GWEC de Takahito Iida pode converter até 50% da energia das ondas

Um bloco discreto a flutuar na superfície e, por dentro, um volante a girar a altíssima velocidade: segundo novos cálculos, isso bastaria para converter uma fatia relevante da energia de movimento das ondas em eletricidade. A proposta vem de Takahito Iida, especialista em arquitetura naval da Universidade de Osaka. O estudo chamou a atenção porque sugere que um único sistema, ao menos em teoria, poderia operar perto do limite físico de eficiência - desde que consiga adaptar-se com flexibilidade ao comportamento imprevisível do oceano.

Como uma caixa flutuante pode gerar eletricidade a partir das ondas

O conceito gira em torno de um conversor giroscópico de energia das ondas, conhecido pela sigla GWEC. Dá para imaginar o equipamento como uma boia ou um contêiner que se mantém a flutuar. Dentro desse corpo flutuante, um volante pesado roda rapidamente e está acoplado a um gerador.

Quando as ondas levantam, baixam e fazem o conjunto balançar, ocorre um efeito característico no interior: o volante “resiste” a mudanças de direção. Isso se explica pela precessão, em que um corpo em rotação responde numa direção perpendicular à força aplicada. Dessa “recusa” mecânica resulta um movimento útil, capaz de acionar o gerador e produzir energia elétrica.

“A ideia básica: as ondas fazem a boia oscilar, o giroscópio se opõe - e é justamente esse movimento de reação que aciona um gerador.”

Propostas assim não são novidade completa. Já nos anos 2000, a Itália conduziu projetos de pesquisa de grande porte em energia das ondas com sistemas semelhantes. Contudo, aqueles protótipos nunca chegaram a um funcionamento contínuo economicamente viável. O principal ponto fraco era a falta de versatilidade: eram desenhados para um tipo específico de ondulação e, quando o mar mudava, respondiam com lentidão.

Por que as antigas usinas de ondas fracassaram na prática

Em teoria, a energia das ondas parece irresistível. As ondas carregam mais energia do que o vento e o mar não “desliga”. Só que, no mundo real, existe um obstáculo: o oceano é caótico. Altura, direção, período e formato das ondas variam o tempo todo.

Os primeiros sistemas com giroscópio lembravam painéis solares fixos e rígidos, apontados sempre para o mesmo lado: funcionam bem quando o ângulo está perfeito, mas a produção despenca assim que a condição muda. Com os GWECs antigos, a lógica era parecida. Eles eram calibrados para um espectro de ondas específico; ao sair desse intervalo, aproveitavam apenas uma pequena parte da energia disponível.

Daí surgiram perguntas centrais para a pesquisa:

• Como fazer uma instalação reagir de forma dinâmica a ondas variáveis?
• Como manter a geração estável mesmo com mar agitado?
• Quais são os limites físicos desse tipo de sistema?

O novo caminho: um GWEC que se reajusta o tempo todo

É aqui que entra o trabalho de Takahito Iida. Em vez de projetar um equipamento rígido para “ondas médias”, ele trata o conversor como um sistema ativo e controlável. Com modelos matemáticos e simulações numéricas, ele investiga como o giroscópio se comporta em diferentes condições de mar.

A conclusão é que dois ajustes definem se um GWEC realmente pode ser eficiente:

• a rotação do volante
• a resistência do gerador, isto é, o quanto ele “freia” o movimento

Se esses dois parâmetros forem ajustados em tempo real de acordo com o estado do mar, a eficiência teórica, segundo os cálculos de Iida, aproxima-se do valor emblemático de 50%. Nessa condição, o conversor consegue capturar uma parcela muito grande da energia de ondas utilizável, sem ficar “sobrando” (subaproveitando) nem “afogando” (sobrecarregando).

“O truque não está no giroscópio em si, e sim no controlo inteligente, em tempo real, da rotação e da carga do gerador.”

O limite físico: passar de 50% é muito difícil

A referência a cerca de 50% não é argumento de venda; vem da física. Para conversores de ondas numa superfície de água plana, existe uma restrição fundamental: nenhum sistema oscilatório consegue extrair muito mais do que aproximadamente metade da energia de uma onda que passa. Se energia demais é retirada, a onda acaba “represada”, por assim dizer, e o processo perde eficiência.

A comparação com turbinas eólicas ajuda: o chamado limite de Betz estabelece que um rotor, no máximo, aproveita pouco menos de 60% da energia do vento. Se tentasse extrair mais, o fluxo de ar a jusante seria travado em excesso.

Por isso, o modelo de Iida não promete um milagre além das leis naturais. O objetivo é chegar o mais perto possível desse teto em muitas situações reais. Isso, por si só, já seria um avanço face a conceitos anteriores, que atingiam o melhor desempenho apenas num intervalo estreito de ondas.

Onde a teoria ainda diverge do mar aberto

Até agora, o estudo continua no campo teórico. Ainda não existe um protótipo a operar na água que confirme os números. E é evidente que o ambiente de modelos difere do dia a dia ventoso e turbulento do oceano.

Algumas limitações já ficam claras:

• Os cálculos baseiam-se em grande parte em ondas idealizadas, com formato regular.
• Em simulações com ondas irregulares, oblíquas ou especialmente altas, a eficiência caiu de forma significativa.
• O consumo próprio do sistema - a energia necessária para manter o volante em rotação - ainda não foi incorporado no balanço energético.

O último ponto pode mudar bastante a conta final. Um volante grande perde energia continuamente por atrito, e essas perdas precisam ser compensadas por uma fonte externa ou pela própria instalação. Se a demanda interna for elevada, o ganho líquido diminui - e, no limite, o equipamento poderia consumir mais eletricidade do que entrega.

Próximo passo: protótipo na água e uma nova forma em estudo

Apesar das incertezas, o pesquisador já planeia avançar para testes em tanque e, depois, no mar. A ideia inicial é construir um protótipo pequeno, com medições precisas, para verificar se as simulações se confirmam em laboratório. Em geral, esse tipo de ensaio ocorre em canais de ondas, onde é possível variar o estado do mar de forma controlada.

Em paralelo, Iida avalia um detalhe adicional: a geometria do corpo flutuante. Muitos projetos partem de formas quase simétricas. A hipótese dele é que uma estrutura assimétrica poderia interagir melhor com certos padrões de onda e, no cenário ideal, encostar na marca dos 50% - ou até superá-la ligeiramente em média - porque o limite conhecido depende, em parte, de simetrias idealizadas.

“Por enquanto, essas ideias permanecem especulação, mas mostram como a pesquisa já está a pressionar as fronteiras das teorias conhecidas.”

Quão viável é a eletricidade das ondas no dia a dia?

Mesmo que o princípio funcione, os entraves práticos continuam. Usinas de ondas precisam sobreviver por anos a água salgada, tempestades, colisões com detritos à deriva e corrosão. Fazer manutenção em alto-mar é caro e arriscado. Portanto, a tecnologia precisa ser extremamente robusta sem se tornar inviável em custo.

Ainda assim, a energia das ondas interessa ao setor por vários motivos:

• Previsibilidade: as ondas, muitas vezes, são mais regulares do que o vento e permitem previsões melhores por horas.
• Economia de área: instalações offshore não disputam espaço com moradia ou agricultura.
• Combinação: a energia das ondas pode ser integrada a parques eólicos offshore ou a sistemas solares flutuantes.
• Ligação à rede: muitas regiões costeiras já têm infraestrutura de cabos associada a eólicas offshore, que poderia ser reaproveitada.

O que significam termos como precessão e energia houlomotriz

Quem entra no tema da energia das ondas rapidamente encontra termos técnicos. Dois aparecem com frequência: precessão e energia das ondas, muitas vezes chamada, no jargão, de “energia houlomotriz”.

No quotidiano, a precessão pode ser observada num pião ou numa roda de bicicleta girada rapidamente: ao empurrar de lado, ela não cai simplesmente; em vez disso, “desvia” para o lado de maneira estranha. É esse desvio lateral que o giroscópio do GWEC aproveita para realizar trabalho mecânico.

Já a energia das ondas surge quando o vento sopra sobre a superfície do mar e transfere energia para a água. Parte dessa energia está associada à altura da onda e parte à sua velocidade de propagação. Sistemas como o GWEC proposto tentam converter essa energia de movimento combinada em eletricidade, sem precisar de grandes barragens ou de intervenções pesadas na linha costeira.

Onde a energia das ondas pode fazer mais diferença

A tecnologia tende a ser especialmente interessante para países insulares e regiões costeiras remotas que hoje dependem de geradores a diesel. Nesses lugares, a eletricidade costuma ser cara e o combustível precisa ser importado a alto custo. Se um sistema de ondas resistente durar várias décadas, pode tornar-se economicamente atraente exatamente nesses nichos.

Para países com litoral extenso e grande demanda de energia - como Japão, Reino Unido ou Chile - a energia das ondas é vista como um complemento possível para vento e solar. Não como substituto, mas como mais uma peça no mix energético, capaz de tornar o fornecimento mais uniforme.

Se os cálculos do pesquisador um dia se transformarem em miniusinas flutuantes, isso dependerá dos próximos anos. Caso seja possível confirmar a eficiência teórica com um protótipo em condições reais de mar e, ao mesmo tempo, manter a solução robusta e acessível, o oceano poderá oferecer não apenas cenário de férias, mas também eletricidade confiável para a rede.

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