Há mais de 200 anos, a caldeira a vapor ajudou a impulsionar a Revolução Industrial. Desde então, o vapor tem sido a força da atividade industrial em todo o mundo. Hoje, a produção de vapor — gerada pela queima de gás, petróleo ou carvão para ferver água — responde por uma parcela significativa do consumo global de energia na indústria de transformação, viabilizando a produção de papel, produtos químicos, farmacêuticos, alimentos, entre outros.
Agora, a startup AtmosZero, fundada por Addison Stark, Todd Bandhauer e Ashwin Salvi, está adotando uma nova abordagem para eletrificar a caldeira a vapor, conforme o MIT News. A empresa desenvolveu uma bomba de calor modular capaz de fornecer vapor industrial a temperaturas de até 150 °C, funcionando como substituta direta das caldeiras a combustão.
Segundo a empresa, seu primeiro sistema de vapor de 1 megawatt é muito mais barato de operar do que as soluções elétricas disponíveis comercialmente, graças a uma tecnologia de compressores ultraeficiente, que utiliza 50% menos eletricidade do que caldeiras elétricas resistivas. Os fundadores esperam que isso seja suficiente para que as caldeiras a vapor descarbonizadas impulsionem a próxima revolução industrial.
“O vapor é o fluido de trabalho mais importante que já existiu”, afirma Stark, CEO da AtmosZero. “Hoje, tudo é construído em torno da disponibilidade onipresente do vapor. Eletrificar isso de forma economicamente viável exige inovação que possa escalar. Em outras palavras, exige um produto produzido em massa, e não projetos pontuais.”
O problema é tão complexo quanto relevante, afetando praticamente todos os setores da economia industrial global. Mais de 2,2 gigatoneladas de emissões de CO₂ são geradas anualmente para transformar água em vapor — o que representa mais de 5% das emissões globais relacionadas à energia.
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Em 2020, Stark foi coautor de um artigo publicado na revista Joule com Gregory Thiel intitulado “Para descarbonizar a indústria, precisamos descarbonizar o calor”. O artigo analisou oportunidades para a descarbonização do calor industrial e despertou em Stark entusiasmo pelo potencial impacto de uma bomba de calor elétrica padronizada e escalável.
Atualmente, a maioria das opções de caldeiras elétricas implica grandes aumentos nos custos operacionais. Muitas também utilizam calor residual das fábricas, o que exige retrofits caros. Stark nunca imaginou que se tornaria empreendedor, mas logo percebeu que ninguém colocaria suas conclusões em prática por ele. “O único caminho para levar essa invenção ao mundo real era fundar e liderar a empresa”, afirma Stark. O grupo fundou oficialmente a AtmosZero em 2022.
“O desafio fundamental de fornecer calor é que, quanto mais a bomba de calor eleva a temperatura do ar, menor é sua eficiência máxima. Isso esbarra em limitações termodinâmicas. Ao projetar para eficiência ideal nas faixas operacionais que importam para os refrigerantes que usamos, e ao empregar manufatura de precisão nos compressores, conseguimos maximizar cada estágio de compressão e, assim, a eficiência operacional”, resume Stark.
O sistema pode funcionar com calor residual do ar ou da água, mas não depende disso para operar. No ciclo da bomba de calor da AtmosZero, o calor do ar em temperatura ambiente é usado para aquecer um fluido de transferência térmica, que evapora um refrigerante. Esse refrigerante percorre uma série de compressores e trocadores de calor, atingindo temperaturas suficientemente altas para ferver água, ao mesmo tempo em que recupera calor quando retorna a temperaturas mais baixas. O sistema pode ser ajustado para cima ou para baixo, integrando-se aos processos industriais existentes.
“Podemos operar exatamente como uma caldeira a combustão”, diz Stark. Essa abordagem permite que a caldeira seja implantada em diversos contextos industriais, sem custos de projetos específicos ou outras mudanças. “O que realmente oferecemos é flexibilidade e uma solução de fácil integração, que minimiza o custo total de capital”, finaliza Stark.