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O futuro da energia limpa

Agência americana divulga avanços na geração de energia limpa

© David Biello
FOLHA ARTIFICIAL: a Sun Catalytix esperava transformar seu sistema de luz solar e dissociação de moléculas de água em uma fonte de energia domiciliar barata com ajuda da ARPA–E.

 
Por David Biello

A barragem Hoover foi fruto dos frenéticos esforços para combater os efeitos da Grande Depressão. 

Da mesma forma, os gigantescos campos de espelhos concentradores de calor no deserto da Califórnia, conhecidos como Ivanpah Solar Power Facility (Instalação Ivanpah de Energia Solar), podem vir a representar o enorme empenho para impedir que a Grande Recessão se transforme em plena depressão.

“Em recessões passadas, conseguimos concretizar grandes projetos”, lembrou Michael Splinter, presidente-executivo da Applied Materials, na exposição inaugural “ARPA-E Energy Innovation Summit”* da  Agência de Projetos de Pesquisa Avançada para a Energia (ARPA-E), em 2010. 

“Precisamos de uma barragem Hoover de energia solar; ou talvez apenas cerquemos a hidrelétrica com [painéis] solares? Para o que apontaremos daqui a 30 anos, dizendo ‘Isso resultou da Grande Recessão de 2009?’”, arrematou.

Talvez o legado dessa recessão seja algo fisicamente um pouco menos imponente.

Quem sabe, sua herança seja a própria ARPA-E, a única agência a brotar do esforço de estímulo de 2009, mesmo que a incipiente organização ainda tenha de financiar a invenção de uma tecnologia tão globalmente transformadora como a internet.

A ARPA-E nasceu em 2009, com um modesto orçamento de US$ 400 milhões — cerca de um terço do que sua antecessora intelectual, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA), recebeu ao ser criada, em 1958.

Com ambições de instigar uma segunda revolução industrial, a agência recebeu propostas para cerca de 3.700 possíveis tecnologias energéticas transformadoras do mundo e desembolsou US$ 151 milhões para subsidiar 37 delas — desde transformar água e CO2 em combustível com nada além de luz solar até baterias melhores.

A maior fatia isolada à época, US$ 9,1 milhões, foi destinada à empresa Foro Energy para ajudá-la a desenvolver sistemas de perfuração a laser que poderiam baratear o aproveitamento do calor da Terra para gerar energia elétrica.

Os escritórios da ARPA-E dentro do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DoE) pretendem lembrar mais uma engenhosa start-up do Vale do Silício que uma parte de uma burocracia esclerosada, encarregada principalmente de cuidar de armas nucleares e de seu legado.

Funcionários da ARPA-E, inclusive seus diretores, ocupam seus cargos por apenas três anos.

Esse curto período de tempo visa a inspirar e transmitir a “cruel urgência do agora”, uma citação de Martin Luther King, Jr. que se encontra pendurada na parede do QG do DoE, um edifício de blocos de concreto sobre estacas concretadas, com uma infinidade de pequenas janelas quadradas enfileiradas.

O plano era ser uma agência do governo destemida de riscos; uma burocracia sem burocratas.

“Queríamos ser avaliados por nossa maluquice”, Arun Majumdar, o primeiro diretor da ARPA-E me confidenciou em 2013 depois de sair da agência. “Ainda é cedo e você quer criar uma reputação alicerçada em sólidas bases tecnológicas que são arriscadas, mas não malucas”, completou.

Mesmo em 2010, na exposição inaugural da ARPA-E, a questão era se algumas das inovações sugeridas realmente eram revolucionárias. À época, Majumdar salientou que “trabalhar como de costume e o ritmo de inovação simplesmente não são suficientemente rápidos”.

O “mandarim” da indústria de defesa Norman Augustine, por exemplo, ex-presidente e CEO da Lockheed Martin e um mestre em velocidades de escape, sentiu que a agência representava um ponto de inflexão. 

Augustine presidiu inúmeros relatórios governamentais, inclusive o que originou a ARPA-E, e pode ter julgado que a nova agência significava uma mudança de velhos para novos conceitos; mas a maioria dos 37 projetos iniciais envolvia ideias que já circulavam há anos, como transformar algas em combustível ou usar fibra de carbono para melhorar a eficiência do combustível em carros.

Graças à ARPA-E, essas propostas estavam sendo desenterradas, revigoradas e refinanciadas, talvez em razão do entusiasmo por projetos de estímulo imediatistas, do tipo “mãos-a-obra”.

Cinco dos 37 primeiros projetos financiados visavam desenvolver um jeito mais barato para capturar o CO2 lançado na atmosfera pelas centenas de usinas de energia movidas a carvão do país.

Mas, insatisfeito com tão poucos projetos para uma tecnologia tão crítica, Majumdar criou todo um programa, batizado Materiais e Processos Inovadores para Tecnologias Avançadas de Captura de Carbono (Innovative Materials and Processes for Advanced Carbon Capture Technologies, ou IMPACCT) para acrescentar outras 15 propostas destinadas a reduzir o custo dessa captura de CO2.

“Precisamos desenvolver tecnologias para utilizar combustíveis fósseis de forma limpa”, o então secretário de Energia Steven Chu me disse em 2010.

Mas, até agora, nenhuma atingiu essa meta — ainda.

Outros candidatos a “home runs”, para usar a metáfora de beisebol favorita de Majumdar e Chu, incluíram a tentativa da Sun Catalytix de fornecer energia domiciliar utilizando apenas luz solar, química e água; o esforço de desenvolver uma bateria gigante de metais líquidos inspirada no processo altamente energético de produzir alumínio a partir de bauxita e que acabaria dano origem à empresa Ambri; e uma técnica melhor para produzir células solares ao utilizar silício semilíquido, como massa de panqueca, para fazer wafers (bolachas) em vez de cortar os grandes lingotes em fatias.

Essa inovação veio de uma empresa chamada 1366, em homenagem à quantidade de luz solar em watts que atinge cada metro quadrado do planeta.

A ARPA-E não dispõe do orçamento necessário para lidar com algo tão amplo como a rede de transmissão elétrica, nem tão caro como construir um novo tipo de reator nuclear.

As tecnologias mais promissoras que financiou incluem baterias para armazenar a energia gerada por ventos noturnos e células fotovoltaicas aprimoradas para transformar luz solar em eletricidade.

Em apenas seis anos, a agência também criou uma nova comunidade de pesquisa focada em utilizar microrganismos para transformar CO2, o principal gás de efeito de estufa responsável por mudanças climáticas, em combustível, embora esses eletrocombustíveis continuem muito distantes da vida fora do laboratório de ciências.

Até 2011, o investimento da ARPA-E em invenções para o futuro da energia tinha se diversificado para 121 projetos em sete áreas críticas, com siglas sugestivas como a das Baterias para Armazenamento de Energia Elétrica nos Transportes, ou BEEST (uma brincadeira com a palavra “beast”, ou “besta, fera”, em inglês).

“Assim como vocês têm Intel dentro de seus laptops, espero que tenham BEESTs dentro de seus carros elétricos no futuro”, Majumdar declarou perante o público na segunda exposição de novidades da agência.

“Como conquistaremos o futuro? Inventando tecnologia limpa a preços acessíveis”, resumiu.

Projetos da ARPA-E estão repletos de siglas e nomes de programas inspirados no jogo “Out-There” de exploração espacial, gestão de recursos e ficção interativa, como electrofuels (eletrocombustíveis) ou REBELS (sigla de Reliable Electricity Based on ELectrochemical Systems, ou Eletricidade Confiável Baseada em Sistemas Eletroquímicos).

O próprio Majumdar ajudou a “bolar” a sigla PETRO, ou Plants Engineered to Replace Oil (Plantas Projetadas para Substituir Petróleo), em meio a uma enxurrada de e-mails durante um fim de semana.

Mas a agência não tem um programa direto de etanol; e o senador Lamar Alexander do Tennessee (R), um dos “pais políticos” da ARPA-E, aproveitou o palco da exposição de 2011 para exigir a abolição dos eternos e infindáveis subsídios para etanol de milho e outras fontes de energia “maduras” como carvão, gás e petróleo.

Em 2011, Majumdar e Chu aplaudiram os mais de US$ 200 milhões em financiamentos privados que se seguiram ao investimento da ARPA-E em algumas dessas tecnologias, como as baterias da Ambri ou a técnica para produzir wafers da 1366.

Naquele ano, o Departamento da Defesa também se tornou um cliente importante, se não o maior, de algumas dessas inovações energéticas.

“Mudar o modo como produzimos e utilizamos energia significa, fundamentalmente, melhorar a segurança nacional deste país”, resumiu Ray Mabus, secretário da Marinha em 2011, apontando para o histórico de mudanças na própria Marinha americana: de vento para carvão no século 19, e de carvão para petróleo, suplementado por energia nuclear, ao longo do século 20.

“Estou confiante que, assim como estamos liderando novamente o modo como acionamos nossos navios e aviões, a história provará que os pessimistas, que argumentam ‘isso é muito caro, a tecnologia [ainda] não existe’, estão equivocados mais uma vez”, concluiu Mabus.

É mais provável que qualquer progresso futuro seja medido em moléculas de CO2 não lançadas na atmosfera e barris de petróleo não importados, mas talvez leve até 20 anos para que isso fique claro.

A DARPA levou 10 anos para criar as bases do que viria a ser a internet e, depois disso, demorou várias décadas para que a rede (Web) conquistasse o mundo.

Na falta de uma tecnologia energética equivalente à internet, a ARPA-E teve de se concentrar em algumas apostas garantidamente bem-sucedidas em curto prazo, como aproveitar o fluxo de gás natural barato liberado no processo de fraturamento hidráulico, ou fracking.

Majumdar já matutava um jeito de resolver problemas com gás natural em 2011.

Na exposição, ou “cúpula”, daquele ano, Ernest Moniz, o físico que sucederia Steven Chu como secretário de Energia advertiu: “Precisamos que isso seja uma ponte para algum lugar, em vez de uma ponte para lugar algum”. E acrescentou: “Algum lugar é zero carbono, o que significaria carvão e gás natural com captura e armazenamento de carbono, e energias renováveis”.

Baterias melhoradas, uma constante nos financiamentos da ARPA-E, também fazem parte do leque de inovações — e são foco do mais estrondoso fracasso da agência: Envia, uma das 37 empresas subvencionadas inicialmente.

Na “cúpula” de 2012, Majumdar e outros elogiaram a start-up, fundada em uma biblioteca pública em Palo Alto, na Califórnia, por alcançar densidades energéticas de 400 watt-hora por quilo; resultados que foram verificados de forma independente pelo Centro Naval de Guerra de Superfície, em Crane, Indiana.

A empresa chegou a assinar assinou um contrato com a General Motors Corporation para ajudar a acionar o Chevy Volt ou outro carro elétrico, mas acabou não conseguindo fazer o fornecimento.

Na mesma linha mal-sucedida, a Sun Catalytix teve que mudar o foco de sua folha artificial para baterias de fluxo a fim de sobreviver, e várias das outras técnicas aspirantes para captura de CO2 também foram água abaixo.

“Eu não as chamo fracassos, chamo-as oportunidades para aprender”, Majumdar me disse em 2012.

Elon Musk, da Tesla, por outro lado, usou o palco da exposição ARPA-E de 2013 para prenunciar o reembolso do empréstimo federal de sua empresa, com 9 anos de antecedência e juros.

“O empréstimo do DoE à Tesla deveria ser visto como um sucesso bastante significativo”, salientou Musk e acrescentou: “Pelo amor de Deus, se as pessoas vão atacar o DoE por causa [do escândalo da falida fabricante de painéis solares] Solyndra, então o DoE também deveria receber elogios por seus sucessos”.

O conceito de bateria de metal líquido transformou-se em uma companhia conhecida como Ambri, que agora produz baterias comerciais em sua nova fábrica em Massachusetts, onde a 1366 também construiu uma instalação industrial.

Enquanto isso, a Google ganhou uma licitação para construir “pipas” de fibra de carbono, na realidade trata-se de turbinas eólicas voadoras, conhecidas como Makani Power em homenagem à palavra havaiana para vento. Esses aparelhos foram projetados para colher a energia produzida pelos ventos constantes da estratosfera terrestre.

Ainda assim, as atuais ambições da ARPA-E parecem ter encolhido, do financiamento de eletrocombustíveis para aparelhos de ar condicionado e janelas mais eficientes.

“Uma melhoria de 50% na quantidade de combustível necessária para fazer funcionar um ar condicionado é um belo avanço, mas ele não é atraente”, admitiu Cheryl Martin, segunda diretora da agência, em 2013. “Quando você demonstra que isso é possível, o mundo muda”.

Essas vitórias discutivelmente “pouco atraentes” talvez sirvam para salvaguardar os atuais cerca de US$ 300 milhões/ano em financiamentos da ARPA-E, que já são uma aberração em comparação ao US$ 1 bilhão/ano recomendado pelos fundadores intelectuais da agência ou, mais recentemente, pelos pesos-pesados corporativos do American Energy Innovation Council, que inclui Norman Augustine.

Em síntese, a ARPA-E investiu um total de aproximadamente US$ 1,1 bilhão em mais de 400 projetos.

Mas até sustentar esse nível de apoio financeiro parece um desafio.

“Escolhas difíceis terão de ser feitas sobre que tipos de investimentos em energia proporcionam o melhor retorno com o impacto mais abrangente”, anunciou o deputado federal Randy Weber na mais recente exposição da ARPA-E.

O republicano do sudeste do Texas também é o presidente da Subcomissão de Energia da Comissão de Ciência, Espaço e Tecnologia da Câmara dos Deputados americana.

A visão de um futuro de energia limpa é pouco melhor que uma miragem sem os recursos para investir nela. Sem suporte sustentado para inovações, quando ocorrer o próximo “choque de petróleo”, os Estados Unidos estarão despreparados para lidar com ele — de novo.

“Toda vez que o preço do petróleo sobe entramos em pânico, e quando ele cai apertarmos o botão ‘relaxar’”, criticou Steven Chu em 2011. “Vamos adotar uma abordagem mais comedida, de mais longo prazo”, recomendou.

A ARPA-E ainda não teve tempo suficiente para ser considerada um sucesso ou um fracasso, embora alguns já estejam dispostos a fazer esse julgamento.

Um deles é Fred Smith, o CEO da FedEx que, no evento de 2012 declarou sucintamente: “Libra por libra, dólar por dólar, é difícil encontrar uma coisa mais eficaz que o governo tenha feito que a ARPA-E”.

Mas, nem as coisas nem o mundo mudaram.

O consumo global de petróleo supera 90 milhões de barris por dia e a civilização queima mais de sete bilhões de toneladas de carvão por ano — os dois números cresceram no curto período de existência da ARPA-E.

Como resultado, quase 40 bilhões de toneladas de CO2 são lançadas anualmente no ar e sua concentração atmosférica atingiu níveis jamais vistos em toda a existência de nossa espécie: 400 partes por milhão.

Nos Estados Unidos, a segurança energética foi garantida pelo faturamento hidráulico para extração de petróleo e gás natural na América do Norte, assim como por medidas de eficiência obrigatórias para carros e caminhões, destinadas a reduzir a queima de combustível por quilômetro rodado.

Ainda assim, os empregos na indústria continuam diminuindo no país, embora a economia em geral tenha dado sinais de recuperação da pior parte da Grande Recessão.

O arco de uma transição energética pode ser longo, mas ele se inclina em direção da energia limpa.

Em 2014, a Agência Internacional de Energia (IEA) observou que, pela primeira vez em 40 anos, a poluição do setor energético não aumentou, mesmo enquanto a economia crescia. 

Essa estabilização se deve principalmente ao fato de a China estar queimando menos carvão. E, embora a Índia espere intensificar o seu consumo dessa matéria-prima, a ARPA-E talvez possa até ajudar a evitar isso.

“Quem sabe, deveríamos realizar a exposição da ARPA-E na Índia?”, ponderou Ernest Moniz, o secretário de Energia americano no evento da agência, em fevereiro deste ano.

“Uma exposição como essa na Índia seria inundada [de gente]”, previu Ratan Tata, presidente do Grupo Tata e empresário bilionário indiano que vende de tudo, de caminhões a chá. “As pessoas estão famintas de ideias novas e elas não existem na Índia”, sintetizou.

“Talvez tenhamos aí uma abertura para agir”, observou Moniz. “Acredito que isso realmente poderia ter um impacto”.

Essa também é a esperança da nova diretora da ARPA-E, a química Ellen Williams, anteriormente da University of Maryland e da gigante do petróleo British Petroleum (BP). Sua meta é expandir o impacto da ARPA-E, seja aprimorando a eficiência do motor de combustão interna, uma bateria mais barata que está sendo desenvolvida em uma garagem no Harlem, ou algo mais estranho ainda.

Cheryl Martin, a diretora anterior da agência, tem uma escala de impacto diferente.

“Em 2060, outra pessoa dirá se fomos um sucesso”, ela me disse em 2013. O sucesso pode demorar a vir, mas se vier será como um futuro de energia limpa que a ARPA-E ajudou a inventar.

*A exposição ou “cúpula” “ARPA-E Energy Innovation Summit” reúne as mentes mais brilhantes das áreas empresarial, acadêmica e governamental para promover tecnologias de ponta que poderiam, fundamentalmente, mudar o modo como geramos, utilizamos e armazenamos energia.

 

Publicado em Scientific American em 1 de abril de 2015.