Cientistas da Universidade de Aalto, na Finlândia, desenvolveram um protótipo de um acumulador de energia invulgar, no qual, em vez de baterias tradicionais de iões de lítio, é utilizada areia de quartzo comum. Este sistema pertence às «baterias de Carnot», nas quais a eletricidade é convertida em calor e, depois, o calor armazenado volta a ser utilizado para produzir energia. Na nova instalação, o papel de acumulador térmico é desempenhado pela areia, que é aquecida por resistências elétricas no interior de um reservatório termicamente isolado, após o que o calor aciona um motor Stirling, que converte a diferença de temperaturas em eletricidade.
Para a experiência, os investigadores montaram uma instalação com uma potência de cerca de 1 kW. No interior do reservatório, com um volume de 0,2 metros cúbicos, encontrava-se areia de quartzo com um tamanho de grão entre 0,6 e 2 milímetros. Como conversor de energia foi utilizado um motor Stirling comercial Microgen, e, para o aquecimento, foram usadas resistências elétricas comuns de sauna. Durante os testes, a areia foi aquecida até 300–350 °C, após o que foi libertando gradualmente calor para o motor, permitindo que a instalação gerasse eletricidade:
- cerca de 9 horas a 300 °C
- até 14 horas a 350 °C com potência de pico de 690 W
No entanto, a eficiência global do sistema, por enquanto, mantém-se relativamente baixa. No decurso das experiências, só foi possível reconverter em eletricidade 4,4–8,3 % da energia consumida, ao passo que as baterias modernas de iões de lítio normalmente devolvem mais de 90 % da energia armazenada. A razão não estava tanto na própria areia, mas nas perdas de calor através das paredes da instalação e do sistema de arrefecimento do motor. Por exemplo, num dos ciclos, o sistema recebeu 53 kW·h de eletricidade, mas devolveu apenas 2,33 kW·h; cerca de 16,5 kW·h foram para o arrefecimento do motor, e mais de 34 kW·h simplesmente se dissiparam no ambiente.
A baixa condutividade térmica da areia criava dificuldades adicionais, uma vez que o calor no seu interior se propagava lentamente e o motor sentia periodicamente falta de fluxo térmico. Para resolver este problema, os cientistas propõem adicionar à areia elementos metálicos ou estruturas especiais condutoras de calor. Ainda assim, o próprio conceito de «bateria de areia de Carnot» demonstrou viabilidade, e a areia revelou-se um material conveniente para armazenamento de calor:
- é barata,
- está amplamente disponível,
- não é tóxica,
- é capaz de suportar temperaturas superiores a 1700 °C sem se degradar,
o que promete uma vida útil significativamente maior para estes sistemas em comparação com baterias químicas.