Quanta matéria-prima é realmente necessária para as baterias de iões de sódio? O cálculo científico, explicado de forma simples

Spoiler: não, não seria possível dessalinizar o mar se todas as baterias necessárias no mundo fossem de iões de sódio. Vamos ver porquê.

Quando se fala de baterias de sódio, uma das objeções mais comuns é esta: “Se o sódio provém do mar, então, para produzir baterias em quantidade suficiente, seria necessário dessalinizar os oceanos”. É uma imagem sugestiva, mas está errada.

A realidade é bem diferente: O sódio é um dos elementos mais abundantes, comuns e acessíveis na Terra. Encontra-se no mar, claro, mas também em enormes jazidas de sal, em salmouras naturais e numa cadeia de produção industrial que já hoje movimenta quantidades gigantescas de cloreto de sódio. Por isso, do ponto de vista da disponibilidade da matéria-prima, o sódio parte de uma base muito mais sustentável e escalável do que o lítio, sobretudo no que diz respeito ao armazenamento fixo.

Por outras palavras: O desafio das baterias de iões de sódio não é encontrar sódio suficiente. O desafio consiste em transformar uma matéria-prima abundante e económica em células cada vez mais eficientes, duradouras, seguras e aptas para a produção em série.

Por que é que este tema é importante

A transição energética exigirá uma quantidade enorme de sistemas de armazenamento. Com o aumento da energia fotovoltaica e eólica, o mundo vai precisar de baterias capazes de armazenar energia de forma segura, económica e escalável.

E é aqui que surge uma questão decisiva: Será que as matérias-primas são realmente suficientes?

No que diz respeito ao lítio, esta questão é fundamental. No caso do sódio, porém, o panorama muda radicalmente: Estamos a falar de um elemento extremamente abundante, já presente em enormes fluxos industriais e distribuído de forma muito mais ampla. Esta é uma das razões pelas quais o sódio representa uma das vias mais promissoras para uma sustentabilidade real do armazenamento em grande escala.

Quantas baterias seriam necessárias no mundo?

Não existe um único número definitivo, porque o futuro do armazenamento será composto por várias tecnologias: baterias, bombeamento hidroelétrico, armazenamento térmico, hidrogénio e outras soluções. Mas, para fazer uma análise científica, é necessário um cenário de referência.

Podemos utilizar três níveis simples:

• 1 TWh de acumulação: um cenário muito vasto, mas ainda parcial
• 10 TWh: um cenário global muito relevante
• 30 TWh: um cenário mundial muito ambicioso para o armazenamento eletroquímico

Para compreender a ordem de grandeza: 30 TWh correspondem a 30 mil milhões de kWh de capacidade instalada. Trata-se de um cenário deliberadamente extremo, útil precisamente para testar a hipótese mais radical possível: se o mundo instalasse realmente dezenas de TWh de baterias de sódio, seria necessária uma quantidade irrealista de matéria-prima?

A resposta, como veremos, é não.

Quanto sódio é necessário para 1 kWh? O cálculo físico básico

Para responder a esta questão, é preciso partir da física, e não das impressões.

Numa bateria de iões de sódio, cada ião Na⁺ transporta uma carga elétrica elementar. Uma mole de sódio corresponde a cerca de 26,8 Ah de carga elétrica transferível.

Partindo do princípio de que a tensão média da célula é de cerca de 3,0 V, uma mole de sódio pode transferir aproximadamente:

26,8 Ah × 3,0 V = 80,4 Wh

Uma vez que um mol de sódio pesa cerca de 23 gramas, a quantidade mínima teórica de sódio necessária para acumular 1 kWh é:

1000 Wh / 80,4 Wh × 23 g ≈ 286 g de sódio

Por uma questão de simplicidade na divulgação e para não subestimar, arredondamos para:

0,30 kg de sódio por cada kWh da bateria

Este valor não é um slogan publicitário, mas sim um ordem de grandeza física. Na prática, pode variar consoante a composição química específica, os materiais ativos, o design da célula e as reservas de sódio presentes no sistema, mas o ponto-chave mantém-se: a quantidade de sódio necessária continua a ser surpreendentemente reduzida, tendo em conta a enorme disponibilidade natural deste elemento.

Tradução em números reais: de 1 TWh a 30 TWh

*Este dado indica a quantidade de água do mar que, em teoria, essa quantidade de sódio conteria. Não significa que seria necessário tratar essa água com instalações de dessalinização.

Refutação clara: não, não se procederia à dessalinização do mar

Aqui é fundamental sermos muito claros.

As baterias de sódio não requerem a dessalinização da água do mar.

A dessalinização é um processo concebido para obter água doce da água salgada. A cadeia de produção de baterias, por outro lado, necessita de sais de sódio como matéria-prima química. São duas coisas profundamente diferentes.

Dizer que o sódio “pode provir do mar” não significa que o mundo deva construir enormes instalações para extrair sal dos oceanos com o único objetivo de fabricar baterias. O sódio industrial pode provir de:

• sal-gema ou sal de rocha
• salmouras naturais
• evaporação solar
• fluxos químicos e industriais já existentes

A representação correta não é, portanto, “um mundo que esvazia o mar”, mas sim uma cadeia de valor que recorre a recursos salinos imensos, já hoje utilizados pela indústria à escala global.

Que parte da cadeia de produção do sal seria realmente necessária?

O cloreto de sódio, ou seja, o sal comum, contém cerca de 39,3% de sódio em massa. Isto significa que, para obter 1 tonelada de sódio, são necessários cerca de 2,54 toneladas de NaCl.

Ao aplicar esta relação ao cenário de 30 TWh, seriam necessários cerca de 22,9 milhões de toneladas de sal.

Parece muito? Sem dúvida que sim. Mas, à escala industrial global, é um número perfeitamente compatível com uma grande cadeia de abastecimento já existente.

O ponto crucial é precisamente este: mesmo num cenário mundial muito ambicioso, o sódio necessário para as baterias representa uma quantidade controlável em comparação com os fluxos globais de sal.

Esta é uma das razões pelas quais, do ponto de vista material, o sódio é estruturalmente mais sustentável do que o lítio: não porque exija “menos produtos químicos”, mas porque se baseia num recurso imensamente mais comum, mais acessível e menos crítico.

E, em teoria, quanto sódio se “absorveria” do mar?

A água do mar contém cerca de 35 gramas de sais por quilograma e o sódio é um dos seus principais componentes. Em média, pode estimar-se uma concentração de cerca de 10,8 gramas de sódio por quilograma de água do mar.

Isto significa que 1 metro cúbico de água do mar contém cerca de 11 kg de sódio.

Assim, no cenário de 30 TWh, seria necessário um conteúdo equivalente em cerca de 0,8 km³ de água do mar.

Este número também deve ser interpretado corretamente:

• è minúsculo em comparação com a escala dos oceanos;
• não implica qualquer “dessalinização do planeta”;
• serviu apenas para mostrar que a quantidade de sódio em causa é pequena em comparação com os recursos disponíveis.

A verdadeira comparação a fazer é com o lítio

Ao avaliar a sustentabilidade de uma composição química para baterias, não é apenas o desempenho eletroquímico que conta. A base material também é importante: onde se encontram os elementos, qual é a sua disponibilidade, qual é o grau de criticidade da cadeia de abastecimento, qual é o impacto da extração e qual é o grau de vulnerabilidade da cadeia de abastecimento.

E é aqui que o sódio revela uma das suas principais vantagens.

No que diz respeito ao lítio, uma estimativa frequentemente utilizada é de cerca de 160 gramas de lítio metálico por kWh. Ao aplicar este valor a 30 TWh de armazenamento, chegar-se-ia a cerca de:

4,8 milhões de toneladas de lítio

A questão não é dizer que o lítio já não será necessário. A questão é compreender a diferença entre dois mundos muito distintos:

• a sódio assenta numa base material vastíssima, distribuída, económica e quimicamente já presente em enormes cadeias de produção;
• a lítio permanece ligado a uma cadeia de abastecimento mais frágil, mais concentrada geograficamente e mais exposta a tensões industriais e geopolíticas.

Em resumo: O lítio é mais leve e tem maior densidade energética por unidade de massa, mas o sódio é muito mais abundante e muito mais fácil de obter em termos de matérias-primas.

Porque é que isto é realmente importante para a sustentabilidade

Quando se fala de sustentabilidade, não se deve limitar-se à palavra “verde”. É preciso perguntar-se: Será que esta tecnologia pode ser produzida em grandes quantidades sem criar novas dependências críticas?

No caso do sódio, a resposta é muito mais animadora do que no caso do lítio, sobretudo para aplicações como:

• armazenamento residencial
• armazenamento comercial e industrial
• sistemas fotovoltaicos
• redes elétricas e em grande escala

Para estas aplicações, a prioridade não é apenas obter a maior densidade energética possível. É também ter:

• matérias-primas disponíveis
• maior estabilidade dos custos
• cadeias de abastecimento mais robustas
• maior segurança
• uma tecnologia verdadeiramente escalável a longo prazo

E é aqui que o sódio pode representar uma forma mais concreta de sustentabilidade: não teórica, não apenas ambiental no sentido narrativo, mas industrial, material e sistémica.

A conclusão científica

Se o mundo instalasse dezenas de TWh de baterias de iões de sódio, não devíamos dessalinizar o mar e não nos depararíamos com um problema de escassez intrínseca da matéria-prima.

Em vez disso, devíamos fazer o que qualquer grande tecnologia exige:

• industrializar a produção
• refinar os materiais
• otimizar a composição química das células
• melhorar processos, eletrónica, BMS e integração de sistemas

Este é o ponto fundamental: O desafio do sódio não reside na abundância deste recurso, mas sim no desenvolvimento da tecnologia.

Em resumo: O sódio não é interessante porque “provém do mar”, mas porque se baseia numa matéria-prima extraordinariamente abundante, amplamente difundida e já disponível à escala industrial. Por isso, a longo prazo, representa uma das bases mais sólidas para um armazenamento verdadeiramente sustentável.

Pergunta final: será que a verdadeira sustentabilidade do armazenamento passará pelo sódio?

Para algumas aplicações com densidade energética extremamente elevada, o lítio continuará a ser fundamental. Mas quando o tema é armazenar tanta energia de forma segura, acessível, replicável e escalável a nível global, o sódio tem um argumento muito forte a seu favor: A matéria-prima não é o problema.

E é precisamente por isso que se está a dedicar cada vez mais atenção às baterias de iões de sódio: não como uma curiosidade tecnológica, mas como uma candidata séria para tornar o armazenamento de energia mais resiliente, mais democrático e mais sustentável para o planeta.