Problemas em Aberto na Inovação Industrial

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Problem: We need to get rid of coal in steel production.

What the world needs to solve this problem:

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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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Problem: Clinker should be substituted with alternative materials that have lower carbon footprints.

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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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Problem: We must address the (many) issues with cotton.

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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 "fairtrade" (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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Who is working on this:

Problem: Pre-combustion carbon capture needs to become more efficient.

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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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Who is working on this:

Problem: Reducing the environmental damage of postCCC is a must in order to adopt this technology.

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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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Who is working on this:

Problem: Oxy-fuel is too expensive.

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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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