Problemas pendientes: desafíos clave en la investigación sobre energías limpias

Problema 1: Almacenamiento a gran escala para permitir el desarrollo de la energía solar y eólica

Lo que el mundo necesita para resolver este problema:

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Para implementar fuentes de energía variable como la solar y la eólica a gran escala, necesitamos almacenar energía desde que se genera hasta que se necesite utilizar. Existen diferentes tecnologías de almacenamiento, desde distintas baterías hasta almacenamiento térmico, aire comprimido e hidrobombeo . Reducir el costo y aumentar la eficiencia y la adaptabilidad de estos sistemas es crucial para el éxito de las energías renovables . Estas tecnologías deben ser mucho más baratas y eficientes para permitir la implementación a gran escala de la energía solar y eólica .

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Problema 2: Baterías para automóviles y camiones: mejores, más sostenibles e incluso más baratas

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A medida que los vehículos eléctricos se vuelven más populares y la electrificación se acelera, el trabajo con respecto a las baterías se vuelve cada vez más urgente. Queremos que las baterías tengan una vida útil más prolongada, que sean aún más simples y baratas de fabricar y que tengan un mejor rendimiento . Trabajar para fabricar baterías de alto rendimiento con menos o incluso sin cobalto también es vital . Esto se debe a que el cobalto es insostenible y caro cuando se demanda en grandes cantidades .

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Problema 3: Hacer electricidad con hidrógeno: barato y eficiente

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El hidrógeno podría reemplazar los combustibles a base de carbono en aviones y barcos, y tal vez podría competir con las baterías de los automóviles… si tan solo pudiéramos hacerlo más eficiente . El costo de la electricidad renovable es solo una parte de la ecuación aquí. Los electrolizadores, las máquinas que producen hidrógeno a partir del agua, necesitan ser más baratos . Dado que el hidrógeno es un gas a temperatura ambiente, es necesario comprimirlo. Por lo tanto, el proceso de compresión también debe optimizarse y potencialmente integrarse directamente con la electrólisis .

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Problema 4: Hacer la energía nuclear más barata y construir más rápido los reactores

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El tiempo medio de construcción en 2018 fue de ocho años y medio . Naturalmente, esto aumenta el riesgo financiero y político de construir nuevos reactores. Cuanto más baratos y rápidos sean los reactores, mayor será el incentivo para construir nuevos.

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Problema 5: Hacer que la energía nuclear sea popular y fomentar las políticas y la financiación a favor de la investigación nuclear, especialmente en las economías en crecimiento

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La energía nuclear es una fuente de energía increíblemente segura y con bajas emisiones de carbono . La energía nuclear tiene true oposición debido a los ocasionales pero muy visibles accidentes . Al enfrentar un desafío tan grave como el cambio climático, vale la pena sopesar cuidadosamente nuestras opciones. ¡No queremos tomar una decisión irracional y perdernos algo grandioso!

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Problema 6: Reciclar desechos nucleares en reactores reproductores

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En teoría, los desechos nucleares podrían reutilizarse como combustible para un tipo de reactor llamado reactor generador . Esto sería genial por varias razones: costo, disponibilidad de combustible y, por supuesto, porque habría menos desperdicios. Sin embargo, esta tecnología aún no está probada y requiere más trabajo para convertirse en una realidad.

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Problema 7: Panel solar de película delgada a partir de materiales abundantes en la Tierra: ¿más barato y sostenible?

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Los paneles solares de película delgada son un tipo de tecnología solar fotovoltaica . Las células solares comerciales de película delgada de hoy en día están hechas de elementos escasos, lo que significa que no podemos construir muchas de ellas. El trabajo reciente sobre este tema tiene como objetivo utilizar materiales que son mucho más abundantes en la Tierra . Finalmente, estas células podrían ser más baratas, más sostenibles y eficientes que las tecnologías comerciales de silicio o que las películas delgadas utilizadas hoy en día. .

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Problema 8: Reciclaje de paneles solares

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Los recursos que nos ofrece nuestro planeta son limitados, y algunos de los que se utilizan para la energía solar fotovoltaica son poco comunes . Los paneles solares tienen una vida útil de alrededor de 25 años . Después de este tiempo, tendríamos que reemplazarlos por nuevos paneles. Esto crea dos problemas: 1) los paneles viejos ahora son residuos y 2) la construcción de los nuevos paneles requerirá más materia prima. La triste realidad es que, hoy en día, la mayoría de los desechos electrónicos de las naciones desarrolladas se exportan y desechan de manera irresponsable en las naciones en desarrollo . Ser capaz de reciclar materiales de paneles viejos de forma asequible y hacer nuevos paneles a partir de ellos podría resolver estos problemas .

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Problema 9: Turbinas flotantes

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Las turbinas eólicas marinas actuales solo se pueden construir cerca de la costa. Desafortunadamente, los vientos cerca de la costa son más lentos y menos constantes que en el océano profundo . Las turbinas eólicas flotantes se podrían anclar al lecho marino con largos cables de acero, lo que permitiría colocarlas en aguas mucho más profundas . Allí, los vientos son más fuertes y consistentes. En todo el mundo se están realizando varios ensayos de esta tecnología.

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Problema 10: Fotosíntesis artificial

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¿Qué pasaría si pudiéramos hacer lo que hacen las plantas para producir energía, pero mejor? Los investigadores están trabajando en tecnologías que convierten directamente el agua, la luz solar y el aire en H₂ y O₂ , o incluso combustibles similares a los que usamos hoy en día en los automóviles . Esto podría permitirnos utilizar los combustibles líquidos a los que tanto nos hemos acostumbrado, pero producirlos de forma sostenible.

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Problema 11: Hidrógeno más barato obtenido a partir de la electrólisis

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Los electrolizadores más baratos y las tecnologías de compresión de hidrógeno más eficientes podrían permitir que el hidrógeno se convierta en un medio de almacenamiento de energía popular y versátil .

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Problema 12: Hacer que la fusión Tokamak funcione

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Existen muchas cuestiones pendientes con respecto a los reactores de fusión Tokamak. Una de ellas y la que más cerca hemos estado de resolver, es que requieren más energía para funcionar de la que producen . Hacer tritio a partir de deuterio, litio-6 y neutrones provenientes de las reacciones de fusión es difícil y requiere más investigación. Proteger el reactor durante el funcionamiento es otro problema. Las soluciones a estos problemas deben combinarse con un sistema que obtenga la energía de los neutrones que se mueven rápidamente .

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Problema 13: Hacer que otros métodos de fusión funcionen

Lo que el mundo necesita para resolver este problema:

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Existen muchas ideas en la ciencia de la fusión; no solo la de Tokamak. Si bien es poco o nada probable que algunos de ellos tengan éxito en el futuro, a corto o mediano plazo , sigue siendo una opción explorarlos. A continuación se enumeran algunos.

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