Problemas pendientes en innovación industrial

Problema 1: Tenemos que eliminar el uso de carbón en la producción de acero.

Lo que el mundo necesita para resolver este problema:

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Actualmente, el 70% de todo el acero se fabrica en altos hornos, donde el carbón es un ingrediente clave  El carbón se utiliza principalmente para hacer coque, el agente reductor que se utiliza para convertir el mineral de hierro en metal de hierro ; y para quemar coque y así liberar calor, que a su vez impulsa las reacciones en los altos hornos .

El carbón representa el 75% del consumo de energía en la fabricación de acero debido a las altas temperaturas necesarias para quemarlo . Por lo tanto, domina las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con la producción de acero . Por suerte, tenemos trues opciones disponibles para reemplazar los usos del carbón. Por ejemplo, el hidrógeno puede hacer de reemplazo para el uso como agente reductor , y también como agentes derivados de biomasa . El uso de electricidad derivada de fuentes de energía renovables para impulsar la reacción también puede reducir las emisiones. Sin embargo, esto solo funciona en hornos de arco eléctrico (Electric Arc Furnaces, EAF), no en altos hornos. Hoy en día, los hornos eléctricos representan únicamente el 25% de la producción de acero .

Impulsar la implementación de estas dos soluciones a gran escala tendrá un gran impacto en la sostenibilidad de la industria del acero.

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Problema 2: El clínker debería sustituirse por materiales alternativos que tengan una huella de carbono más baja.

Lo que el mundo necesita para resolver este problema:

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La principal fuente de emisiones de CO₂ en la industria del hormigón es la fabricación de cemento. El clínker es el ingrediente principal del cemento y tampoco es amigable con el medio ambiente; la producción de 1 tonelada de clínker libera alrededor de 0,706 toneladas de CO₂ . Pero hay esperanza: ciertos materiales sustitutos tienen el potencial de descarbonizar la fabricación de cemento en aproximadamente un 70-90% .

La escoria de alto horno granulada (GBFS, por sus siglas en inglés), un material de residuo de la fabricación del acero, no solo podría reducir las emisiones de CO₂, sino también aumentar la fuerza y ​​la resistencia química del cemento . Otra alternativa son las cenizas volantes, que se componen de partículas de polvo producidas en hornos, y podrían mejorar el manejo del cemento y reducir la cantidad de agua necesaria para formar el hormigón .

A pesar de la actual falta de conciencia sobre las alternativas del clínker, estas podrían marcar el camino hacia una reducción del 50% del uso de energía y las emisiones de CO₂ . La investigación adicional sobre estos dependerá principalmente de la disponibilidad y el costo, así como de la forma en que cambian las propiedades del cemento al hacer las sustituciones .

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Problema 3: Debemos abordar los (muchos) problemas relacionados con el algodón.

Lo que el mundo necesita para resolver este problema:

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El algodón es una industria sucia, en términos de consumo excesivo de agua y uso de pesticidas ; trabajo de explotación (e incluso infantil) ; uso insostenible de la tierra ; y agotamiento del suelo . Sin embargo, el mundo necesita algodón; producimos 27 millones de toneladas al año, ¡lo suficiente para que cada persona en la Tierra reciba 27 camisetas !

Por lo tanto, la industria debe esforzarse por cultivar y producir algodón sostenible. Solo alrededor del 12% del suministro mundial de algodón es actualmente sostenible , y las empresas que lo obtienen desempeñan un papel fundamental en su futuro.

El cultivo de algodón orgánico, que se enfoca en mitigar los impactos ambientales, ha ido incrementando. Cultivar algodón orgánicamente genera enormes ventajas para el planeta y las personas que lo procesan, incluyendo un 91% menos de demanda de agua, 62% menos de energía requerida, 46% menos emisiones de CO₂ y un 26% menos de erosión del suelo .

El algodón de comercio justo busca abordar los aspectos sociales del cultivo del algodón. Algunas organizaciones y normas, como Cotton made in Africa (CmiA) y Better Cotton, cubren aspectos tanto ambientales como sociales . Para mejorar la industria del algodón, debemos aumentar tanto el suministro como el uso de opciones de algodón sostenible .

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Problema 4: La captura de carbono antes de la combustión debe ser más eficiente.

Lo que el mundo necesita para resolver este problema:

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La barrera más grande a la que se enfrenta la captura de carbono antes de la combustión es que su uso reduce en gran medida la eficiencia de las centrales eléctricas . Múltiples estudios han encontrado que la eficiencia energética disminuye en promedio entre un 8 y 16% cuando se instala la tecnología preCCC .

La mayor fuente de esta reducción en la eficiencia es la ’reacción de cambio de agua-gas’ que aprendimos en el capítulo . ¡Esta es responsable de casi la mitad de la pérdida de la eficiencia en el sistema de precombustión !

Una posible solución es el uso de membranas. La elección de una membrana a la que el hidrógeno se pueda unir fácilmente, como las membranas de paladio o zeolita , significa que el hidrógeno se puede eliminar de forma más eficiente de la reacción .

Esta investigación aún se encuentra en sus primeras etapas y requerirá una mayor inversión para ser viable en plantas de energía a gran escala.

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Problema 5: Reducir el daño ambiental de la captura de CO₂ luego de la combustión es imprescindible para adoptar esta tecnología.

Lo que el mundo necesita para resolver este problema:

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Hay muchos problemas a los que se enfrenta la captura de CO₂ luego de la combustión. Como vimos en el capítulo, esta tecnología tiene varios impactos ambientales, como la eutrofización y la acidificación de los entornos cercanos . Entonces, ¿cómo podemos hacer que la captura de CO₂ luego de la combustión sea un proceso más amigable con el medio ambiente?

Los científicos están trabajando arduamente para resolver este problema, por ejemplo, utilizando membranas electroquímicas en lugar de sorbentes químicos o físicos  y separación criogénica para eliminar el CO₂ del gas de combustión . Los investigadores también están tratando de mejorar el rendimiento de la tecnología al mismo tiempo que reducen sus costos operativos para incentivar su implementación en todo el mundo.

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Problema 6: El oxicombustible es demasiado costoso.

Lo que el mundo necesita para resolver este problema:

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Como vimos en este curso, el oxicombustible es la forma más cara y menos eficiente de eliminar el carbono de las centrales eléctricas . Sin embargo, los beneficios que podría proporcionar una corriente altamente concentrada de CO₂ hacen que mejorar el costo y la eficiencia de esta tecnología sea crucial.

Será necesario invertir mucho dinero y poder intelectual en esta tecnología para que sea viable en el futuro. A continuación se muestran algunas ideas novedosas que intentan hacer precisamente esto:

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