Armazenamento de Calor no Solo Pode Resolver o Desafio de Armazenamento de Energia Renovável

Armazenamento de Energia em Grande Escala Necessário

Há uma necessidade crescente de sistemas de baterias que possam armazenar muita energia por várias horas ou dias. Isso ocorre porque a energia solar e eólica são intermitentes, variando ao longo do dia e de um dia para o outro.

A situação piora ainda mais em climas frios, pois costuma ser quando as temperaturas estão especialmente baixas que o consumo de energia aumenta para aquecer os edifícios. Portanto, quando o céu está nublado ou os painéis solares estão cobertos de neve, a demanda de energia atinge seu pico.

Usar baterias de íon‑lítio como as de veículos elétricos provavelmente não será uma solução viável em larga escala. Elas são simplesmente caras demais, não duráveis o suficiente e consomem muitos materiais básicos.

É por isso que muitas químicas alternativas de baterias foram consideradas para o armazenamento de energia em escala de utilidade. Analisamos a maioria dessas opções em nosso artigo “O Futuro do Armazenamento de Energia – Tecnologia de Baterias em Escala de Utilidade“, incluindo lítio‑ferro‑fosfato, íon‑sódio, fluxo‑redox, ferro‑ar, metal fundido, níquel‑hidrogênio, sódio‑enxofre, etc.

Todas essas baterias armazenam energia na forma de eletricidade de uma forma ou de outra, geralmente por meio da oxidação e redução de um metal.

O problema é que mesmo metais muito comuns, como ferro ou alumínio, ainda exigiriam muita mineração. E se armazenássemos energia em outra forma?

Armazenamento de Calor

Existe um número surpreendentemente grande de opções para armazenar energia sem usar eletricidade como meio de armazenamento. Analisamos essas opções com mais detalhes em “Alternativas Não Químicas às Baterias para a Transição Energética“. Essas opções incluem:

• Ar comprimido.
• Baterias gravitacionais (rochas, hidroelétrica bombeada).
• Baterias de calor.
• Volantes.
• Solar térmico.

Cada uma dessas opções, baterias e não‑baterias, tem vantagens e desvantagens. A solução ideal de armazenamento de energia atenderia a algumas características:

• Não requer metais nem materiais raros.
• Armazenamento de energia de longa duração, idealmente em escala de várias semanas ou meses.
• Baixo custo.
• Facilmente escalável sem limitações de locais ou recursos disponíveis.
• Pode ser convertido de volta em eletricidade com perdas mínimas.

Para os primeiros 4/5 critérios, o armazenamento de calor atende ao requisito. Exploramos algumas das possíveis tecnologias de “bateria de calor” em nosso artigo dedicado “Baterias de Calor Maturando Rapidamente Sem Necessidade de Mineração de Metais”.

No entanto, mesmo essas soluções ainda exigem alguma fabricação da capacidade de armazenamento, seja silos isolados gigantes cheios de areia ou blocos de carbono puro aquecidos a 1500°C.

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Kaunas (Lituânia) estão agora explorando outra possibilidade, armazenando a energia diretamente no solo sob os edifícios, sem necessidade de fabricação adicional.

Eles publicaram suas descobertas em uma edição especial da revista Sustainability¹ sob o título “Pesquisa sobre o Aumento da Eficiência Energética dos Edifícios Utilizando o Solo Subjacente para Termo‑Acumulação”.

Capacidade Térmica do Solo

Como os solos contêm uma mistura de minerais e água, tendem a ter uma massa térmica enorme, que é a quantidade de energia em forma de calor que podem armazenar para um determinado volume ou massa. A natureza do solo, como sua estrutura física, teor de matéria orgânica, textura e composição mineral, determina as variações térmicas do solo.

Por causa disso, o solo tende a manter uma temperatura mais constante abaixo de certa profundidade (geralmente 2‑3 metros / 6,5‑10 pés), refletindo a temperatura média anual de uma determinada região.

Fonte: MDPI

É esse princípio que é aproveitado pelas bombas de calor geotérmicas, que utilizam o calor armazenado pelo solo no verão para aquecer as casas no inverno, em vez de tentar bombear calor do ar superficial muito mais frio. Também pode funcionar ao contrário em climas quentes, onde o solo permanece mais frio durante o dia e o verão do que o ar da superfície. Os mesmos princípios também estão sendo aplicados em estufas geotérmicas,

Medindo a Difusão Térmica

Configuração Experimental

Poucos testes foram realizados analisando a difusão térmica em múltiplas camadas de solo e medindo-a ao longo de todo o ano, permitindo uma compreensão adequada do potencial do solo como uma bateria térmica prática.

Assim, a pesquisa criou uma configuração experimental com múltiplas medições em diferentes profundidades. Eles adicionaram uma resistência elétrica para posteriormente medir a difusão de calor. A pesquisa experimental sobre dissipação de calor no solo começou em dezembro e foi concluída em julho.

Fonte: MDPI

As medições experimentais foram comparadas a uma simulação digital da difusão de calor no solo, com ambos apresentando resultados semelhantes, comprovando assim a validade da simulação.

Fonte: MDPI

“As medições ao longo de um ano revelaram padrões sazonais naturais na temperatura do solo e nos permitiram identificar várias tendências. Descobrimos que mesmo o uso passivo de um volume de solo isolado sob um edifício pode reduzir a perda de calor e aumentar sua eficiência energética.”
Prof. Ždankus – Professor da Universidade de Tecnologia de Kaunas

Armazenamento de Energia em Água

Os pesquisadores já sabiam que o teor de água do solo, bem como as bolsas de ar, afetam drasticamente a velocidade da difusão térmica no solo e sua massa térmica. À medida que a profundidade aumenta, o tempo de acumulação também aumenta, permitindo que o solo armazene calor mais lentamente e por períodos mais longos.

Descobriu‑se que a atividade da água também é um fator chave na difusão de calor no solo, pois a água pode mover o calor entre as camadas do solo, bem como lateralmente.

Em um teste, o solo foi aquecido até o ponto em que a umidade começou a evaporar – desencadeando uma mudança de fase em que a água líquida se transforma em vapor. Essa “mudança de fase” de água líquida para vapor absorve uma quantidade significativa de calor, aumentando a capacidade total do solo de retenção de calor ao mesmo tempo que altera o padrão de distribuição.

“A mudança de fase pode ser uma forma eficiente de armazenar calor. Quantidades significativamente maiores de energia podem ser carregadas no solo.

À medida que o vapor viaja através do solo, ele distribui calor por uma área maior. “Observamos um aumento acentuado de temperatura onde quer que o fluxo de vapor chegasse. Isso significa que a energia está se movendo e pode ser controlada.”

Prof. Ždankus – Professor da Universidade de Tecnologia de Kaunas

Aplicações Práticas

Transformando Cada Lote em uma Bateria

Como cada edifício tem uma pegada significativa, utilizar o solo tanto para estabilidade estrutural quanto para armazenamento de calor não exigiria esforço, especialmente em novos edifícios, com a troca de calor instalada durante a construção das fundações.

O mesmo pode ser dito de grandes superfícies construídas com concreto ou asfalto.

“Tal sistema poderia ajudar a equilibrar redes de aquecimento distrital ou aliviar a pressão durante sobrecargas da rede elétrica. Também é possível instalar acumuladores térmicos para uso individual – sob edifícios residenciais, ruas ou estacionamentos.”
Prof. Ždankus – Professor da Universidade de Tecnologia de Kaunas

A ideia seria usar o excedente de energia durante as horas e dias ensolarados, ou dias ventosos, e aquecer o solo como uma enorme bateria de calor. A maior quantidade de energia foi necessária para aquecer o solo ao redor no início.

Na configuração experimental, foram necessárias cerca de uma semana de fluxo de calor contínuo para alcançar um equilíbrio estável, onde não se poderia mais adicionar calor ao solo sem que ele fosse dissipado.

Redes Descentralizadas & Calor

Uma vantagem chave desta tecnologia seria que ela pode facilmente capitalizar a natureza descentralizada da produção solar, tanto em ambientes rurais quanto urbanos.

Pode causar problemas, pois a rede não foi projetada para suportar cargas amplamente flutuantes ao longo do dia em um ponto que antes era apenas relativamente estável de consumo. Nesse sentido, parques de baterias são de pouca ajuda, já que a rede elétrica ainda precisa de uma atualização para alimentar as baterias.

Em vez disso, o excedente de produção solar em um determinado edifício poderia ser enviado localmente como calor para o solo e reutilizado mais tarde à noite ou após vários dias para aquecê‑lo. Dessa forma, a rede local não fica sobrecarregada durante as horas mais ensolaradas.

Isso também pode funcionar até certo ponto para refrigeração, com o solo capaz de armazenar frio assim como calor.

Pesquisa Adicional

É necessário fazer uma avaliação mais profunda da economia do sistema, integrando os preços dos equipamentos utilizados e custos de construção, economias nas atualizações da rede, e por quanto tempo o solo pode manter o calor de forma econômica.

Até agora parece que este seria um sistema melhor para equilibrar a demanda de energia no ciclo dia‑noite, ou ao longo de alguns dias, do que o balanceamento de vários meses e sazonal.

Outra questão que precisa ser investigada antes que o uso prático da tecnologia seja implementado é como ela pode utilizar soluções prontas já em uso pela indústria geotérmica.

“Nosso objetivo imediato é integrar soluções existentes, como poços, estacas e outras tecnologias de troca de calor subterrâneas, em um sistema que possa beneficiar tanto a indústria quanto os setores residenciais.”
Prof. Ždankus – Professor da Universidade de Tecnologia de Kaunas

Investindo em Energia Geotérmica

O setor ainda é relativamente pequeno comparado a outras renováveis e está evoluindo rapidamente tecnologicamente. Discutimos isso com mais detalhes em “Energia Geotérmica: Energia Verde que Está em Alta”.

Isso significa que muitas das startups mais avançadas do setor ainda são listadas privadamente. Por exemplo, energia geotérmica de circuito fechado Eavor, geotermia supercrítica Quaise, ou fundos acessíveis apenas a investidores credenciados como Baseload Capital.

Também significa que algumas empresas geotérmicas avançadas, como Iceland Drilling, podem ser apenas uma pequena parte de uma empresa de perfuração de petróleo e gás muito maior (Archer Wells – ARCH.OL neste caso).

Ainda assim, algumas empresas são listadas publicamente e disponíveis para investidores de varejo. Você pode investir em empresas relacionadas à energia geotérmica através de várias corretoras, e pode encontrar nossas recomendações das melhores corretoras neste site nos EUA, Canadá, Austrália, Reino Unido, e muitos outros países.

Se você não está interessado em escolher empresas específicas, também pode considerar ETFs como o ETF de Energia Limpa Global Shares (ICLN), o Fundo de Índice de Energia Verde First Trust NASDAQ Clean Edge (QCLN), ou o ETF de Energia Limpa ALPS (ACES) para capitalizar o crescimento do setor de energia geotérmica.

Empresas Geotérmicas

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat é a maior proprietária e operadora de energia geotérmica do mundo. A empresa possui ativos nos EUA, Quênia, Indonésia e na América Central + Caribe, com uma capacidade de 1,5 GW, ou 10% da capacidade global de geração de energia geotérmica, com 253 MW adicionados apenas em 2024.

Fonte: Ormat

A empresa está visando um forte crescimento da capacidade de produção de energia, com muitos novos poços de exploração sendo perfurados, notavelmente em Nevada, Utah e Califórnia. No total, deve alcançar 2,6‑2,8 GW de capacidade de produção de energia até 2028.

Fonte: Ormat

Ormat também está entrando no mercado de armazenamento de energia, com 290 MW em operação. 385 MW de capacidade de armazenamento adicional estão em desenvolvimento, com potencial de 2,9 GW a longo prazo.

Fonte: Ormat

Também é fornecedora de tecnologia geotérmica, trazendo sua expertise para 74% dos projetos de usinas binárias, que transferem o calor do solo para outro líquido; usinas binárias representam 61% do mercado global de energia geotérmica, o que significa que a Ormat controla 45% do mercado global.

Fonte: Ormat

A energia geotérmica é atualmente um setor de rápido crescimento, mas também ainda muito conservador devido à falta de familiaridade com a tecnologia para a maioria das concessionárias e empresas industriais.

Nesse sentido, isso coloca a Ormat bem posicionada para capitalizar a demanda crescente, sendo também um dos players mais estabelecidos na indústria, e fornecendo energia renovável de base, algo que outras tecnologias verdes ainda lutam para alcançar.

Últimas Notícias sobre a Ormat Technologies

Referência do Estudo:

^{1. Tadas Zdankus , Sandeep Bandarwadkar, Juozas Vaiciunas, Gediminas Stelmokaitis, and Arnas Vaicaitis (2025). Pesquisa sobre o Aumento da Eficiência Energética dos Edifícios Utilizando o Solo Subjacente para Termo‑Acumulação. Integração de Energia Renovável e Aplicação em Edifícios para Neutralidade de Carbono 2ª Edição https://doi.org/10.3390/su17010262}