Problemas em Aberto na Inovação Industrial

Problema 1: Temos que eliminar o carvão na produção de aço.

O que o mundo precisa para resolver esse problema:

Descrição

No momento, 70% de todo o aço é feito em altos-fornos, nos quais o carvão é um ingrediente principal . O carvão é usado principalmente para: fazer coque, o importante agente de redução usado para converter o minério de ferro em metal de ferro ; e queimar coque para liberar calor, o que, por sua vez, fortalece as reações nos altos-fornos .

O carvão representa 75% do consumo de energia na indústria siderúrgica devido às altas temperaturas necessárias para queimá-lo . Desse modo, ele domina as emissões de gases de efeito estufa associadas à produção de aço . Felizmente, temos algumas opções disponíveis para substituir a nossa utilização de carvão. Por exemplo, o hidrogênio pode ser utilizado como substituto do agente de redução , assim como agentes derivados da biomassa . Utilizar a eletricidade produzida a partir de fontes de energia renováveis para alimentar a reação também pode reduzir as emissões. No entanto, isso só funciona em Fornos Elétricos a Arco (EAF, do inglês Electric Arc Furnaces), não em altos-fornos. Hoje, as EAF representam apenas 25% da produção de aço .

A aplicação dessas duas soluções em grande escala terá um enorme impacto na sustentabilidade da indústria siderúrgica.

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Problema 2: O clínquer deve ser substituído por materiais alternativos que tenham pegadas de carbono mais baixas.

O que o mundo precisa para resolver esse problema:

Descrição

A maior fonte de emissões de CO₂ da indústria de concreto é a produção de cimento. O clínquer é o ingrediente principal do cimento e não é bom para o ambiente: a produção de 1 tonelada de clínquer libera em torno de 0,706 toneladas de CO₂ . Mas há esperança: certos materiais substitutos têm o potencial de descarbonizar a fabricação do cimento em torno de 70 a 90% .

A escória de alto-forno granulada (GBFS, do inglês granulated blast furnace slag), um material residual da fabricação de aço, poderia não só reduzir as emissões de CO₂, como também aprimorar a força e a resistência química do cimento . Outra alternativa, as cinzas flutuantes, consiste em partículas de poeira produzidas em fornalhas. Ambas as opções poderiam aumentar a operabilidade do cimento e reduzir a quantidade de água necessária para formar concreto .

Apesar da atual falta de consciência em torno de alternativas ao clínquer, elas poderiam preparar o caminho para uma redução de 50% na utilização de energia e das emissões de CO₂ . Futuras pesquisas sobre essas questões dependem principalmente da disponibilidade e dos custos, bem como da forma como as propriedades do cimento mudam com as substituições .

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Problema 3: Temos que resolver os (muitos) problemas relacionados ao algodão.

O que o mundo precisa para resolver esse problema:

Descrição

O algodão faz parte de uma indústria suja — em termos de consumo excessivo de água e utilização de pesticidas , trabalho exploratório (e até mesmo infantil) , uso insustentável e esgotamento do solo . Mas o mundo precisa de algodão: fabricamos 27 milhões de toneladas por ano, o suficiente para que cada pessoa da Terra receba 27 camisetas !

Portanto, a indústria tem de ser pressionada para que plante e produza algodão sustentável. Apenas cerca de 12% do abastecimento global de algodão é atualmente sustentável , com as empresas que o compram desempenhando um papel importante no seu futuro.

O algodão orgânico, que se concentra na redução do impacto ambiental, está em ascensão — o crescimento desse algodão traz enormes vantagens para o planeta e para as pessoas que o processam, incluindo 91% de redução no consumo de água, 62% menos energia exigida, 46% menos emissões de CO₂ e 26% menos erosão dos solos .

O algodão u0022fairtradeu0022 (originado de comércio justo) procura abordar os aspectos sociais da agricultura desse produto. Algumas organizações e normas, como a Cotton made in Africa (CmiA) e a Better Cotton, abrangem tanto dimensões ambientais como sociais . Para limpar a indústria do algodão, temos que aumentar tanto a oferta quanto a aceitação de opções sustentáveis de tal mercadoria .

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Problema 4: A captura de carbono pré-combustão precisa se tornar mais eficiente.

O que o mundo precisa para resolver esse problema:

Descrição

A maior barreira que a captura de carbono pré-combustão enfrenta é que seu uso diminui significativamente a eficiência das usinas elétricas . Vários estudos descobriram que a eficiência energética cai, em média, de 8 a 16 % quando a tecnologia pré-CCC é instalada .

A maior fonte dessa redução de eficiência é a reação de mudança do vapor de água, sobre a qual aprendemos neste curso . Ela é responsável por quase metade da perda de eficiência no sistema de pré-combustão !

Uma possível solução é a utilização de membranas. Escolher uma membrana com a qual o hidrogênio pode facilmente se ligar, como membranas de paládio ou zeolita , significa que o hidrogênio pode ser removido mais eficientemente da reação .

Essa pesquisa ainda está em fase inicial e exigirá mais investimento para ser viável em usinas elétricas de grande escala.

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Problema 5: É necessário reduzir os danos ambientais causados pela pós-CCC para podermos adotar essa tecnologia.

O que o mundo precisa para resolver esse problema:

Descrição

Há muitos problemas enfrentados pelo pós-CCC. Como vimos no capítulo, essa tecnologia tem vários impactos ambientais, como a eutrofização e acidificação de ambientes próximos . Então, como podemos fazer do pós-CCC um processo mais ecologicamente correto?

Cientistas estão trabalhando duro para resolver esse problema. Alguns exemplos de pesquisas são sobre o uso de membranas eletroquímicas em vez de produtos químicos ou sorbentes físicos  e a separação criogênica para retirar o CO₂ do gás de combustão . Os pesquisadores também estão tentando melhorar o desempenho da tecnologia ao mesmo tempo que reduzem os seus custos operacionais para incentivar a implementação em todo o mundo.

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Problema 6: O oxicombustível é muito caro.

O que o mundo precisa para resolver esse problema:

Descrição

Como vimos neste curso, o oxicombustível é a forma mais cara e menos eficiente de remover o carbono das usinas elétricas . No entanto, os benefícios que um fluxo altamente concentrado de CO₂ poderia proporcionar tornam crucial a melhoria do custo e da eficiência dessa tecnologia.

Muito poder intelectual e dinheiro precisarão ser investidos nessa tecnologia para torná-la viável no futuro. Abaixo estão algumas ideias novas que tentam fazer isso:

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