Sistemas de Integração de Água e Energia
O conceito de Sistemas de Integração de Água e Energia (SIAE), em inglês, Water and Energy Integration Systems (WEIS), foi desenvolvido pelo investigador Miguel Castro Oliveira.
O conceito foi formalizado na sua tese de doutoramento, com o títutlo Simulation and Optimisation of Water and Energy Integration Systems (WEIS): An Innovative Approach for Process Industries, defendida no Instituto Superior Técnico em 2023.
O que são WEIS?
WEIS é um paradigma inovador focado na indústria de processo, que subsiste em:
- Integração Simultânea: Aborda os processos que consomem água e energia como um todo, em vez de os analisar isoladamente;
- Nexus Água-Energia: Explora as interdependências entre estes recursos para maximizar a eficiência, reduzir o consumo de água e diminuir a pegada energética;
- Recirculação de Fluxos: Implementa recuperação de energia residual (por exemplo, calor residual) e a reutilização de correntes de água;.
- Ferramenta ThermWatt: Como parte deste ecossistema, Castro Oliveira criou a ferramenta computacional ThermWatt, que serve como um conjunto de gémeos digitais construídos para auxiliar projetos de Engenharia para a implementação destes sistemas na vida real.
O conceito de WEIS e a ferramenta ThermWatt foram desenvolvidos no âmbito dos trabalhos e projetos desenvolvidos CERENA (Centro de Recursos Naturais e Ambiente) e do ISQ (Instituto de Soldadura e Qualidade), visando promover a economia circular e a descarbonização em setores de uso final (em particular, a indústria).
Aplicação da ferramenta ThermWatt
Desenvolvida nas linguagens Modelica e Python, a ferramenta ThermWatt funciona como um software de modelação, simulação e otimização. No contexto dos trabalhos realizadas pelo ISQ, a sua aplicação subsiste nos seguintes aspetos:
- Criação de Gémeos Digitais: Modela o comportamento real de sistemas de água e energia de uma fábrica;
- Identificação de Ineficiências: Simula cenários para detetar desperdícios de calor residual e consumo excessivo de água;
- Projeção de Melhorias: Avalia o impacto da instalação de novos equipamentos de recuperação térmica antes do investimento real;
- Análise de Casos-Estudo de Setores de uso final: Foi validada com sucesso em setores como a indústria cerâmica e a petroquímica, demonstrando reduções significativas de consumos.
Indicadores de Desempenho (KPIs) dos WEIS
Para medir o sucesso da integração, Miguel Castro Oliveira estabeleceu indicadores específicos que avaliam a ecoeficiência e a circularidade, que no geral subsiste em:
- Redução de Consumos: Medem a percentagem de poupança de água de entrada e energia total (Ex.: casos-estudo mostraram reduções de até 38% em água e 8% em energia total);
- Potencial de promoção de Economia Circular: Avalia o nível de calor recirculado sobre o consumo total de energia;
- Indicador de Ecoeficiência Agregado: Uma métrica composta que reflete o equilíbrio entre o desempenho económico e ambiental;
- Payback Time (Tempo de Retorno de Investimento): Calcula a viabilidade financeira dos projetos de integração (com registos médios entre 22 a 34 meses, assumindo um tempo de retorno de investimento favorável de referência de até 36 meses);
- Pegada de Carbono: Quantifica as emissões de CO₂ evitadas anualmente.
O conceito de WEIS toca num dos maiores desafios da humanidade para as próximas décadas: como manter a produção industrial necessária para o desenvolvimento global enquanto protegemos recursos escassos como a água potável e combatemos as alterações climáticas.
O grande trunfo deste trabalho do Miguel Castro Oliveira, do ISQ e do CERENA é transformar a sustentabilidade de algo "teórico" numa solução técnica e rentável. Por exemplo, quando uma fábrica consegue poupar milhões de litros de água ao reutilizar a energia que antes "ia para o lixo" (na forma de calor residual), a sustentabilidade torna-se um motor de competitividade económica.
Esta abordagem é um pilar essencial para:
- Indústria 5.0: Onde a tecnologia serve a resiliência e o bem-estar humano;
- Neutralidade Carbónica: Ao reduzir a queima de combustíveis fósseis através de aumento de eficiência energética;
- Segurança Hídrica: Crucial para zonas com stress hídrico severo.
É o tipo de ciência aplicada que coloca Portugal (e, de forma mais abrangente, a Europa) no mapa da inovação para a transição verde.