Materiais para Supercondensadores

Um desafio de materiais para armazenar mais energia

Os supercondensadores são uma alternativa atrativa às baterias. Carregam muito depressa e suportam um número de ciclos de carga e descarga muitíssimo superior sem perder eficiência. Têm, porém, uma limitação conhecida: a densidade de energia é baixa, ou seja, armazenam menos energia por unidade de peso e de volume do que uma bateria. Avanços recentes na investigação de materiais indicaram que essa distância pode ser substancialmente encurtada. Foi exatamente esse o alvo deste tópico do Horizonte Europa.

O tópico HORIZON-CL4-2022-RESILIENCE-01-24 financiou projetos de investigação para desenvolver novos materiais capazes de, no mínimo, duplicar a densidade de energia dos supercondensadores atuais, reduzir o custo e minimizar ou eliminar o recurso a matérias-primas críticas. O ambicionado eram supercondensadores com densidades de energia comparáveis às das baterias, usando eletrólitos amigos do ambiente, recarregáveis numa fração do tempo, sem perda de desempenho ao longo da vida útil e com maior longevidade.

Esta ficha é uma referência editorial. A chamada específica de 2022 já encerrou, mas o tema mantém-se central na agenda europeia de armazenamento de energia e de autonomia em matérias-primas, pelo que tópicos equivalentes continuam a surgir nos programas de trabalho mais recentes do Cluster 4.

Necessidades que este instrumento resolve

Este tópico posiciona-se na fronteira entre a ciência de materiais e a transição energética. Financia investigação de base aplicada com uma finalidade industrial explícita e é esse cruzamento que define as necessidades que resolve.

• I&D e ciência: o núcleo do apoio é uma ação de investigação e inovação (RIA), que financia a 100% o trabalho experimental de desenvolvimento de novos conceitos de materiais, desde a validação laboratorial (TRL 3) até à demonstração em ambiente relevante (TRL 6).
• Sustentabilidade, energia e clima: o objetivo último são soluções de armazenamento de energia mais limpas e eficientes, aplicáveis desde bens de consumo até à eletrificação dos transportes e à redução de emissões, com eletrólitos ambientalmente responsáveis e menor dependência de matérias-primas críticas.

O que os projetos tinham de entregar

Comparados com as baterias, os supercondensadores têm densidade de energia baixa e recorrem a matérias-primas mais caras e críticas. As propostas tinham de atacar diretamente este problema, propondo novos conceitos de material que duplicassem, pelo menos, a densidade de energia face às tecnologias existentes, ao mesmo tempo que reduziam o custo e cortavam a utilização de matérias-primas críticas.

Para além do desenvolvimento do material em si, os resultados esperados incluíam sistemas de gestão inovadores para os supercondensadores e o estabelecimento de novas cadeias de valor industriais, com produtos de armazenamento de energia adaptados aos requisitos das diferentes aplicações. Cada proposta tinha de incluir um business case e uma estratégia de exploração industrial, demonstrando o potencial de mercado e o caminho para a implementação na Europa.

Quem se candidatava e em que moldes

Como generalidade das ações do Horizonte Europa, este tópico exigia consórcios transnacionais. Reuniam-se empresas, universidades e centros de investigação de vários Estados-Membros e países associados em torno de um plano de trabalho comum. Para uma empresa ou instituição científica portuguesa, o acesso passava por integrar um destes consórcios, seja como coordenadora seja como parceira, contribuindo com competências específicas na cadeia de valor dos materiais ou do armazenamento de energia.

Sendo uma ação de investigação e inovação (RIA), o financiamento cobria 100% dos custos elegíveis, o que a torna particularmente adequada a atividades de investigação de risco elevado e retorno incerto. As condições gerais de elegibilidade de países, capacidade financeira e critérios de avaliação seguiam os anexos gerais do Programa de Trabalho do Horizonte Europa.

O que recomendamos

Ainda que esta chamada esteja encerrada, o padrão que representa é instrutivo para quem trabalha em materiais avançados e armazenamento de energia. A Europa continua a financiar de forma consistente a substituição de matérias-primas críticas e o aumento de desempenho das tecnologias de armazenamento. Os tópicos recorrem de programa em programa com formulações próximas. Uma organização com investigação nesta área beneficia de acompanhar os programas de trabalho do Cluster 4 e de preparar posicionamento em consórcios com antecedência.

O elemento que mais distingue candidaturas fortes destas ações é a combinação de excelência científica com um business case credível. Não basta demonstrar um avanço laboratorial no material. É preciso mostrar a cadeia de valor industrial que o vai absorver, o mercado-alvo e o caminho para escalar na Europa. Empresas portuguesas raramente lideram estes consórcios, mas entram com frequência como parceiras que trazem uma competência específica e é aí que o valor se materializa sem assumir o peso da coordenação.

Para quem procura instrumentos abertos com lógica semelhante, vale examinar os tópicos de materiais e produção mais recentes do Horizonte Europa e os apoios nacionais à inovação produtiva em energia.