Bill Gross apresenta grandes ideias para encontrar novas energias

Foi quando tinha 15 anos que me interessei pela energia solar. A minha família tinha-se mudado de Fort Lee, em New Jersey, para a Califórnia, e mudámo-nos da neve para muito calor e condutas de gás. Havia racionamento de gás em 1973. A crise energética estava no seu pico.

Comecei a ler a revista Popular Science (Ciência Popular) e fiquei muito entusiasmado com o potencial da energia solar para tentar resolver a crise. Tinha acabado de estudar trigonometria na escola, aprendi sobre a parábola e como podia concentrar raios de luz num só foco. Isso deixou-me muito entusiasmado. E senti que havia ali muito potencial para construir algo que pudesse concentrar a luz.

Assim, fundei esta companhia chamada Solar Devices (Dispositivos Solares).™ E esta era uma companhia onde eu construía parábolas, ia à loja de ferragens e lembro-me de ir à loja de ferragens construir parábolas e motores Stirling. E estava a construir um motor Stirling no torno e o pessoal das motas apareceu e disse: "Isso que estás a fazer é um cachimbo, não é?" E eu respondi: "Não, é um motor Stirling. A sério!" Mas eles não acreditaram em mim.

Vendi os planos do motor e da parabólica, na contracapa da revista "Popular Science", por quatro dólares cada. E consegui dinheiro suficiente para pagar o meu primeiro ano de "Caltech". Fiquei muito entusiasmado com a minha entrada no "Caltech".

E, durante o meu primeiro ano no "Caltech" mantive o negócio. Mas, no segundo ano do "Caltech", começaram a atribuir notas. O primeiro ano era apenas aprovado/reprovado, mas no segundo havia notas. E não fui capaz de manter o negócio, e acabei com um desvio de 25 anos. O meu sonho era converter energia solar a custos acessíveis, mas, entretanto, tive este grande desvio. Primeiro o curso em Caltech.

Depois, quando me graduei no Caltech, surgiu a IBM PC, e tornei-me adito da IBM PC em 1981. E depois, em 1983, saiu o Lotus 1-2-3 e fiquei completamente fascinado pelo Lotus 1-2-3. Comecei a gerir o meu negócio com o 1-2-3, comecei a escrever add-ins para o 1-2-3, escrevi uma linguagem natural de interface para o 1-2-3. Lancei uma companhia de software educacional depois de me juntar à Lotus e depois lancei a Idealab, para ter um teto onde pudesse lançar sucessivamente múltiplas companhias.

Então, muito mais tarde - em 2000, muito recentemente , a nova crise energética na Califórnia ou que era suposto ser uma grande crise energética - aproximava-se. E eu procurava perceber se haveria alguma forma de se poder construir algo que capitalizasse sobre isso e tentei levar as pessoas a armazenar energia, não fosse a crise acontecer de verdade. E comecei a investigar como poderíamos construir baterias de armazenagem que pudessem fornecer cinco ou 10 horas ou mesmo um dia inteiro ou três dias de energia viável.

Ainda bem que já foi dito hoje aqui que as baterias são inacreditavelmente deficitárias em densidade energética quando comparadas com os combustíveis. O combustível armazena muito mais energia do que uma bateria. Teríamos de encher um lugar de estacionamento numa garagem para conseguirmos 4 horas de energia fornecida por baterias. E concluí, depois de investigar diversas outras tecnologias que, para armazenar energia, poderíamos utilizar - volantes, diferentes formulações de baterias - simplesmente não é prático armazenar energia.

Então e o que dizer acerca de produzir energia? Talvez pudéssemos produzir energia. Tentei perceber - talvez a solar se estivesse a tornar atractiva. Passaram-se 25 anos desde que comecei a pensar nisto, deixem-me retroceder no tempo e vamos ver o que aconteceu às células solares. O preço desceu de cerca de 10 dólares por watt para cerca de quatro ou cinco dólares por watt, mas estabilizou. E era preciso que fosse muito mais baixo que isso para ser eficaz.

Estudei tudo o que de novo surgiu nas células solares e procurava formas de inovação e tornar as células solares menos caras. Há muitas inovações nesse sentido, mas o processo requer uma quantidade tremenda de energia. Algumas pessoas até dizem que é preciso mais energia para produzir uma célula solar do que aquela que ela produzirá durante a sua vida útil. Oxalá, se conseguirmos reduzir a quantidade de energia para produzir células solares, o processo se torne mais viável. Mas, por enquanto, temos de pegar no silício e colocá-lo num forno a 900º C durante 17 horas, para fazer as células. Há muita gente a trabalhar em processos que permitam reduzir o consumo de energia, mas eu não tinha nenhum contributo a dar nessa área. Por isso tentei encontrar outra forma de tornar eficaz a produção de eletricidade solar, do ponto de vista económico.

Então ocorreu-me uma ideia - e se captasse a energia solar com um reflector gigante - tal como tinha imaginado, quando andava na escola - mas talvez, com a tecnologia moderna, se pudesse construir um colector grande e barato concentrá-lo num pequeno conversor e assim, o dispositivo de conversão não seria tão caro porque é muito mais pequeno que as células solares, que têm de cobrir integralmente a área de superfície onde se pretende fazer a captação da energia solar. Isto parece viável hoje em dia, porque houve imensos desenvolvimentos tecnológicos nos últimos 25 anos.

Primeiro surgiram muitas e novas técnicas de fabrico para não mencionar os motores miniatura muito baratos - motores sem escovas, servomotores, motores de passo - que são usados em impressoras, digitalizadores e outros dispositivos do género. Então, isto é um avanço. Claro que microprocessadores baratos e, também uma grande inovação - os algoritmos genéticos.

Serei breve no que diz respeito aos algoritmos genéticos. É uma maneira poderosa de resolver problemas irresolúveis através da selecção natural. Pegamos num problema que não podemos resolver com uma resposta matemática pura, construímos um sistema evolucionário que experimente respostas múltiplas ao acaso, adicona-se sexo - pegando em metade de uma solução e metade de outra e constroem-se novas mutações - e introduz-se a selecção natural para matar as soluções menos boas. Normalmente, com um algoritmo genético num computador com um processador de 3 GHz podem resolver-se muitos, mesmo muitos problemas que dantes eram intratáveis numa questão de minutos. Procurámos uma forma de usar os algoritmos genéticos para criar um novo tipo de concentrador. E vou mostrar-vos o que conseguimos alcançar.

Tradicionalmente os concentradores têm esta aparência. Estas formas são parábolas. Pegam nos raios de luz paralelos e convergem-nos num único ponto - o foco. Necessitam de acompanhar o Sol no seu movimento aparente, porque têm de apontar sempre diretamente para ele. Normalmente é admitido um grau de erro o que significa que quando estão mais do que um grau afastados nenhum dos raios solares atingirá o foco. Então procurámos uma forma de construir um colector que não tivesse de acompanhar o Sol, um colector capaz de captar mais de um grau de luz, sem partes movíveis. Então criámos um algoritmo genético para tentar fazer isto, construímos um modelo em XL de uma multi-superfície reflectora e uma coisa espantosa evoluiu, literalmente evoluiu, de mil milhões de ciclos, mil milhões de diferentes tentativas, com uma função de ajuste que define a forma como se consegue captar o máximo de luz da maioria dos ângulos, ao longo do dia, do Sol.

E esta é a forma que evoluiu. É este colector sem alinhamento e com estes chifres em forma de tuba e cada um deles capta luz da seguinte forma - se a luz solar incidir exactamente aqui pode ressaltar para o centro, o alvo, directamente, mas se o sol está fora do eixo e incide lateralmente, pode atingir dois locais e fazer dois ressaltos. Se for luz directa faz apenas um ressalto, para luz fora do eixo pode fazer dois, e no caso de um não alinhamento extremo, pode ter três. A eficiência diminui com maior número de ressaltos, porque se perde cerca de 10% em cada ressalto. Mas isto permite-nos captar luz a partir de um ângulo de mais ou menos 25 graus. Então, durante aproximadamente duas horas por dia nós podemos captar com um componente estacionário.

As células solares captam luz durante quatro horas e meia. Numa média diária ajustada, uma célula solar - porque o céu se move no céu, a potência da célula solar diminui de forma sinusoidal em ângulos fora do eixo. Capta energia durante aproximadamente metade do número médio de horas de sol diário. Então, mesmo assim, ainda que fosse óptimo sem partes móveis - atingíamos altas temperaturas - não era suficiente. Tínhamos de derrotar as células solares. Então investigámos outra ideia.

Procurámos uma forma de dividir uma parábola em pétalas individuais que rastreassem. Assim, o que vêem aqui são 12 pétalas separadas, em que cada uma pode ser controlada por um microprocessador individual que custaria apenas um dólar. Hoje podemos comprar um microprocessador de dois megahertz por um dólar. E podemos comprar motores de passo que praticamente nunca se desgastam porque não têm escovas, por um dólar. Podemos controlar estas 12 pétalas por menos de 50 dólares e o que isto nos permite é que já não necessitamos de mover o foco, apenas as pétalas. Todo o sistema terá um perfil mais baixo, mas também poderá captar energia durante seis horas e meia a sete horas por dia.

Agora que concentrámos a luz do sol, o que é que vamos colocar no centro para converter a luz do sol em electricidade? Procurámos olhar para todos os diferentes motores térmicos que foram usados ao longo da história para tentar converter a luz do sol em electricidade ou o calor em electricidade. E um dos melhores de todos os tempos, a máquina a vapor de James Watt de 1788 foi um avanço significativo. Na verdade, James Watt não inventou a máquina a vapor, apenas a aperfeiçoou. Mas os seus melhoramentos foram incríveis. Adicionou guias de movimento linear aos pistões, acrescentou um condensador para arrefecer o vapor fora do cilindro, ele fez o motor de dupla acção tendo, assim, o dobro da potência. Estes foram avanços significativos. Quero dizer, todas as melhorias que ele fez - e é aceitável que a nossa medida de energia, o watt, lhe deva o nome. Assim, olhámos para esta máquina e reconhecemos-lhe potencial. As máquinas a vapor são perigosas, e tiveram um impacto tremendo no mundo, como sabem - a revolução industrial, navios e locomotivas. Mas eram bons porque eram grandes, por isso não são adequados para gerar e distribuir energia. Mas funcionam a altas pressões e por isso são perigosos.

Um outro tipo de motor é o motor de ar quente. E também o motor de ar quente não foi inventado por Robert Stirling, mas Robert Stirling introduziu-lhe melhorias radicais em 1816. O motor porque - era interessante, apenas usava ar, sem vapor, conduziu a centenas de projectos criativos ao longo dos anos que usam o princípio do motor de Sterling.

Mas após o motor de Stirling, surgiu Otto, e também não foi ele o inventor do motor de combustão interna, apenas o melhorou. Apresentou-o em Paris em 1867, e foi uma grande conquista porque aumentou a densidade de potência do motor. Consegue-se muito mais potência com um espaço menor o que permitiu que o motor fosse usado em aplicações móveis. Então, quando se tem mobilidade, fazem-se muitos motores porque se tem muitas unidades, ao contrário de navios a vapor ou de grandes fábricas que não produzem tantas unidades, então este foi o motor que acabou por beneficiar da produção em massa ao contrário dos restantes motores. Então, porque acabou por ser produzido em massa, os custos reduziram-se, 100 anos de melhoramentos, as emissões foram reduzidas, uma tremenda valorização da produção. Investiram-se centenas de milhões de dólares em motores de combustão interna, comparados com os milhares investidos na construção de motores Stirling. E muito longe estão os números de máquinas a vapor pequenas que já não são construídas, apenas grandes para grandes operações. Então, depois de analisarmos estes três e outros 47, concluímos que o motor de Stirling é o melhor para usar.

Quero dar uma pequena explicação da forma como os analisámos e como funciona. Tentámos olhar para o motor de Stirling de uma nova forma, porque era prático - o peso já não era um problema para a nossa aplicação. O motor de combustão interna foi rejeitado por ser demasiado pesado porque está a mover-se em círculo. Mas se tentarmos gerar energia solar num local estático o peso não é assim tão importante. Outra coisa que descobrimos foi que a eficiência não é assim tão importante se a sua fonte de energia é gratuita. Normalmente a eficiência é crucial porque o custo do combustível durante o tempo de vida do motor supera o do motor. Mas se a sua fonte de energia for gratuíta, então a única coisa que importa é o custo à cabeça de produção do motor. Então não queremos optimizar pela eficiência, mas sim por energia/dólar. Então, usando essa nova reviravolta, com os novos critérios, pensámos que poderíamos ter um novo olhar sobre o motor Stirling, e trazer os algoritmos genéticos para o palco.

Basicamente, Robert Stirling não tinha Gordon Moore diante de si para nos dar um poder de processamento de três gigahertz. Então pegámos no mesmo algoritmo genético que usámos anteriormente para fazer aquele concentrador que não nos servia, para optimizar o motor de Stirling e projectar o seu tamanho e todas as suas dimensões o óptimo exacto para conseguir a maior quantidade de energia por dólar, independentemente do peso, independentemente do tamanho, para se conseguir o máximo da conversão da energia solar, porque o sol é gratuito.

E foi esse o processo que adoptámos - deixem-me mostrar-lhes como funciona o motor. O mais simples motor térmico, ou motor de ar quente, de sempre será isto - pegue numa caixa, num cilindro de metal com um pistão. Coloque uma chama por baixo e o pistão move-se para cima. Remova a chama e coloque-lhe água ou deixe-o arrefecer, o pistão desce. É um motor térmico. É basicamente, o motor térmico mais fundamental que podemos ter. O problema é que a eficiência é de um centésimo de um por cento porque estamos a aquecer todo o metal da câmara e depois a arrefecer todo o metal da câmara de cada vez. E só retiramos energia do ar que está a ser aquecido em simultâneo, mas estamos a desperdiçar toda a energia que aquece e arrefece o metal. Então alguém teve uma ideia muito inteligente, para - em vez de aquecer todo o cilindro e arrefecer todo o cilindro, que tal se colocássemos um êmbolo auxiliar de compressão no seu interior - um pequeno dispositivo que empurre o ar para trás e para a frente. Move-se para cima e para baixo com uma pequena quantidade de energia mas agora estamos apenas a deslocar o ar para baixo para a extremidade quente e para cima para a extremidade fria, para baixo para a extremidade quente e para cima para a extremidade fria. Então, agora já não estamos a aquecer e arrefecer o metal alternadamente, mas sim a aquecer e a arrefecer o ar alternadamente. O que nos permite elevar a eficiência de um centésimo de um por cento para cerca de dois por cento.

E então Robert Stirling teve esta ideia de génio que foi, bem eu não estou a aquecer o metal, com este motor, mas continuo a aquecer todo o ar. Contínuo a aquecer o ar todas as vezes e a arrefecer o ar todas as vezes. E se colocar uma esponja térmica no meio, na passagem onde o ar tem de se movimentar entre quente e frio? Então construiu fios finos, e vidro partido, e todos os materiais para fazer uma esponja térmica. Assim, quando o ar é empurrado para ir da extremidade quente para a extremidade fria deixa algum calor na esponja. E depois, quando o ar retorna depois de ter arrefecido aquece de novo. Assim, reutilizamos a energia cinco ou seis vezes, e isso faz subir a eficiência para 30 ou 40 por cento. É uma pouco conhecida, mas brilhante invenção do génio de Robert Stirling que transforma o motor de ar quente de algo impraticável - tal como descobri quando construí a versão simples na escola - a algo potencialmente viável, desde que tenhamos elevado a eficiência, se consiga projectar para obtê-lo a baixo custo.

Então, estabelecemos o caminho para experimentar e conseguir o mais baixo custo possível. Construímos um enorme modelo matemático de como um motor de Stirling funciona. Aplicámos o algoritmo genético. Daí conseguimos os resultados para o motor óptimo. Construímos motores - construímos 100 motores diferentes nos últimos dois anos. Medimos cada um deles e reajustámos o modelo com o que medimos, e chegámos ao protótipo actual. Conduziu-nos a um motor muito compacto e barato. E isto é o aspecto do motor. Deixem-me mostrar-vos como ele é na vida real, Este é o motor. É apenas um pequeno cilindro aqui em baixo que suporta o gerador no seu interior e todo o acoplamento a isto é a cápsula quente - o cilindro quente no topo - esta parte está quente e esta parte está fria, e a electricidade sai. O inverso exacto também é verdadeiro. Se colocarmos electricidade isto fica quente e isto ficará frio temos refrigeração. É um ciclo totalmente reversível, um ciclo muito eficiente e simples de construir.

Agora colocamos as duas coisas juntas. Temos o motor, e se combinarmos as pétalas com o motor no centro. As pétalas rastreiam e o motor capta a luz do sol concentrada, absorve o calor e transforma-o em electricidade. Isto é como o primeiro protótipo do nosso sistema parecia em conjunto com as pétalas e o motor no centro. Aqui está a funcionar no exterior ao sol, a agora quero mostrar-vos o aspecto real da coisa. (Aplausos) Obrigado.

Então, esta é uma unidade com 12 pétalas. Estas pétalas custam cerca de um dólar cada - injecção de plástico aparafusado leve e aluminizado. O mecanismo para controlar cada pétala encontra-se por baixo com um microprocessador em cada um. Existem termopares no motor - pequenos sensores que detectam o calor quando a luz do sol os atinge. Cada pétala auto-ajusta-se separadamente para se manter à temperatura mais alta possível. Quando o sol nasce de manhã, as pétalas procuram-no, encontrando-o através da procura da temperatura mais elevada. Cerca de um minuto e meio ou dois minutos depois os raios estão a incidir sobre a cápsula quente, o motor estará suficientemente quente para começar a funcionar e o motor vai gerar energia eléctrica durante aproximadamente seis horas e meia por dia - seis e meia a sete horas à medida que o sol se desloca no céu.

Uma parte crítica da qual podemos tirar algum partido é que temos estes microprocessadores baratos e cada uma desta pétalas é autónoma, e cada uma das pétalas sabe onde o sol se encontra sem qualquer configuração do utilizador. Assim, não é preciso dizer a que latitude e longitude nos encontramos, não precisamos de dizer o ângulo de inclinação do telhado, e não precisamos dizer qual a orientação. Isso realmente não importa. O que acontece é que ele faz a procura da posição mais quente, e volta a procurar meia hora depois, e volta a procurar um dia depois, procura de novo um mês mais tarde. No fundo, consegue saber qual a nossa posição na Terra vendo a direcção de movimento do Sol por isso não temos de fazer qualquer introdução de dados.

O modo como a unidade trabalha é, quando o sol sai o motor começa a funcionar e temos a energia aqui. Temos corrente AC e DC, produz 12 volts DC, e que pode ser utilizada em certas aplicações. Temos um inversor aqui, e podemos conseguir 117 volts AC e também conseguimos ter água quente. A água quente é opcional. Não precisamos de usar a água quente, arrefecerá por sim mesma. Mas podemos utilizá-lo, opcionalmente, para aquecer água o que torna a sua eficiência ainda mais elevada porque algum do calor que normalmente rejeitaríamos, pode ser usado como energia útil, seja para uma piscina ou para água quente.

Deixem-me mostar-vos um pequeno filme de como isto funciona. Este foi o primeiro teste quando o levámos para o exterior e cada uma das pétalas estava, individualmente, à procura. E o que elas fazem é dar passos, de forma muito grosseira no início, e muito mais preciso, depois. Uma vez que tenham uma leitura de temperatura no termopar a indicar que encontraram o sol, desaceleram e fazem uma busca precisa, depois todas as pétalas se colocam em posição, e o motor começa a trabalhar.

Estivemos a trabalhar nisto durante pelo menos dois anos. Estamos muito contentes com os progressos, mas ainda temos um longo caminho a percorrer, e deixem-me contar-vos um pouco mais sobre isso. Isto é como nós visionamos o que será uma instalação residencial provavelmente precisamos de mais de uma unidade no telhado. Pode ser colocada no telhado, no jardim ou noutro lado qualquer. Não precisamos de ter unidades suficientes para alimentar a casa toda, apenas poupamos dinheiro com cada instalação adicionada. Também aqui estamos a utilizar o potencial de grelha, neste tipo de aplicações, pode ser o seu fornecedor de suporte - claro que não pode ser utilizado à noite, e não pode ser utilizado em dias nublados.

Mas pode reduzir muito o consumo de energia em horas de pico - normalmente se tiver o ar condicionado ligado, ou noutras alturas como essa - isto gera o pico de energia na altura do pico de utilização, por isso, é muito complementar nesse sentido. Isto é como visionamos uma aplicação residencial.

Também consideramos que há um grande potencial para quintas de energia sobretudo em locais remotos onde haja muito sol. É uma combinação muito boa destes dois factores. O que acontece é que há muito sol em todo o planeta, obviamente, mas nalguns locais onde é relativamente barato colocar estes e também em muitos locais onde haja um elevado potencial eólico.

Um exemplo disso é, aqui está o mapa dos Estados Unidos. Um pouco por toda a parte não há nem muito verde nem muito azul, é um local ideal, mas mesmo as áres verdes ou azuis são boas, ainda que não sejam tão boas como as áreas vermelhas, laranja e amarelas. Mas o local à volta de Las Vegas e Death Valley e esta área é muito, muito boa.

E tudo o que isto afecta é o período de retorno, não significa que não se pode usar a energia solar, pode-se usar energia solar em qualquer ponto da Terra. Apenas afecta o período de retorno quando comparada com a electricdade distribuída pela rede. Mas se não tiver electricidade distribuída pela rede, então a questão do retorno coloca-se de maneira completamente diferente. Trata-se apenas de quantos watts obtemos por dólar, e como podemos beneficiar disso usando essa energia para mudar, de alguma forma, a nossa vida.

Este é o mapa dos Estados Unidos. Este é o mapa de todo o planeta e de novo, conseguimos ver uma grande faixa no meio onde reside a grande maioria da população, há imensas hipóteses para a energia solar. E claro, olhem para África. É incrível o potencial ali existente para tirar partido da energia soalr, e ficarei muito contente por falar mais acerca das formas como podemos ajudar nisso.

Então, em conclusão, eu diria que a minha viagem mostrou-me que podemos revisitar velhas ideias sob uma nova luz, e por vezes ideias que foram descartadas no passado podem ser práticas hoje se aplicarmos nova tecnologia ou dando-lhe uma volta. Acreditamos que estamos a aproximarmo-nos de algo prático e acessível. O nosso objectivo a curto prazo é conseguir metade do preço das células solares e a longo-prazo é que tenhamos o retorno do investimento em menos de cinco anos. E com um retorno inferior a cinco anos, de repente isto torna-se muito económico.

Por isso, não precisamos de apenas ter uma atitude de nos sentirmos bem face à energia para querer ter um destes. Faz sentido do ponto de vista económico. Até agora os períodos de retorno dos investimentos na energia solar vão de 30 a 50 anos. Se os reduzirmos a menos de cinco anos, então torna-se perfeitamente óbvio o interesse em ter um - alguém o financiará e podemos ganhar dinheiro, basicamente, desde o primeiro dia. Esta é a verdadeira e poderosa meta que queremos atingir na nossa empresa.

Duas outras coisas que aprendi que foram surpreendentes para mim - uma foi quão familiarizados estamos com a energia. Eu estava a vir do elevador para aqui, e mesmo apenas olhando para o palco agora - há, provavelmente 20 500 watt de luz agora mesmo. Há 10 000 watts de luz no palco, um cavalo-vapor é 756 watts, a funcionar em pleno. Então, há pelo menos 15 cavalos a correr à velocidade máxima para manter este palco iluminado. Sem mencionar 200 cavalos que correm neste momento para manter o ar condicionado a funcionar. E é simplesmente espantoso, entrar no elevador e ter luz no elevador.

Claro que me tornei muito sensível em casa quando deixo as luzes ligadas por descuido. Mas, à nossa volta temos uma utilização insaciável de energia porque é muito barata. E é barata porque fomos subsidiados pela energia concentrada que proveio do sol. No essencial, o petróleo é energia solar concentrada. Foi bombeada durante mil milhões de anos muita energia para armazenar toda a energia aí contida. E não é nosso património para usar da forma rápida como estamos a usar, penso eu. E seria fantástico se conseguissemos encontrar um meio de tornar a nossa utilização de energia renovável, de forma que à medida que usamos a energia a criemos ao mesmo ritmo, e espero mesmo que possamos lá chegar.

Muito obrigado. Foram uma audiência extraordinária. (Aplausos)