Il climate change è una sfida enorme. Il rapido processo di decarbonizzazione della manifattura, della produzione di energia e dei trasporti è a un punto critico e potrebbe arrivare a una crisi a causa degli effetti non lineari. Il 2015 ha portato notizie, non sempre diffuse in maniera adeguata, sulla disponibilità commerciale di soluzioni che rappresentano progressi decisivi su tre aspetti scientifici specifici che possono accelerare in maniera significativa la decarbonizzazione.

Il calcestruzzo che mangia CO2

Dopo l’acqua, il calcestruzzo è il materiale più usato al mondo. La produzione di cemento Portland per il calcestruzzo è responsabile di circa il 5 per cento delle emissioni antropogeniche. Un  nuovo “cemento Solidia” creato da Richard Riman della Rutgers University, può essere prodotto con gli stessi componenti del Portland e negli stessi forni, ma a temperature più basse e con minor tasso di calcare incorporato, il che si traduce in una riduzione delle emissioni di CO2 nella produzione. A differenza del Portland che ha bisogno di acqua per la lavorazione, questo nuovo cemento diventa lavorabile consumando CO2. I prodotti di calcestruzzo fatto con questo nuovo cemento hanno un’impronta carbonica tagliata fino al 70 per cento. Nel 2015 anche i grandi produttori hanno iniziato a modificare i loro impianti per utilizzare questo nuovo cemento per fare calcestruzzo: la sua adozione generalizzata moltiplicherebbe in maniera sostanziale la richiesta di CO2, creando un forte incentivo economico per la cattura e il riuso dell’anidride carbonica. (…)

Possiamo ora aspettarci di ridurre l’impronta carbonica di altri materiali altamente energivori come l’acciaio e l’alluminio nella ristrutturazione delle infrastrutture esistenti? Decenni di ricerche non hanno finora portato risultati di rilievo, e quindi ci vorrà probabilmente più tempo per il ripensamento dei prodotti per utilizzare prodotti meno energivori come fibre e polimeri.

 

Turbine eoliche scalabili

Più di un miliardo di persone, per lo più nelle aree rurali dei paesi in via di sviluppo, non hanno accesso all’elettricità e a reti affidabili. Ed è di grande importanza scegleire se l’elettricità che avranno a disposizione arriverà da fonti rinnovabili o da fonti fossili. Le turbine eoliche sono, ad oggi, la rinnovabile più economiche, ma solamente in unità da molti megawatt non adatti alla generazione distribuita; su scala più piccola la performance delle turbine attuali si riduce notevolmente. Una nuova generazione di turbine, inventata da Walt Presz e Michael Werle della Ogin Energy, hanno visto nel 2015 il loro primo utilizzo a media scala (nell’ordine dei 100 kW). Questo nuovo sistema pompa l’aria attorno alla turbina in modo da poter essere efficiente anche su media e piccola scala e a velocità di vento più basse, in modo da poter supportare anche la generazione distribuita e le microgrid.

Una recente analisi ha indicato che l’energia eolica di larga scala è òa rinnovabile più conveniente con un costo, al netto dei sussidi, attorno a 80 dollari/MWh, mentre il fotovoltaico è sui 150 $/MWh. L’eolico di media scala è attualmente a quota 240 $/MWh, un livello tropo elevato per essere utile. Il nuovo sistema dimezza di fatto questo livello di costi e diventa competitivo con l’eolico di larga scala quando si raggiungono livelli di produzione elevati. (…)

La temperatura della batteria allo stato solido

Le attuali batterie ioni-litio utilizzano un elettrolita infiammabile e di solito contengono materiali che aumentano ulteriormente il pericolo di incendio. La maggior parte contiene metalli costosi come litio, cobalto e nickel. Nel 2015 è arrivata la pubblicazione sull’esistenza di un nuovo elettrolita polimerico, inventato da Michael Zimmerman della Ionic Materials, che è il primo solido che ha conduttività ionica a temperature normali. Il polimero è inoltre sicuro, essendo ignifugo. Crea un ambiente chimico sostanzialmente differente rispetto al liquido, supportando nuovi materiali per catodi, come lo zolfo, che sono ad alta efficienza, leggeri e poco costosi, e anodi metallici economici. Diventano così realizzabili nuove composizioni chimiche per nuove batterie che finora sembravano irrealizzabili, soprattutto con elettroliti liquidi.

Questo progresso scientifico, indicato attorno agli anni 30 del XXI secolo in gran parte delle roadmap dell’industria del settore, era auspicato da molto tempo poiché le batterie allo stato solido possono essere decisamente più economiche, sicure e avere una capacità di storage decisamente superiore.

Il 15% delle emissioni di CO2 da carburanti fossili proviene dal trasporto su gomma. Le flotte di auto in India e Cina cresceranno in maniera significativa nei prossimi anni: che questi veicoli addizionali siano alimentati da fonti rinnovabili o fonti fossili potrà fare la differenza nelle emissioni globali. Batterie sicure e ad alto rendimento potranno accelerare decisamente l’elettrificazione del trasporto rispetto ai modesti ritmi attuali.

Nel XXI secolo dobbiamo smettere di utilizzare combustibili fossili. L’elettrochimica – sia sotto forma di migliori batterie che di celle a combustibile – ha un potenziale ben maggiore di quello che viene di solito riconosciuto e può produrre più energia del previsto. (…) Spero che il futuro possa portare notizie di tecnologie di raffreddamento dello stato solido che, come quella di cui abbiamo parlato, possano essere portate sul mercato in tempi rapidi.

 

La domanda 2016 di Edge

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L’intervento di Bill Joy è un estratto della sua risposta alla domanda dell’anno di Edge.org: Quale ritieni sia la notizia scientifica recente più interessante? Che cosa la rende rilevante?

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