Sustentabilidade
Como os Gêmeos Digitais Impulsionarão o Futuro da Energia Renovável
Por vários séculos, temos utilizado recursos de petróleo e gás para gerar eletricidade, alimentar veículos e aeronaves, e servir como base para uma ampla gama de produtos, incluindo borracha, plásticos, fertilizantes e produtos farmacêuticos.
Esses recursos naturais não renováveis são produzidos a partir de carbono e hidrogênio e fornecem até 84% da geração de energia mundial. O uso extensivo desses recursos finitos e convencionais, porém, tem causado poluição e danos ambientais.
Ao liberar gases de efeito estufa tóxicos e poluentes nocivos, a extração e combustão de combustíveis fósseis têm contribuído para as mudanças climáticas e o aquecimento global, afetando a saúde humana e os ecossistemas.
Uma solução fundamental para esse impacto significativamente negativo no planeta causado pelos recursos de petróleo e gás é a transição dos combustíveis fósseis para fontes de energia renovável.
A energia renovável é extraída de fontes ambientais como o clima e a localização geográfica. É energia verde de emissão zero.
Energia solar, eólica, hidrelétrica, geotérmica e de biomassa são os exemplos mais proeminentes de fontes de energia renovável, que são sustentáveis.
Na última década, o mundo tem recorrido a essas fontes de energia renovável como forma de promover a transição para energia verde, resultando em um aumento constante de seu uso em várias aplicações.
De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA), o consumo de energia renovável nos setores de energia, calor e transporte previsto para aumentar cerca de 60% entre 2024 e 2030, o que elevará a participação das renováveis no consumo final de energia de 13% em 2023 para quase 20% em 2030.
Embora benéfico ao meio ambiente, integrar esses recursos naturais na geração de energia, armazenamento de energia e transporte traz seus próprios desafios devido à sua natureza intermitente e forte dependência de fatores externos como estação e localização. Essa dependência requer um sistema de armazenamento de energia.
Há também um alto custo inicial de infraestrutura associado às fontes de energia renovável, enquanto sua taxa de geração de energia é lenta.
Como resultado, fontes convencionais ainda são usadas para a maior parte da geração de energia. Isso torna crucial ter uma nova estratégia e tecnologia para lidar melhor com esses desafios. Isso significa compreender, estudar e analisar o comportamento dos parâmetros de cada sistema durante as fases de design, produção e serviços de todo o ciclo de vida útil de cada sistema de energia renovável. É aqui que a tecnologia de gêmeos digitais (DT) entra em cena.
A tecnologia utiliza modelos adaptativos para simular o desempenho em tempo real de sistemas físicos em um ambiente digital, ajudando a prever e prevenir falhas potenciais do sistema.
De Físico a Digital: O Surgimento de Réplicas Virtuais
Um gêmeo digital é simplesmente a representação virtual ou réplica de um objeto físico do mundo real, pessoa, sistema ou processo. Para espelhar sua contraparte física, a réplica digital usa dados em tempo real capturados com a ajuda de sensores, simulações e aprendizado de máquina.
Isso permite monitoramento, análise e previsão do comportamento do ativo físico em vários cenários, permitindo‑nos tomar decisões melhores.
A capacidade desses gêmeos digitais de replicar e interagir com sistemas complexos os tornou altamente valiosos em diversos setores, onde impulsionam melhorias na eficiência, redução de custos e desenvolvimento de soluções inovadoras.
Segundo estimativas da McKinsey, o mercado global de tecnologia de gêmeos digitais alcançará $73,5 bilhões até 2027, crescendo 60% ao ano nos próximos cinco anos.
O termo ‘gêmeo digital’ foi adotado por John Vickers da NASA em 2010, mas a ideia central surgiu muito antes. A agência espacial desenvolveu a tecnologia para uso em missões de exploração espacial na década de 1960.
Foi em 2002, porém, que o Dr. Michael Grieves anunciou formalmente o conceito e o aplicou à manufatura. O conceito foi dividido em três partes principais: o espaço físico real, o espaço virtual desse componente físico e a ligação que conecta os dois.
Anos depois, em 2011, um gêmeo digital foi desenvolvido pela Força Aérea dos EUA para projetar aeronaves e prever fadiga e manutenção. A partir daí, a tecnologia se espalhou para outras áreas, incluindo aeroespacial, transporte, navegação, manufatura, saúde e aplicações de petróleo e gás.
Na energia renovável, a função principal de um gêmeo digital é coletar dados de sensores no local para reproduzir as operações do sistema físico em um ambiente virtual.
Um gêmeo digital pode ser criado para cada tipo de sistema de energia renovável durante suas fases de ciclo de vida para atender a uma tarefa específica. Isso implica a necessidade de grandes quantidades de dados, incluindo a geometria de cada componente, dados climáticos, problemas anteriores, previsões históricas, dados experimentais e práticos, e dados em tempo real, tornando a aplicação do gêmeo digital no setor complexa e desafiadora.
O fato é que a aplicação de gêmeos digitais em sistemas de energia renovável ainda não foi amplamente explorada.
Portanto, o novo estudo aprofunda o conceito neste setor específico. Pesquisadores da Universidade de Sharjah realizaram uma exploração aprofundada de gêmeos digitais alimentados por IA como ferramenta para acelerar a transição para energia limpa.
Em seu artigo, os pesquisadores conduzem uma revisão completa da arquitetura, funções, ciclo de vida e aplicações da tecnologia de gêmeos digitais em sistemas de energia renovável.
Para isso, utilizaram IA, aprendizado de máquina (ML) e processamento de linguagem natural (NLP), que lhes permitiram avaliar grandes volumes de dados brutos e descobrir insights significativos sobre padrões estruturados e tendências emergentes.
Com esta pesquisa, a ideia é aproveitar o potencial da tecnologia para melhorar a eficiência e a sustentabilidade, ao mesmo tempo em que aborda os desafios de escassez de dados, processos biológicos complexos, modelagem de equipamentos degradados e variabilidade ambiental.
Otimizando a Mudança Verde: Promessas e Desafios dos Gêmeos Digitais Impulsionados por IA
À medida que o mundo luta para reduzir as emissões de carbono e combater as mudanças climáticas, os pesquisadores recorreram a gêmeos digitais alimentados por IA para remodelar o futuro da energia.
Essas representações digitais do mundo físico, segundo os pesquisadores, podem transformar a geração, gestão e otimização de fontes de energia renovável, acelerando a transição dos combustíveis fósseis. Mas, para isso, precisamos superar suas limitações notáveis.
Como observaram os pesquisadores, “gêmeos digitais são altamente eficazes na otimização de sistemas de energia renovável”, mas cada fonte de energia renovável apresenta desafios únicos que podem “limitar o desempenho das tecnologias de gêmeos digitais, apesar de sua considerável promessa em melhorar a geração e gestão de energia”.
Portanto, após conduzir uma revisão extensiva da literatura existente sobre o tema, sobre como os gêmeos digitais estão sendo usados no setor, eles reconheceram lacunas de pesquisa, sugeriram diretrizes e abordaram as questões que precisam ser resolvidas para aproveitar plenamente a tecnologia de gêmeos digitais no setor de energia renovável.
Um roteiro de pesquisa também é oferecido para ajudar os cientistas a aprimorar a confiabilidade e precisão da tecnologia.
Em seu estudo, os pesquisadores definiram vantagens significativas dos gêmeos digitais1 bem como suas limitações em vários sistemas de energia renovável. O foco das recomendações feitas pelos pesquisadores está em expandir as capacidades computacionais, avançar as técnicas de modelagem e melhorar os métodos de coleta de dados para garantir que os gêmeos digitais possam fornecer insights precisos e confiáveis para a tomada de decisões e otimização de sistemas.
| Tipo de Energia | Benefícios dos Gêmeos Digitais | Desafios Principais |
|---|---|---|
| Eólica | Prever falhas, otimizar desempenho | Lacunas de dados em áreas offshore, sistemas envelhecidos |
| Solar | Aumentar a produção dos painéis, monitorar condições | Variabilidade atmosférica, degradação dos painéis |
| Geotérmica | Modelar perfuração, prever fadiga | Incerteza geológica, dados subsuperficiais limitados |
| Hidrelétrica | Simular fluxos, otimizar manutenção | Modelar variabilidade da água, infraestrutura envelhecida |
| Biomassa | Melhorar operações da planta, analisar conversão | Modelagem química complexa, simulação da cadeia |
Energia Eólica
A energia eólica aproveita o poder do vento para gerar eletricidade. Em 2024, sua contribuição para a geração global de energia cresceu para 8,1%. Está prevista para se tornar a segunda maior fonte de geração de eletricidade renovável global, atrás da energia solar fotovoltaica, até o final desta década.
Para converter a energia cinética do vento em eletricidade, turbinas eólicas são instaladas em terra firme e também offshore no mar, seja fixas ou flutuantes.
Principalmente, dois tipos de turbinas eólicas são usados aqui. A turbina eólica de eixo vertical (VAWT) tem a rotação do eixo perpendicular ao movimento do vento. A outra são turbinas eólicas de eixo horizontal (HAWT), que giram paralelamente ao fluxo de vento.
Enquanto a HAWT captura a quantidade máxima de energia eólica, requer fluxo de ar estável sem flutuações consideráveis. A VAWT, por contraste, captura vento de qualquer direção e opera em locais de fluxo turbulento com taxa de geração de energia menor.
O uso de gêmeos digitais aqui pode ajudar a prever parâmetros desconhecidos e corrigir medições imprecisas.
No entanto, enfrentam desafios em modelar e monitorar com precisão fatores e condições ambientais. Dados não confiáveis e lacunas nos dados coletados de áreas remotas ou offshore também criam problemas para os gêmeos digitais. Além disso, eles têm dificuldade em simular fatores críticos em turbinas envelhecidas, como degradação da caixa de engrenagens, erosão das pás e desempenho do sistema elétrico.
Clique aqui para uma lista das principais ações de energia eólica.
Energia Solar
O principal motor do crescimento das renováveis é a energia solar, que tem sido a maior contribuinte para a geração de energia limpa há vários anos. Em 2024, forneceu mais de 2.000 TWh de eletricidade, adicionando 474 TWh para alcançar uma participação de 6,9%, tornando‑se a fonte de energia de crescimento mais rápido pelo 20º ano consecutivo.
A fonte de eletricidade nova mais rápida e maior é a energia solar. A luz solar é convertida diretamente em eletricidade usando fotovoltaicos (PV). Um painel PV, ou painel solar, contém células PV feitas de um semicondutor transmissor de energia. Essas células absorvem a luz solar e convertem a energia solar em eletricidade.
Enquanto isso, a energia solar concentrada (CSP) é uma forma indireta de gerar eletricidade, pois lentes ou espelhos são usados para concentrar a luz solar em um ponto focal.
Em relação à energia solar, os gêmeos digitais utilizam dados em tempo real de sensores para identificar os fatores‑chave que influenciam a eficiência e a potência de saída. Apesar de seu potencial, os gêmeos digitais aqui não conseguem prever com precisão o desempenho devido a variações nas condições atmosféricas. Além disso, têm dificuldade em monitorar a degradação dos painéis e influências ambientais ao longo do tempo, afetando sua precisão e utilidade.
Assim como na energia eólica, a coleta de dados de áreas remotas ou offshore pode ser escassa ou não confiável aqui.
Clique aqui para uma lista das principais ações de energia solar.
Energia Geotérmica
Esta energia renovável é extraída do calor interno do núcleo da Terra e é usada para aquecimento e refrigeração, além da geração de eletricidade. Sua participação nas energias renováveis é inferior a 3%.
Gêmeos digitais podem ajudar a simular todo o processo operacional de utilização da energia geotérmica, especialmente o processo de perfuração. Ao facilitar a análise de custos e prever fadiga, podem economizar tempo e custos associados à operação.
O maior desafio aqui é a disponibilidade limitada de dados de alta qualidade, o que impede a capacidade da tecnologia de simular incertezas geológicas e condições abaixo da superfície da Terra. Além disso, há comportamentos complexos de longo prazo dos sistemas geotérmicos, como transferência de calor e dinâmica de fluxo de fluidos, que são difíceis de modelar para gêmeos digitais.
Energia Hidrelétrica
A energia hidrelétrica utiliza o fluxo de água para produzir energia. Aproveita os efeitos da gravidade e da elevação.
Em 2024, a energia hidrelétrica representou a maior parte da geração global de eletricidade por tecnologia de energia renovável. Mas a participação de 14% dessa única maior fonte renovável, previsto pela IEA, deve sofrer um declínio de um ponto percentual até 2030, à medida que o uso crescente de energia solar fotovoltaica e eólica torna a hidrelétrica menos proeminente. Ainda se espera que cresça à medida que novos projetos entrem em operação.
A energia hidrelétrica está associada a altos custos de construção, afeta negativamente a qualidade da água e tem influência adversa nos habitats animais.
Gêmeos digitais podem ser aplicados à energia hidrelétrica para simular o sistema a fim de identificar fatores que o impactam. Em usinas mais antigas, podem ajudar a aliviar o impacto da fadiga dos trabalhadores na produtividade. A digitalização a laser 3D é usada aqui para detectar construções de fadiga de forma econômica.
O desafio, porém, é a escassez de dados, o desempenho de infraestrutura envelhecida e a modelagem precisa da complexa variabilidade do fluxo de água, além do monitoramento de restrições ambientais e ecológicas.
Energia de Biomassa
Este tipo de energia é derivado de material orgânico, que envolve animais e plantas decompostos. Pode ser extraído de diversas fontes sólidas, líquidas e gasosas como metano, culturas agrícolas, óleos vegetais, esterco animal e resíduos sólidos municipais.
Os modelos impulsionados por IA podem ajudar a melhorar a funcionalidade e operação da energia de biomassa, oferecendo uma compreensão mais profunda de todo o processo e da configuração da planta, como um queimador.
Mas, quando aplicados a este sistema de energia renovável, os gêmeos digitais têm dificuldade em modelar com precisão a conversão de biomassa e os processos biológicos, bioquímicos e termquímicos. Eles também enfrentam desafios ao simular toda a cadeia de produção de energia de biomassa.
Investindo na Tecnologia de Gêmeos Digitais
Agora, se analisarmos uma oportunidade de investimento neste setor, a PTC Inc. (PTC ) destaca‑se por seu foco central em gêmeos digitais e forte desempenho de mercado. A empresa global de software permite que fabricantes e empresas de produtos transformem digitalmente como projetam, fabricam e dão serviço a produtos físicos.
PTC Inc. (PTC )
O portfólio de produtos da PTC inclui Windchill para software de gerenciamento de ciclo de vida de produto empresarial, Creo para construir produtos com CAD/CAM/CAE, software ALM Codebeamer para desenvolvimento moderno, ServiceMax centrado em ativos para gerenciamento de serviços, plataforma PLM nativa em nuvem Arena, plataforma CAD nativa em nuvem Onshape, Kepware para acessar e controlar dados industriais, ThingWorx para criar e implantar aplicações de Internet das Coisas industriais (IIoT), plataforma AR empresarial escalável Vuforia, Servigistics para gerenciamento de peças de serviço e Arbortext para criar, gerenciar e entregar conteúdo de forma eficiente.
Os gêmeos digitais da PTC também foram usados em todo o setor de energia renovável.
Alguns anos atrás, o grupo energético francês ENGIE se associou a ela para desenvolver um forno virtual que auxilie na transição de ativos industriais. A EDF, por sua vez, usou ThingWorx e Vuforia para monitorar operações, melhorar o treinamento de trabalhadores e simular tarefas críticas de manutenção para seus sistemas de usinas nucleares. A Howden aplicou a tecnologia para aprimorar seus compressores e ventiladores usados em petróleo e gás e geração de energia.
Quanto ao seu desempenho de mercado, as ações da PTC atingiram um recorde histórico (ATH) acima de US$ 219, registrando um aumento de 16,83% no ano até a data (YTD) e subindo 57,5% desde abril. Com isso, possui um EPS (TTM) de 4,24 e um P/E (TTM) de 50,64.
(PTC )
No terceiro trimestre fiscal de 2025, a empresa reportou um crescimento de 14% no fluxo de caixa operacional e livre, que chegou a US$ 850 milhões.
“O terceiro trimestre foi mais um trimestre sólido de execução para a PTC,” observou Neil Barua, presidente e CEO da PTC, ao compartilhar os avanços em CAD, PLM, ALM, SLM e SaaS com novas ofertas de produtos e aprimoramentos.
Durante este trimestre, a empresa realizou recompra de ações no valor de US$ 75 milhões como parte de sua autorização de US$ 2 bilhões.
Esta semana, a PTC ampliou sua colaboração com a NVIDIA ao anunciar a integração das tecnologias NVIDIA Omniverse ao Creo e ao Windchill para ajudar as empresas a melhorar a qualidade dos produtos, acelerar o desenvolvimento e colaborar de forma mais eficaz em produtos complexos ao longo de todo o seu ciclo de vida.
“Os produtos mais avançados de hoje — desde hardware de IA até maquinário industrial — são mais complexos, integrados e intensivos em engenharia do que nunca,” disse Barua, observando que com essa colaboração, “estamos oferecendo aos nossos clientes a capacidade de incorporar dados de design e configuração em um ambiente de simulação imersivo em tempo real.”
No início deste ano, a PTC lançou o ServiceMax AI, que aproveitará todo o histórico documentado de dados de equipamentos, histórico de serviços e mais para ajudar as organizações a modernizar seus fluxos de trabalho e permitir que técnicos de serviço de campo realizem mais trabalho em menos tempo.
Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da PTC Inc. (PTC)
Considerações Finais sobre Gêmeos Digitais e Energia Limpa
A tecnologia de gêmeos digitais surgiu como um instrumento eficaz para otimizar sistemas de energia renovável. Embora seu potencial para maximizar a eficiência, previsões e integração de sistemas seja indiscutível, ela também apresenta desvantagens.
Só superando os desafios de disponibilidade de dados, gerenciando ambientes de modelagem complexos e construindo soluções econômicas e escaláveis que a adoção real pode ser alcançada.
Portanto, à medida que o mundo faz a transição para fontes de energia renovável a fim de reduzir as emissões de carbono e combater as mudanças climáticas, os gêmeos digitais estão prontos para definir a próxima era da energia verde.
Referências:
1. Semeraro, C., Aljaghoub, H., Al‑Ali, H.K.M.H., Abdelkareem, M.A., & Olabi, A.G. “Aproveitando o futuro: Explorando aplicações e implicações dos gêmeos digitais em energia renovável.” Energy Nexus, vol. 18, 1 de junho de 2025, p. 100415. ScienceDirect. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2025.100415
