ENTREVISTA DO MÊS
Rui Sá Administrador Executivo no INEGI – Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial
INEGI: «A descarbonização industrial exige inovação, armazenamento energético e maior eficiência». Com quatro décadas de sólida experiência no epicentro da inovação tecnológica, o INEGI reafirma o seu papel de referência na aceleração da transição energética. Em entrevista, Rui Sá, Administrador Executivo do instituto, analisa o impacto estratégico do calor solar industrial, do armazenamento térmico e do hidrogénio verde como vetores cruciais para a descarbonização da nossa indústria.
- O INEGI tem trabalhado em soluções de calor solar industrial e armazenamento térmico. Qual é o potencial de aplicação destas tecnologias na indústria cerâmica ou têxtil em Portugal?
O potencial de aplicação de tecnologias solares térmicas para calor de processo na indústria portuguesa é muito significativo, particularmente em setores caracterizados por um uso intensivo de energia térmica em processos de baixa e média temperatura, como os setores têxtil, agroalimentar, plásticos e metalomecânica. Estes setores apresentam necessidades relevantes de calor a temperaturas compatíveis com tecnologias solares térmicas, bem como uma crescente necessidade de redução da dependência de combustíveis fósseis e de mitigação da volatilidade dos custos energéticos. Em concreto, no caso da indústria têxtil, existe um forte potencial de integração de sistemas solares térmicos para apoio a processos como lavagem, tingimento, secagem ou produção de água quente industrial. Na indústria cerâmica, embora o potencial de integração direta de solar térmico seja maislimitado nos processos de elevada temperatura, pode existir aplicabilidade em processosauxiliares, nomeadamente em etapas de secagem. Ainda assim, em muitos casos, a solução mais eficiente para descarbonização destes consumos térmicos passa pela recuperação e valorização do calor residual proveniente dos fornos, permitindo reaproveitar energia já disponível no processo industrial e aumentar significativamente a eficiência energética global da instalação. O armazenamento de energia térmica assume igualmente um papel estratégico, nomeadamente enquanto alavanca para a implementação de estratégias de flexibilidade na procura de energia térmica industrial. Estas soluções permitem desacoplar temporalmente a produção e o consumo de energia, aumentar a integração de fontes renováveis e eletricidade de baixo custo e baixa intensidade carbónica, contribuindo simultaneamente para a descarbonização e para a redução dos custos energéticos da indústria. Neste contexto, o INEGI tem vindo a trabalhar no desenvolvimento e integração de soluções de armazenamento térmico sensível e latente, incluindo materiais de mudança de fase (PCM), bem como ferramentas avançadas de gestão energética para otimização integrada de processos industriais, armazenamento e fontes renováveis.
- Como está o INEGI a apoiar a adaptação de queimadores e sistemas de combustão industrial para a mistura ou queima total de hidrogénio verde?
O INEGI tem vindo a apoiar a indústria no estudo da viabilidade técnica e operacional da integração de hidrogénio verde, enquanto vetor energético, em processos térmicos industriais, nomeadamente através da adaptação de queimadores, sistemas de combustão e infraestruturas associadas para operação com misturas de hidrogénio/gás natural. Este trabalho inclui a análise da compatibilidade de materiais, comportamento da chama, estabilidade da combustão, emissões atmosféricas, segurança operacional e impacto na eficiência dos processos industriais. O apoio do INEGI estende-se não apenas ao lado da procura industrial, mas também ao desenvolvimento da oferta tecnológica, em colaboração com parceiros industriais e centros tecnológicos de inovação. Nesse contexto, o INEGI participa no desenvolvimento de soluções de retrofitting para adaptação de queimadores ao funcionamento otimizado com misturas de gás natural e hidrogénio renovável, procurando assegurar simultaneamente elevados níveis de eficiência e baixas emissões de NOx. Para tal, têm vindo a ser exploradas soluções de controlo avançado e automação baseadas em sensores de baixo custo para caracterização das misturas gasosas e monitorização dos gases de combustão. A adaptação progressiva dos sistemas de combustão existentes poderá desempenhar um papel importante na transição energética de setores industriais difíceis de eletrificar, embora continue a ser necessário assegurar condições de competitividade económica, disponibilidade de hidrogénio renovável e evolução da infraestrutura energética.
- Quais são os maiores desafios na certificação de componentes metálicos produzidos por fabrico aditivo para setores críticos como o aeroespacial ou o médico?
Os principais desafios não são maioritariamente técnicos, isto é, não se prendem tanto com a questão de ser ou não exequível, mas sim com a sua escalabilidade, consistência e garantia da qualidade. Produzir 10 peças num contexto laboratorial é uma realidade; entregar 150 000 peças por ano, com qualidade consistente, é outra completamente diferente. Produções em grande escala exigem que múltiplos equipamentos operem em simultâneo, o que levanta várias questões: – equipamentos diferentes, mesmo sendo da mesma marca produzem exatamente o mesmo resultado? – E equipamentos de fabricantes diferentes, poderão introduzir variabilidade subtis que só se manifestam a cada 50 000 peças, por exemplo?
Acresce ainda a questão dos defeitos inerente ao processo: podem ser controlados? A porosidade, por exemplo, pode ser localizada e previsível como o rechupe na fundição, ou apresenta um comportamento mais aleatório e por isso exige um controlo na receção do produto diferente? Estas são questões que, nos processos convencionais, foram sendo respondidas ao longo de décadas de desenvolvimento industrial. Apesar de esses processos não garantirem necessariamente melhor qualidade (a fundição, por exemplo, num determinado tipo de peças pode originar peças com pior qualidade) são processos profundamente conhecidos. Conhecem-se as suas limitações, a sua variabilidade e, sobretudo, sabe-se como controlar, mitigar ou corrigir os seus desvios (os FMEAs são um exemplo prático deste conhecimento inter-empresarial). É precisamente esse nível de conhecimento e confiança industrial que o fabrico aditivo metálico ainda está a consolidar. Uma empresa que produza próteses metálicas, dispõe de uma cadeia de fornecimento e fabrico amplamente consolidada e conhecida. Sabe que matéria-prima deve ser utilizada, quais os procedimentos adequados para preparar os banhos metálicos e, quando recebe uma peça, sabe exatamente para onde olhar e que critérios aplicar para determinar a sua conformidade. Conhecem o processo e por esse motivo, mesmo do ponto de vista de design do produto, sabem readaptar os seus produtos em função daquilo que os processos como a fundição conseguem oferecer. Os processos convencionais são conhecidos e muitas normas os mencionam, então é mais fácil certificar nestas empresas e garantir estabilidade porque a variabilidade é conhecida e o que se pode esperar de errado também. Por outro lado, o fabrico aditivo pode perfeitamente chegar a este ponto, agora há ainda alguns passos que têm de ser dados de modo a que o seu comportamento se torne tão previsível e confiável quanto o dos processos convencionais. Por exemplo, a ISO 5832-4 é uma norma que especifica as características, bem como os respetivos métodos de ensaio, para ligas de Co-Cr produzidas por fundição destinadas ao fabrico de implantes cirúrgicos. Este é só um exemplo de imensas normas que existem para processos convencionais, enquanto para AM temos muito menos normas, ou então nem existem para muitos casos específicos. Assim, diria que o desafio de certificação em AM não é propriamente ter mais variáveis e mais difíceis de controlar do que processos convencionais, mas sim ter variáveis menos compreendidas e menos histórico industrial para as enquadrar. O ecossistema normativo ainda tem um caminho a percorrer (natural) até se consolidar e quando isso acontecer as barreiras para o AM serão equivalentes às que existem para os restantes processos e talvez até menos. Fora toda a estrutura de custos que já está implementada e que teria de ser reorientada caso o fabrico aditivo se nivelasse com processos convencionais como fornecedor.
- De que forma o desenvolvimento de novos materiais compósitos e o seu design otimizado podem contribuir para a redução drástica do consumo energético nos transportes e logística?
A eficiência energética nos transportes depende, em grande medida, do peso do que pretendemos deslocar: cada quilograma movido necessita de energia para acelerar, manter a velocidade e travar. Os materiais compósitos, pela sua elevada razão resistência-peso, permitem substituir estruturas, normalmente construídas em material metálico, por estruturas equivalentes que são substancialmente mais leves, sem redução no desempenho mecânico – e, em muitas aplicações, com melhor comportamento à fadiga e à corrosão, o que prolonga os ciclos de vida. Os números falam por si: segundo o U.S. Department of Energy, uma redução de cerca de 10% no peso de um veículo traduz-se numa melhoria de 6% a 8% no consumo de combustível. Na aviação, de acordo com a Aerodine Composites, uma redução de 1% no peso da estrutura de um avião corresponde a cerca de 0.75% de redução no consumo de combustível; a Honeywell estima que a substituição de metal por compósitos de fibra de carbono apenas na construção das asas pode reduzir o consumo de combustível em cerca de 5%. Não é por acaso que o Boeing 787 e o Airbus A350 incorporam mais de 50% de materiais compósitos em termos de peso. Na logística, este impacto é particularmente expressivo, já que as frotas normalmente circulam durante uma grande parte do dia. Aqui, a redução do peso não se restringe ao veículo principal: reduções de peso nos semi-reboques, cisternas, contentores, paletes e outras estruturas de carga permite aumentar a carga útil transportada por viagem, reduzindo o número de viagens necessárias e, com elas, o consumo energético total por tonelada- quilómetro. A resistência à corrosão em ambientes agressivos (por exemplo no transporte marítimo ou em cisternas químicas) acrescenta ganhos em manutenção e tempo de serviço útil. O caso extremo é o setor espacial, onde cada quilograma à descolagem custa milhares de euros e reduz a percentagem de carga útil transportada. É por isso que se assiste a uma aposta crescente em tanques de pressão Tipo V – recipientes sem liner metálico ou polimérico, totalmente construídos em material compósito – para o armazenamento de combustível em lançadores e satélites. Segundo o National Composites Centre, um tanque Tipo V pode levar a uma poupança de peso estimada de 30% face aos tanques metálicos convencionais, dando margem para mais combustível ou carga útil. O ganho, contudo, não se esgota no material. O verdadeiro impacto surge quando o design é otimizado para tirar partido da anisotropia dos compósitos, orientando fibras na direção dos esforços e consolidando geometrias complexas que reduzem juntas e arrasto aerodinâmico. Sobre o INEGI: É um Centro de Tecnologia e Inovação (CTI), vocacionado para a realização de atividades de investigação e de inovação de base tecnológica, transferência de tecnologia, consultoria e serviços tecnológicos, orientadas para o desenvolvimento da indústria e da economia em geral. Contando já com 40 anos de experiência, o INEGI atua num conjunto alargado de mercados e setores, nomeadamente: indústria; transportes; aeronáutica, espaço e defesa; tecnologias do mar; e energia