Cinco palestrantes em um recente painel de discussão público organizado pela MIT Energy Initiative (MITEI) e apresentado pelo vice-diretor de Ciência e Tecnologia, Robert Stoner, abordaram uma das questões mais espinhosas, porém mais críticas, que o mundo enfrenta hoje: como podemos alcançar o ambicioso metas estabelecidas por governos de todo o mundo, incluindo os Estados Unidos, para alcançar emissões líquidas zero de gases de efeito estufa até meados do século?

Embora os desafios sejam grandes, concordaram os palestrantes, há motivos para otimismo de que esses desafios tecnológicos possam ser resolvidos. Mais incertos, alguns sugeriram, são os obstáculos sociais, econômicos e políticos para trazer as inovações necessárias.

Os palestrantes abordaram áreas em que tecnologias ou sistemas novos ou aprimorados são necessários para que essas metas ambiciosas sejam alcançadas. Anne White, reitora associada e vice-presidente associada para administração de pesquisa e professora de ciência e engenharia nuclear no MIT, moderou o painel de discussão. Ela disse que alcançar a ambiciosa meta de zero líquido “precisa ser alcançado preenchendo algumas lacunas e perseguindo algumas oportunidades”. Ao abordar algumas dessas necessidades, ela disse que os cinco tópicos escolhidos para o painel de discussão foram “lugares onde o MIT tem experiência significativa e o progresso já está em andamento”.

O primeiro deles foi o aquecimento e resfriamento de edifícios. Christoph Reinhart, professor de arquitetura e diretor do Programa de Tecnologia de Construção, disse que atualmente cerca de 1% dos edifícios existentes estão sendo adaptados a cada ano para eficiência energética e conversão de sistemas de aquecimento de combustível fóssil para elétricos eficientes - mas isso não é quase o suficiente para atingir a meta de 2050 net-zero. “É uma tarefa enorme”, disse ele. Para atingir as metas, disse ele, seria necessário aumentar a taxa de adaptação para 5% ao ano e exigir que todas as novas construções também fossem neutras em carbono.

Reinhart então mostrou uma série de exemplos de como essas conversões poderiam ocorrer usando a tecnologia solar e de bomba de calor existente e, dependendo da configuração, como eles poderiam fornecer um retorno ao proprietário em 10 anos ou menos. No entanto, sem fortes incentivos políticos, o custo inicial de tal sistema, da ordem de US$ 50.000, provavelmente colocará as conversões fora do alcance de muitas pessoas. Ainda assim, uma pesquisa recente descobriu que 30% dos proprietários entrevistados disseram que aceitariam a instalação com os custos atuais. Embora haja dinheiro do governo disponível para incentivos para outros, “temos que ser muito inteligentes em como gastamos todo esse dinheiro … e garantir que todos estejam se beneficiando basicamente”.

William Green, professor de engenharia química, falou sobre o grande desafio de levar a aviação a zero líquido. “Cada vez mais pessoas gostam de viajar”, ??disse ele, mas essas viagens trazem emissões de carbono que afetam o clima, além de poluição do ar que afeta a saúde humana. Os custos econômicos associados a essas emissões, disse ele, são estimados em US$ 860 por tonelada de combustível de aviação usado – o que é muito próximo do custo do próprio combustível. Assim, o preço pago pelas companhias aéreas e, em última análise, pelos passageiros, “é apenas cerca de metade do verdadeiro custo para a sociedade, e a outra metade está a ser suportada por todos nós, pelo fato de estar a afetar o clima e estar a causar problemas de saúde problemas para as pessoas”.

Eliminar essas emissões é um grande desafio, disse ele. Praticamente todo o combustível de aviação hoje é combustível fóssil, mas as companhias aéreas estão começando a incorporar algum combustível à base de biomassa, derivado principalmente do desperdício de alimentos. Mas mesmo esses combustíveis não são neutros em carbono, disse ele. “Na verdade, eles têm uma intensidade de carbono bastante significativa.”

Mas existem alternativas possíveis, disse ele, baseadas principalmente no uso de hidrogênio produzido por eletricidade limpa e na fabricação de combustíveis a partir desse hidrogênio, por meio de sua reação, por exemplo, com dióxido de carbono. Isso poderia realmente produzir um combustível neutro em carbono que as aeronaves existentes poderiam usar, mas o processo é caro, exigindo uma grande quantidade de hidrogênio e formas de concentrar o dióxido de carbono. Outras opções viáveis ??também existem, mas todas acrescentariam despesas significativas, pelo menos com a tecnologia atual. “Vai custar muito mais para os passageiros do avião”, disse Green, “mas a sociedade se beneficiará com isso”.

O aumento da eletrificação do aquecimento e do transporte, a fim de evitar o uso de combustíveis fósseis, colocará grandes demandas nos sistemas de rede elétrica existentes, que devem realizar um equilíbrio constante e delicado da produção com a demanda. Anuradha Annaswamy, pesquisadora sênior do departamento de engenharia mecânica do MIT, disse que “a rede elétrica é uma maravilha da engenharia”. Nos Estados Unidos, consiste em 300.000 milhas de linhas de transmissão capazes de transportar 470.000 megawatts de energia.

Mas com a duplicação projetada de energia de fontes renováveis ??entrando na rede até 2030 e com um esforço para eletrificar tudo o que for possível – do transporte aos edifícios e à indústria – a carga não está apenas aumentando, mas os padrões de uso e produção de energia estão mudando . Annaswamy disse que “com todos esses novos ativos e tomadores de decisão entrando em cena, a questão é como você pode usar uma camada de informações mais sofisticada que coordene como todos esses ativos estão consumindo, produzindo ou armazenando energia, e fazer com que essa camada de informações coexista com a camada física para produzir e fornecer eletricidade de todas essas maneiras. Realmente não é um problema simples.”

Mas existem maneiras de lidar com essas complexidades. “Certamente, tecnologias emergentes em eletrônica de potência e controle e comunicação podem ser aproveitadas”, disse ela. Mas ela acrescentou que “este não é apenas um problema de tecnologia, na verdade, é algo que exige que tecnólogos, economistas e formuladores de políticas se unam”.

Quanto aos processos industriais, Bilge Yildiz, professor de ciência e engenharia nuclear e ciência e engenharia de materiais, disse que “a síntese de produtos químicos e materiais industriais constitui cerca de 33% das emissões globais de CO 2 atualmente e, portanto, nosso objetivo é descarbonizar este setor difícil”. Cerca de metade de todas essas emissões industriais vem da produção de apenas quatro materiais: aço, cimento, amônia e etileno, portanto, há um grande foco de pesquisa em maneiras de reduzir suas emissões.

A maioria dos processos para fabricar esses materiais mudou pouco por mais de um século, disse ela, e são principalmente processos baseados em calor que envolvem a queima de muito combustível fóssil. Mas o calor pode ser fornecido a partir de eletricidade renovável, que também pode ser usada para conduzir reações eletroquímicas em alguns casos como um substituto para as reações térmicas. Já existem processos para fabricar cimento e aço que produzem apenas cerca de metade das emissões atuais de dióxido de carbono (CO 2 ).

A produção de amônia, amplamente utilizada em fertilizantes e outros produtos químicos a granel, é responsável por mais emissões de gases de efeito estufa do que qualquer outra fonte industrial. O atual processo termoquímico pode ser substituído por um processo eletroquímico, disse ela. Da mesma forma, a produção de etileno, como matéria-prima para plásticos e outros materiais, é o segundo maior produtor de emissões, com três toneladas de dióxido de carbono liberadas para cada tonelada de etileno produzida. Novamente, existe um método alternativo eletroquímico, mas precisa ser melhorado para ser competitivo em termos de custo.

À medida que o mundo se move em direção à eletrificação dos processos industriais para eliminar os combustíveis fósseis, a necessidade de fontes de eletricidade livres de emissões continuará a aumentar. Uma adição potencial muito promissora à gama de fontes de geração sem carbono é a fusão, um campo no qual o MIT é líder no desenvolvimento de uma tecnologia particularmente promissora que aproveita as propriedades exclusivas dos materiais supercondutores de alta temperatura (HTS).

Dennis Whyte, diretor do Plasma Science and Fusion Center do MIT, destacou que, apesar dos esforços globais para reduzir as emissões de CO 2 , “usamos exatamente a mesma porcentagem de produtos à base de carbono para gerar energia há 10 ou 20 anos. ” Para fazer uma diferença real nas emissões globais, “precisamos produzir quantidades realmente massivas de energia livre de carbono”.

A fusão, o processo que alimenta o sol, é um caminho particularmente promissor, porque o combustível, derivado da água, é praticamente inesgotável. Usando material HTS recentemente desenvolvido para gerar os poderosos campos magnéticos necessários para produzir uma reação de fusão sustentada, o projeto liderado pelo MIT, que levou a uma empresa derivada chamada Commonwealth Fusion Systems, foi capaz de reduzir radicalmente o tamanho necessário de um reator de fusão, Whyte explicou. Usando essa abordagem, a empresa, em colaboração com o MIT, espera ter um sistema de fusão que produza energia líquida até meados desta década e estar pronta para construir uma usina comercial para produzir energia para a rede no início da próxima. Enquanto isso, pelo menos 25 outras empresas privadas também estão tentando comercializar a tecnologia de fusão.

A fusão oferece o potencial, juntamente com as tecnologias solar e eólica existentes, para fornecer a energia livre de emissões de que o mundo precisa, diz Whyte, mas isso é apenas metade do problema, a outra parte é como levar essa energia para onde é necessária, quando é necessário. “Como adaptamos essas novas fontes de energia para serem o mais compatíveis possível com tudo o que já temos em termos de entrega de energia?”

Parte do caminho para encontrar respostas para isso, ele sugeriu, é um trabalho mais colaborativo sobre essas questões que atravessam as disciplinas, bem como mais tipos de conversas e interações transversais que ocorreram neste painel de discussão.