Investigadores de Osaka querem gerar eletricidade a partir das ondas do mar usando giroscópios.

Ao largo, em mar aberto, balança uma caixa discreta - e, um dia, poderá levar eletricidade limpa às cidades costeiras.

Um investigador japonês defende que a energia do movimento das ondas do mar pode ser aproveitada com uma eficiência muito superior à que se pensava até agora. A ideia soa quase demasiado simples: uma estrutura flutuante, no interior um volante de inércia a rodar rapidamente e, a completar o conjunto, um sistema de controlo programado de forma inteligente - e a instalação poderia produzir grandes quantidades de energia elétrica. Para já, tudo isto existe apenas em simulação, mas os resultados estão a despertar curiosidade internacional.

Como o conversor de energia das ondas giroscópico transforma ondas em corrente

No centro do estudo está o chamado “Gyroscopic Wave Energy Converter”, abreviado GWEC, ou seja, um conversor giroscópico de energia das ondas. O conceito foi desenvolvido na Universidade de Osaka pelo especialista em construção naval Takahito Iida. A ideia baseia-se num fenómeno físico bem conhecido: a precessão.

Um GWEC é, no essencial, uma caixa flutuante. No interior encontra-se um volante de inércia pesado, que roda a grande velocidade e está ligado a um gerador. Quando uma onda atinge o corpo flutuante, este começa a oscilar e a adernar. O giroscópio no interior “resiste” a esse movimento através da precessão e, nesse processo, cria uma força mecânica de oposição.

É precisamente essa reação mecânica que pode ser convertida em binário e, por conseguinte, em corrente elétrica - o mar fornece o movimento, o giroscópio oferece a resistência.

Muitas pessoas conhecem este princípio de forma indireta no dia a dia: um pião que gira depressa não cai simplesmente, e uma bicicleta em andamento mantém-se estável. Iida transporta esse comportamento para um sistema flutuante de conversão de energia, ajustado de forma deliberada às ondas.

Porque falharam as anteriores centrais de energia das ondas

A energia das ondas é vista há décadas como um complemento atrativo para a eletricidade eólica e solar. A energia está praticamente sempre presente na água, sobretudo nas costas expostas a tempestades. Ainda assim, quase nenhuma tecnologia conseguiu chegar a um nível industrial maduro.

Uma das razões é simples: o oceano não segue um guião. As ondas chegam de direções diferentes, com alturas, frequências e formas variáveis. Muitos conceitos anteriores eram rígidos demais - funcionavam apenas num intervalo estreito de condições ideais. Quando a altura ou o período das ondas mudava, a eficiência caía a pique.

Especialistas comparam isto a um painel solar cujos módulos não acompanham o movimento do Sol: quando o ângulo de incidência é perfeito, tudo corre bem; fora disso, perde-se uma grande parte da energia. É precisamente aqui que a proposta de Iida entra em cena.

O segredo: um sistema que “pensa” ao ritmo das ondas

O investigador analisou o comportamento do GWEC em detalhe com modelos matemáticos e simulações numéricas. A base é a teoria linear das ondas, que simplifica as ondas reais e as descreve como oscilações regulares. Dentro desse quadro, o sistema atingiu, em condições ideais, uma eficiência teórica de cerca de 50 por cento.

Segundo os seus cálculos, o GWEC poderia transformar cerca de metade da energia cinética das ondas que passam em energia elétrica - um valor que se aproxima de um limite físico fundamental.

Isso só é possível porque o sistema está constantemente a reajustar-se. Dois parâmetros são decisivos:

• Velocidade de rotação do volante de inércia: consoante a frequência das ondas, a instalação adapta a velocidade de rotação para captar o máximo de movimento possível.
• Carga do gerador: a resistência do gerador é alterada dinamicamente, para que o giroscópio não fique “bloqueado” nem funcione demasiado livremente.

Este ajuste contínuo às condições atuais do mar deverá manter a eficiência estável, mesmo quando o oceano está agitado. Os sistemas anteriores reagiam às mudanças de forma lenta ou simplesmente não reagiam - e o resultado era uma perda massiva de energia.

O teto invisível: porque os 50 por cento podem ser o máximo

A fasquia de cerca de 50 por cento não é um valor escolhido ao acaso; está ligada a uma limitação física. Nos conversores de energia das ondas que flutuam à superfície e oscilam, não é teoricamente possível extrair mais do que cerca de metade da energia da onda captada. Isto lembra, de forma aproximada, o conhecido limite de Betz nas turbinas eólicas, que define a eficiência máxima de uma turbina em relação à energia do vento.

Nenhum engenheiro consegue simplesmente “eliminar” esta fronteira. O mérito de Iida está em aproximar-se desse limite numa gama muito mais ampla de espectros de onda do que os aparelhos anteriores conseguiam. O essencial, portanto, não é tanto o pico absoluto, mas sim a robustez perante diferentes estados do mar.

Onde o modelo pode falhar perante a realidade dura do mar

Por muito impressionantes que pareçam os números da simulação, eles vêm acompanhados de várias reservas. As ondas usadas nos modelos de cálculo são idealizadas: uniformes, bem formadas, sem sobreposições caóticas. O mar real raramente se comporta assim.

Noutros cálculos, com ondas irregulares e assimétricas, a eficiência já desceu de forma visível, sobretudo em mar alto e violento. A isto junta-se outro fator, até agora apenas parcialmente considerado: as perdas internas do sistema.

• O volante de inércia tem de ser mantido permanentemente em rotação.
• O atrito nos rolamentos e nas engrenagens consome parte da energia.
• A eletrónica de controlo e os atuadores também precisam de eletricidade.

Estes consumos não foram totalmente incluídos nos primeiros cálculos. No pior cenário, a instalação poderia gastar uma parte considerável da eletricidade que produz para se manter a funcionar. Nesse caso, sobraria muito menos energia utilizável do que os 50 por cento teóricos.

Da simulação ao protótipo flutuante

Apesar de todas as interrogações, a equipa de Iida já está a planear os próximos passos. Ensaios físicos em tanques de ondas e, mais tarde, no mar, deverão mostrar como o GWEC se comporta em água real. Só então será possível avaliar se o sistema de controlo complexo trabalha de forma realmente estável e qual é o rendimento líquido de eletricidade.

Em paralelo, o investigador está a considerar um desenho alternativo. Os conceitos anteriores, incluindo o seu modelo de base, assentam em formas de invólucro simétricas. Iida suspeita que essa própria simetria contribui para parte do limite de eficiência. Uma forma assimétrica poderá “agarrar” as ondas de outra maneira e, talvez, converter mais energia do que as teorias atuais permitem.

Se isso permitirá deslocar a suposta barreira dos 50 por cento continua em aberto - por agora, trata-se de uma hipótese ousada, mas intrigante.

O que a energia das ondas pode significar para as regiões costeiras

A longo prazo, a investigação aponta para um cenário claro: as regiões costeiras poderiam passar a depender muito mais do mar para o seu abastecimento energético. As ondas fornecem energia mesmo quando não há vento e quando nuvens densas tapam o Sol. Se forem bem concebidas, as centrais de energia das ondas poderão complementar as instalações eólicas e solares e ajudar a suavizar picos de consumo.

É por isso que países com longas linhas de costa - como o Japão, o Reino Unido, o Chile ou até os Estados nórdicos - acompanham o tema com atenção. Também para ilhas remotas, que hoje muitas vezes importam gasóleo caro, uma central de energia das ondas robusta poderia ser uma solução possível.

Potencial e questões em aberto

Aspeto	Potencial	Desafio
Produção de eletricidade	Injeção constante e relativamente previsível ao longo de costas adequadas	Estado do mar variável, períodos de tempestade, “calmarias” em zonas protegidas
Tecnologia	Instalações compactas, com possibilidade de combinação com parques eólicos no mar	Corrosão, manutenção em mar aberto, desgaste por funcionamento contínuo
Ecologia	Teoricamente, pouca impermeabilização do solo e sem emissões de CO₂ durante o funcionamento	O impacto sobre organismos marinhos e correntes tem de ser avaliado
Economia	Perspetiva de eletricidade costeira limpa, produzida localmente	Investimento inicial elevado, custos de manutenção e vida útil ainda incertos

O que está por trás de termos como “energia cinética” e “precessão”

Quem se dedica à energia das ondas depressa encontra termos técnicos. Energia cinética significa simplesmente energia de movimento. Um automóvel em andamento, uma onda em deslocação ou um volante de inércia a rodar transportam todos energia cinética. Uma central tenta converter essa energia em energia elétrica com o menor desperdício possível.

A precessão é menos intuitiva: um corpo em rotação não reage diretamente na direção da força aplicada, mas muitas vezes de lado. É exatamente esse comportamento que o GWEC aproveita. A onda tenta inclinar o corpo flutuante; o volante de inércia em rotação responde lateralmente - e esse movimento é transformado em binário para o gerador.

Até que ponto seria realista uma aplicação em larga escala

Se, dentro de algumas décadas, os conversores giroscópicos de energia das ondas estiverem alinhados em série ao longo das costas, isso dependerá de vários fatores: a robustez técnica, os ganhos energéticos reais e os custos em comparação com alternativas. Os engenheiros já pensam em combinações, como plataformas comuns com turbinas eólicas no mar ou sistemas de armazenamento flutuantes.

A experiência de outros setores mostra como o caminho pode ser longo: os parques eólicos no mar já foram vistos como arriscados e caros, mas hoje fazem parte da paisagem costeira em muitos locais. A energia das ondas ainda está no início desse percurso. Se a proposta de Iida funcionar no mar, isso poderá dar o impulso necessário a uma tecnologia que, há anos, é apontada como “a próxima grande aposta”, mas que até agora raramente passou de instalações experimentais.