Problemas em aberto: Principais desafios restantes na pesquisa sobre energia limpa

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Há uma quantidade enorme de problemas em aberto e tecnologias em potencial, mas só citaremos alguns aqui. Além disso, debates políticos e econômicos relacionados a tópicos como taxação sobre emissões de CO₂ estão altamente relacionados a esses problemas, mas não serão abordados neste capítulo.

Armazenamento de energia

Problem: Large-scale storage to enable solar and wind growth

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Para instalar fontes variáveis de energia como solar e eólica em larga escala, será necessário armazenar a energia desde sua produção até o momento de consumo. Existem inúmeras tecnologias de armazenamento, desde variados tipos de bateria até armazenamento térmico, ar comprimido ou em hidrelétricas reversíveis. Reduzir os custos e aumentar a eficiência e a escalabilidade dessas tecnologias é crucial para o sucesso das fontes renováveis. Elas precisam se tornar muito mais baratas e eficientes para possibilitar o uso em larga escala das energias solar e eólica.

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Problem: Better, more sustainable, and (even) cheaper batteries for cars and trucks

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Conforme os carros elétricos se tornam mais populares e a eletrificação avança, o aperfeiçoamento das baterias fica cada vez mais urgente. Precisamos aumentar a sua duração, tornar a sua produção mais simples e mais barata e melhorar seu desempenho. Além disso, é fundamental reduzir ou eliminar a necessidade de cobalto na produção desses itens, já que ele não é nem sustentável ou econômico quando a demanda é elevada.

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Problem: Hydrogen from electricity: cheap and efficiently

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O hidrogênio poderia substituir combustíveis a base de carbono em barcos e aviões, e talvez até mesmo competir com as baterias para carros… Se o tornássemos mais eficiente. O custo da eletricidade é apenas uma parte da equação. Os eletrolisadores, máquinas que produzem hidrogênio a partir da água, devem ficar mais baratos. Como o hidrogênio é gasoso à temperatura ambiente, ele precisa ser comprimido. Portanto, esse processo também deve ser otimizado e possivelmente integrado diretamente à eletrólise.

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Energia nuclear

Problem: Make nuclear cheaper and build reactors faster

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Em 2018, o tempo médio de construção de reatores era de oito anos e meio, o que naturalmente aumenta os riscos políticos e financeiros de construí-los. Quanto mais baratos e rápidos os reatores forem, maiores serão os incentivos para produzi-los.

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Problem: Make nuclear popular & encourage pro-nuclear-research policies and funding, especially in growing economies

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A energia nuclear é extremamente segura e emite quantidades muito baixas de carbono. Há certa oposição a ela devido a raros, porém notáveis, acidentes. Quando se está enfrentando um desafio de grandes proporções como o das mudanças climáticas, é importante ponderar cuidadosamente todas as opções. Não queremos tomar decisões precipitadas correndo o risco de perder uma grande oportunidade!

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Problem: Recycle nuclear waste in breeder reactors

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Em teoria, o lixo nuclear poderia ser reutilizado como combustível para um outro tipo de reator, chamado de “regenerador”. A técnica seria benéfica por algumas razões: o custo, a disponibilidade de combustível e, é claro, a redução de lixo nuclear. No entanto, essa tecnologia ainda não foi comprovada e necessita de mais estudos para se tornar realidade.

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Energia solar

Problem: Earth-abundant thin-film solar: cheaper & sustainable?

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Painéis solares de filme fino são um tipo de tecnologia solar fotovoltaica. As células solares de filme fino comercializadas atualmente são feitas de materiais escassos, o que significa que não podemos produzi-las em grandes quantidades. No entanto, trabalhos recentes na área buscam utilizar materiais que sejam mais abundantes na Terra. Assim, essas células poderiam ser mais baratas, sustentáveis e eficientes do que as atuais tecnologias de silicone ou filme fino.

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Problem: Recycling of solar panels

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Os recursos que o planeta Terra nos oferece são limitados e alguns dos utilizados para a produção de painéis solares fotovoltaicos são especialmente raros. Esses painéis têm vida útil de aproximadamente 25 anos, e, após esse período, eles precisam ser substituídos. Isso cria dois problemas: os painéis antigos viram lixo e a construção de novos requer matéria prima. A dura realidade é que, atualmente, a maior parte do lixo eletrônico gerado em países desenvolvidos é exportado e despejado de forma irresponsável em países em desenvolvimento. Conseguir reciclar, de forma economicamente viável, os materiais de painéis antigos e utilizá-los para construir novos pode ser uma solução para esses problemas.

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Energia eólica

Problem: Floating turbines

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Atualmente, as turbinas eólicas offshore só podem ser construídas perto da costa. Infelizmente, os ventos nesses locais são menos velozes e constantes do que em alto mar. Turbinas eólicas flutuantes poderiam ser ancoradas ao fundo do mar através de longos cabos de aço, o que permitiria que elas fossem instaladas em águas profundas, onde os ventos são muito mais fortes e consistentes. Existem muitos testes dessa tecnologia em andamento pelo mundo.

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Ideias em fase inicial que podem funcionar

Problem: Artificial Photosynthesis

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E se pudéssemos imitar o que as plantas fazem, mas com melhorias? Pesquisadores estão trabalhando em tecnologias que convertem água, luz solar e ar diretamente em H₂ e O₂ ou até em combustíveis similares àqueles usados em carros. Essa técnica nos permitiria manter o consumo de combustíveis líquidos com o qual nossa sociedade está acostumada, mas produzi-los de forma sustentável.

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Problem: Cheaper Hydrogen from Electrolysis

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Eletrolisadores mais baratos e tecnologias de compressão de hidrogênio mais eficientes poderiam permitir que o hidrogênio se tornasse um meio popular e versátil de armazenamento de energia.

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Problem: Make Tokamak Fusion Work

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Há muitos problemas em aberto com os reatores de fusão tokamak. O fato de eles consumirem mais energia para funcionar do que conseguem produzir é apenas um deles, e, provavelmente, aquele cuja solução está mais próxima. Criar trítio a partir de deutério, lítio-6 e nêutrons vindos das reações de fusão é difícil e ainda necessita de mais estudos. Além disso, a proteção do reator durante a operação é outro problema. As soluções desses desafios devem ser combinadas a um sistema que extraia energia de nêutrons em alta velocidade.

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Problem: Make other fusion methods work

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Existem inúmeras ideias na ciência da fusão além do Tokamak. Embora muitas delas tenham poucas chances de funcionar a curto ou médio prazo, ou talvez nunca,, explorar todas as possibilidades ainda é uma opção. Abaixo, listaremos algumas delas.

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