistema

Em função da altura e da frequência das ondas, a instalação ajusta estes parâmetros em tempo real. O objectivo é afinar deliberadamente o sistema para captar o máximo de energia - de forma semelhante a um velejador que está sempre a regular as velas.

"As simulações mostram que, desta forma, o conversor pode teoricamente absorver até 50 por cento da energia de movimento das ondas - um valor que encosta directamente a um limite físico."

Por detrás desse número está uma regra fundamental da física das ondas: nenhum conversor oscilante numa superfície de água plana consegue retirar mais de metade da energia incidente das ondas. Se o sistema “travar” demasiado, bloqueia a onda e destrói a base da transferência de energia. Um princípio semelhante existe na energia eólica, conhecido como a limite de Betz.

Onde o modelo encontra limites

Estas eficiências elevadas aplicam-se, para já, apenas ao modelo computacional. Quando se introduziram ondas irregulares e assimétricas, a produção desceu - sobretudo com ondulação muito forte. A estratégia de controlo ideal torna-se mais complexa quando o mar deixa de oscilar “como no manual” e passa a comportar-se de forma turbulenta.

Acresce outro ponto crítico: o volante precisa de ser mantido em rotação. A fricção em rolamentos e accionamentos consome energia, e esse consumo próprio ainda não aparece nas contas actuais.

No pior cenário, parte da electricidade produzida pode acabar por se dissipar no próprio sistema. Se, no fim, restar apenas um ganho líquido reduzido, o conceito deixa de fazer sentido do ponto de vista económico. Só um protótipo real, com um balanço energético completo, poderá mostrar se o sistema é viável.

Ensaio previsto no mar (com protótipo GWEC)

O investigador pretende agora testar as ideias primeiro num tanque de ondas e, mais tarde, em mar aberto. Estão previstas unidades experimentais à escala reduzida, para medir até que ponto o desempenho real se aproxima do previsto nas simulações. Um ponto particularmente decisivo será a rapidez e a fiabilidade com que o controlo da rotação e do gerador funciona quando as condições de agitação mudam.

Em paralelo, a equipa considera um desenho alternativo: em vez de uma plataforma simétrica, igual de todos os lados, quer experimentar uma forma assumidamente assimétrica. Estruturas assim podem interagir de maneira diferente com a frente de onda e, segundo o investigador, talvez até consigam ultrapassar a actual barreira dos 50 por cento.

"Por trás disso está a tese de que certas formas conseguem quebrar e desviar as ondas de modo mais favorável - uma abordagem que só deslocaria o limite físico conhecido sob condições especiais."

Por enquanto, esta parte permanece claramente no domínio da especulação. Sem medições sólidas, continuam a ser exercícios de cálculo baseados em muitas premissas.

O que a electricidade das ondas pode significar para regiões costeiras

Apesar das incógnitas, o potencial é enorme. Ilhas e localidades costeiras remotas dependem frequentemente de geradores a gasóleo dispendiosos, porque não compensa construir uma rede eléctrica densa. Para esses locais, uma central de energia das ondas robusta e de baixa manutenção poderia ser transformadora.

Imagine-se uma linha de unidades flutuantes deste tipo, amarradas a alguns quilómetros da costa:

• Produzem electricidade também à noite e com céu nublado.
  
• Quase não ocupam solo em terra, ao contrário de grandes parques solares.
  
• Podem ser ampliadas de forma modular, conforme a procura.
  
• Idealmente, podem ser recolhidas ou rebocadas para zonas mais seguras como protecção contra tempestades.
  

Há ainda a vertente ecológica: se forem bem concebidas, estas plataformas exigem muito menos intervenções no fundo do mar do que fundações maciças de parques eólicos. Ao mesmo tempo, precisam de ser planeadas para não interferirem com rotas de navegação e actividades de pesca.

O que significam termos como “houlomotricité” e energia das ondas

No jargão técnico internacional, surge muitas vezes a expressão energia das ondas (ou energia undimotriz) e, por vezes, o termo “houlomotricité”. Em todos os casos, refere-se à mesma ideia base: usar a energia de movimento da superfície do mar como fonte primária. Essa energia é gerada sobretudo pelo vento, que actua sobre grandes áreas de água durante longas distâncias, colocando-as em oscilação.

A energia das ondas é distinta da energia das marés. Nas marés, o que está em causa é a subida e descida regular do nível do mar devido à atracção gravitacional da Lua e do Sol - um fenómeno mais lento, mas extremamente previsível. As ondas, pelo contrário, respondem directamente ao estado do tempo: tempestades intensificam-nas e períodos de calmaria enfraquecem-nas.

Do ponto de vista técnico, ambas as fontes podem ser combinadas. Em regiões com grande amplitude de maré e mar agitado, poderão surgir no futuro instalações que gerem electricidade tanto pela diferença de altura na maré cheia como pelo movimento das ondas. Isso ajudaria a amortecer picos de carga e a reduzir oscilações na rede.

Riscos, desafios e próximos passos

Antes de uma adopção em grande escala, há obstáculos importantes a ultrapassar. A questão central é esta: como se comportam mecanismos, rolamentos e vedações após anos em água salgada, com tempestades, incrustações de mexilhões e algas?

Somam-se exigências de segurança: uma unidade à deriva não pode tornar-se um perigo para embarcações se uma amarra falhar. Por isso, desligamentos de emergência, sistemas de localização e conceitos de ancoragem robustos fazem parte do desenvolvimento tanto quanto a optimização da eficiência.

Em paralelo, coloca-se a questão da ligação à terra: como transportar a electricidade? Entre as opções estão cabos submarinos para uma estação colectora ou subestações flutuantes, como as usadas em parques eólicos offshore. Também faz sentido pensar em soluções híbridas que combinem energia eólica e energia das ondas - ambas poderiam partilhar fundações e infra-estruturas.

Ainda é incerto se este conversor giroscópico acabará por oscilar de forma permanente ao largo de costas em operação contínua. O estudo, no entanto, indica que a energia das ondas está longe de estar esgotada e que, com controlo inteligente, é possível extrair do sobe-e-desce do mar muito mais do que muitos supunham até agora.