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En una mesa redonda reciente organizada por la Iniciativa de Energía del MIT (MITEI) y presentada por el Director Adjunto de Ciencia y Tecnología, Robert Stoner, cinco oradores abordaron una de las preguntas más espinosas, pero más críticas, que enfrenta el mundo hoy: ¿cómo podemos lograr los ambiciosos objetivos? establecido por los gobiernos de todo el mundo, incluido Estados Unidos, para alcanzar cero emisiones netas de gases de efecto invernadero a mediados de siglo?
Si bien los desafíos son grandes, acordaron los panelistas, hay razones para ser optimistas de que estos desafíos tecnológicos pueden resolverse. Más inciertos, según algunos, son los obstáculos sociales, económicos y políticos para lograr las innovaciones necesarias.
Los oradores abordaron áreas donde se necesitan tecnologías o sistemas nuevos o mejorados para lograr estos ambiciosos objetivos. Anne White, rectora asociada y vicepresidenta asociada de administración de investigación y profesora de ciencia e ingeniería nucleares en el MIT, moderó la mesa redonda. Dijo que lograr el ambicioso objetivo de cero neto «debe lograrse cerrando algunas brechas y aprovechando algunas oportunidades». Al abordar algunas de esas necesidades, dijo que los cinco temas elegidos para la mesa redonda eran «lugares donde el MIT tiene una experiencia significativa y donde ya se está avanzando».
El primero fue la calefacción y refrigeración de los edificios. Christoph Reinhart, profesor de arquitectura y director del programa de tecnología de la construcción, dijo que actualmente alrededor del 1% de los edificios existentes se modernizan cada año para lograr eficiencia energética y conversión de sistemas de calefacción de combustibles fósiles a sistemas eléctricos efectivos, pero eso no es suficiente para cumplir el objetivo de cero neto para 2050. «Es una tarea enorme», dice. Cumplir los objetivos, dijo, requeriría aumentar la tasa de renovación al 5% por año y exigir que todas las construcciones nuevas también sean neutras en carbono.
Reinhart a ensuite montré une série d’exemples de la façon dont de telles conversions pourraient avoir lieu en utilisant la technologie solaire et de pompe à chaleur existante, et selon la configuration, comment elles pourraient fournir un retour sur investissement au propriétaire en 10 ans ou menos. Sin embargo, sin fuertes incentivos políticos, el costo inicial de dicho sistema, en el rango de $50,000, probablemente pondrá las conversiones fuera del alcance de muchas personas. Sin embargo, una encuesta reciente encontró que el 30% de los propietarios encuestados dijeron que aceptarían la instalación a los costos actuales. Si bien hay dinero del gobierno disponible para incentivos para otros, «tenemos que ser muy inteligentes acerca de cómo gastamos todo ese dinero… y asegurarnos de que todos se beneficien».
William Green, profesor de ingeniería química, habló sobre el gran desafío de llevar la aviación a cero neto. “A cada vez más personas les gusta viajar”, dijo, pero con ese viaje vienen las emisiones de carbono que afectan el clima, así como la contaminación del aire que afecta la salud humana. Los costos económicos asociados con estas emisiones, dijo, se estiman en $860 por tonelada de combustible de avión utilizada, que es muy cercano al costo del combustible en sí. Así, el precio pagado por las aerolíneas, y en última instancia por los pasajeros, «es solo alrededor de la mitad del costo real para la sociedad, y la otra mitad la asumimos todos, ya que afecta el clima y causa problemas médicos». problemas para las personas.
Eliminar estas emisiones es un gran desafío, dijo. Prácticamente todo el combustible para aviones hoy en día es combustible fósil, pero las aerolíneas están comenzando a incorporar combustible a base de biomasa, derivado principalmente del desperdicio de alimentos. Pero incluso estos combustibles no son neutrales en carbono, dijo. «En realidad, tienen una intensidad de carbono bastante significativa».
Mais il existe des alternatives possibles, a-t-il dit, principalement basées sur l’utilisation d’hydrogène produit par de l’électricité propre et la fabrication de carburants à partir de cet hydrogène en le faisant réagir, par exemple, avec du dióxido de carbono. De hecho, esto podría producir un combustible neutral en carbono que podrían usar los aviones existentes, pero el proceso es costoso y requiere mucho hidrógeno y medios para concentrar dióxido de carbono. También existen otras opciones viables, pero todas implicarían un gasto significativo, al menos con la tecnología actual. «Les costará mucho más a los pasajeros del avión», dijo Green, «pero la sociedad se beneficiará».
El aumento de la electrificación de la calefacción y el transporte para evitar el uso de combustibles fósiles impondrá grandes exigencias a los sistemas de red eléctrica existentes, que deben mantener un equilibrio constante y delicado entre la generación y la demanda. Anuradha Annaswamy, investigadora principal del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, dijo que «la red eléctrica es una maravilla de la ingeniería». En los Estados Unidos, consta de 300 000 millas de líneas de transmisión capaces de transportar 470 000 megavatios de electricidad.
Pero con una previsión de duplicación de la energía de fuentes renovables que ingresan a la red para 2030, y con un impulso para electrificar todo lo posible, desde el transporte hasta los edificios y la industria, no solo está aumentando la carga, sino que también están cambiando los patrones de uso y producción de energía. . Annaswamy dijo que “con todos estos nuevos activos y tomadores de decisiones entrando en escena, la pregunta es cómo usar una capa de información más sofisticada que coordine cómo todos estos activos consumen, producen o almacenan energía, y hacen que esta capa de información coexistir. con la capa física para generar y suministrar electricidad de todas estas formas. Realmente no es un problema simple.
Pero hay maneras de abordar estas complejidades. «No hay duda de que las tecnologías emergentes en electrónica de potencia, control y comunicación pueden explotarse», dijo. Pero agregó que «no es solo un problema tecnológico, es realmente algo que necesita que todos los tecnólogos, economistas y legisladores se unan».
En cuanto a los procesos industriales, Bilge Yildiz, profesor de ciencia e ingeniería nuclear y ciencia e ingeniería de materiales, dijo que “la síntesis de químicos y materiales industriales constituye alrededor del 33% del CO global”.2 emisiones en este momento, por lo que nuestro objetivo es descarbonizar este desafiante sector. Aproximadamente la mitad de todas estas emisiones industriales provienen de la producción de solo cuatro materiales: acero, cemento, amoníaco y etileno, por lo que hay un gran enfoque de investigación en formas de reducir sus emisiones.
La mayoría de los procesos para fabricar estos materiales han cambiado poco en más de un siglo, dijo, y en su mayoría son procesos basados en el calor que involucran la quema de muchos combustibles fósiles. Pero, en cambio, el calor puede provenir de electricidad renovable, que también puede usarse para provocar reacciones electroquímicas en algunos casos como sustituto de las reacciones térmicas. Ya existen procesos de fabricación de cemento y acero que producen solo alrededor de la mitad del dióxido de carbono actual (CO2) emisiones.
La producción de amoníaco, que se usa ampliamente en fertilizantes y otros productos químicos a granel, genera más emisiones de gases de efecto invernadero que cualquier otra fuente industrial. El proceso termoquímico actual podría ser reemplazado por un proceso electroquímico, dijo. De manera similar, la producción de etileno, como materia prima para plásticos y otros materiales, es el segundo mayor emisor, con tres toneladas de dióxido de carbono emitidas por cada tonelada de etileno producida. Nuevamente, existe un método electroquímico alternativo, pero necesita mejoras para ser competitivo.
A medida que el mundo avanza hacia la electrificación de los procesos industriales para eliminar los combustibles fósiles, la necesidad de fuentes de electricidad libres de emisiones seguirá creciendo. Una adición potencial muy prometedora a la gama de fuentes de generación libres de carbono es la fusión, un área en la que el MIT es líder en el desarrollo de una tecnología particularmente prometedora que aprovecha las propiedades únicas de los materiales superconductores de alta temperatura (HTS).
Dennis Whyte, director del Plasma Science and Fusion Center del MIT, señaló que a pesar de los esfuerzos globales para reducir el CO2 emisiones, «utilizamos exactamente el mismo porcentaje de productos basados en carbono para generar energía que hace 10 o 20 años». Para marcar una diferencia real en las emisiones globales, «necesitamos producir cantidades realmente masivas de energía libre de carbono».
La fusión, el proceso que alimenta al sol, es una vía particularmente prometedora porque el combustible, derivado del agua, es prácticamente inagotable. Mediante el uso de un material HTS recientemente desarrollado para generar los fuertes campos magnéticos necesarios para producir una reacción de fusión sostenida, el proyecto liderado por el MIT, que dio lugar a una empresa derivada llamada Commonwealth Fusion Systems, pudo reducir drásticamente el tamaño requerido de un reactor de fusión, explicó Whyte. Usando este enfoque, la compañía, junto con el MIT, espera tener un sistema de fusión que produzca energía neta a mediados de esta década y estar lista para construir una planta de energía comercial para producir electricidad para la red a principios de la próxima. Mientras tanto, al menos otras 25 empresas privadas también están tratando de comercializar la tecnología de fusión. «Creo que podemos atribuirnos el mérito de ayudar a generar lo que ahora es esencialmente una nueva industria en los Estados Unidos», dijo Whyte.
Fusion ofrece el potencial, junto con las tecnologías solares y eólicas existentes, para entregar la energía libre de emisiones que el mundo necesita, dice Whyte, pero eso es solo la mitad de la historia, la otra parte es cómo entregar esta energía donde se necesita, cuando sea necesario. «¿Cómo adaptamos estas nuevas fuentes de energía para que sean lo más compatibles posible con todo lo que ya tenemos en términos de suministro de energía?»
Une partie de la façon de trouver des réponses à cela, a-t-il suggéré, est un travail plus collaboratif sur ces questions qui recoupent les disciplines, ainsi que davantage de types de conversations et d’interactions transversales qui ont eu lieu dans cette mesa redonda.
