Um roteiro abrangente visa enfrentar o desafio da descarbonização dos setores da economia que são difíceis de eletrificar. Isto inclui estratégias como o desenvolvimento de combustíveis sem carbono, a obtenção de carbono de forma sustentável e a promoção de uma economia circular onde os átomos de carbono são reutilizados múltiplas vezes em vários setores, essencial para alcançar emissões líquidas zero até 2050. Crédito: Ilustração de Cortland Johnson | Laboratório Nacional do Noroeste Pacífico
Uma abordagem holística para alcançar emissões líquidas zero de carbono em toda a economia.
Uma estratégia fundamental para alcançar emissões líquidas zero de carbono envolve a transição de sectores significativos da economia, como o transporte pessoal e o aquecimento doméstico, para dependerem da electricidade produzida a partir de energias renováveis. Mas o carbono não pode ser removido de todas as partes da sociedade. Os plásticos, omnipresentes no mundo moderno, não podem ser descarbonizados porque são feitos de moléculas à base de carbono.
Liderado pela química Wendy Shaw, do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL), um esforço multi-institucional produziu um novo roteiro para reduzir as emissões em segmentos da economia difíceis de electrificar. A abordagem multifacetada inclui o desenvolvimento de combustíveis não-carbonos, a descoberta de fontes não-fósseis de carbono e a manutenção do carbono em jogo assim que ele entrar no ciclo, resultando idealmente em usos múltiplos de cada carbono. átomo.
O carbono de utilização única já não pode ser generalizado, afirmam os autores do roteiro. O carbono deve ser mantido em jogo através de uma economia circular onde cada átomo de carbono é utilizado inúmeras vezes. O carbono pode ser reutilizado no mesmo setor industrial ou servir de matéria-prima para um novo setor industrial. Por exemplo, o desenvolvimento de processos de reciclagem de polímeros e a reutilização eficiente de materiais à base de carbono serão fundamentais para um futuro com emissões líquidas zero de carbono.
“Precisamos de soluções novas e criativas para concretizar os nossos objetivos de descarbonização”, disse o diretor do PNNL, Steven Ashby. “E a colaboração é fundamental para acelerar a pesquisa científica inspirada no uso na ciência de catálise e separações que sustentará essas soluções. Aguardo ansiosamente esses resultados e sua implantação na aviação, caminhões pesados e transporte marítimo.”
As ideias surgiram de um workshop sobre “Fechando o Ciclo do Carbono”, organizado conjuntamente pelo PNNL, Ames National Laboratory, Argonne National Laboratory, Brookhaven National Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory e SLAC National Accelerator Laboratory. Os líderes de cada laboratório incluíram Shaw, James Morris, Max Delferro, Sanjaya Senanayake, Francesca Toma, Michelle Kidder e Simon Bare, respectivamente.
“O avanço das tecnologias de reciclagem e conversão de carbono é fundamental para um futuro de energia limpa, e a Argonne está comprometida em apoiar o seu desenvolvimento”, disse o diretor da Argonne, Paul Kearns. “Parabenizo os pesquisadores que estão colaborando em todo o complexo laboratorial nacional do Departamento de Energia para impulsionar essas inovações transformadoras para atingir a meta líquida zero até 2050.”
Um roteiro para a descarbonização
O hidrogénio e o amoníaco têm potencial como combustíveis isentos de carbono. No entanto, ambos têm desafios claros para implementação. Em particular, o custo de armazenamento e transporte do hidrogénio torna-o impraticável com as tecnologias atuais. O trabalho para desenvolver moléculas transportadoras e materiais para permitir o transporte seguro e acessível de hidrogênio complementará a meta Hydrogen Earthshot do Departamento de Energia de produzir hidrogênio de forma renovável por 1 dólar/quilograma ou menos. Esta redução de custos poderia ajudar a criar sistemas viáveis baseados em hidrogénio.
A utilização de carbono de diversas fontes é fundamental para a abordagem proposta. O carbono continuará a ser essencial para muitos setores económicos críticos. Estes setores são candidatos à ciclagem circular do carbono através da reciclagem e da incorporação de múltiplas fontes de carbono. Possíveis fontes de carbono valioso incluem biomassa, resíduos alimentares e resíduos plásticos. Tornar este processo uma realidade requer separações e conversões eficazes e eficientes porque misturas complexas constituem a maioria dos fluxos de carbono não fósseis.
“O carbono deve ser visto como um bem valioso que deve ser conservado e reutilizado”, disse Shaw, Diretor de Ciência e Tecnologia da Diretoria de Ciências Físicas e Computacionais do PNNL. “A nossa visão é transformar o papel do carbono na nossa economia, reutilizando cada átomo de carbono várias vezes numa economia circular.”
A transformação eficaz de resíduos “tradicionais” em materiais reutilizáveis continua a ser crítica. A combinação das etapas de separação e conversão através de separações reativas pode fornecer uma abordagem prática. As separações reativas combinam reações químicas com separações purificadoras e podem proporcionar intensificação do processo, convertendo o carbono não fóssil de forma mais eficiente.
“Precisamos de novos desenvolvimentos científicos fundamentais para produzir abordagens industriais integradas”, disse Morris. “As tecnologias resultantes criarão novas oportunidades económicas, desenvolvimento educacional e crescimento adicional de emprego.”
O roteiro apresenta um futuro sem resíduos, onde o carbono é tratado como um bem precioso e não como um recurso descartável. Trazer fontes sustentáveis de carbono para a economia do círculo de carbono é essencial para este futuro.
Este roteiro é o resultado de um workshop intitulado “Fechando o Ciclo do Carbono: Oportunidades na Ciência Energética”, organizado por sete laboratórios nacionais do Departamento de Energia nos dias 18 e 19 de julho de 2022.
