A transição energética precisa de novos materiais para produção de energia limpa

O custo decrescente da eletricidade proveniente da energia eólica e solar em todo o mundo, bem como o das tecnologias de utilização final, como os veículos elétricos, refletem os progressos substanciais realizados na substituição dos combustíveis fósseis, por fontes de energia alternativas. Mas uma transição completa para a energia limpa só poderá ser realizada, se numerosos desafios forem superados. Muitos problemas podem ser resolvidos através da descoberta de novos materiais, que melhorem a eficiência da produção e consumo de energia; reduzir a necessidade de recursos minerais escassos; e apoiar a produção de hidrogênio verde, amônia limpa e combustíveis de hidrocarbonetos neutros em carbono. Contudo, a investigação e o desenvolvimento de novos materiais energéticos, não são tão agressivos como deveriam ser, para responder às exigências das alterações climáticas.

Existem dois obstáculos principais à transição para energia limpa. Partes do sistema energético mundial não podem ser eletrificadas, como a aviação, o transporte de mercadorias pesadas e o transporte marítimo. As alternativas incluem o hidrogênio, o amoníaco, os biocombustíveis ou os combustíveis sintéticos, mas os custos atuais são demasiado elevados. Além disso, o crescimento das energias renováveis, cuja disponibilidade varia diariamente e sazonalmente, exige mudanças no armazenamento de energia, onde a adoção global é impulsionada pela poupança de custos e não pela regulamentação e políticas.

Nos Estados Unidos, é necessária uma estratégia que integre investigação aplicada, políticas, financiamento e desenvolvimento de infraestruturas, para enfrentar estes desafios. Por exemplo, apesar do progresso na produção de hidrogênio através da eletrólise, existem obstáculos à comercialização. O irídio é um catalisador para a reação de evolução do oxigênio, que é usado para produzir hidrogênio a partir da água. No entanto, o irídio é raro e caro, e provém principalmente da África do Sul e da Rússia, o que coloca desafios geopolíticos. Quaisquer alternativas ao irídio, devem não apenas corresponder ao seu desempenho e confiabilidade, mas também ser globalmente acessíveis, e adotar práticas de extração mineral mais ecológicas. Acelerar a descoberta de novos materiais para substituir o irídio, bem como outros elementos utilizados em catalisadores, cátodos, eletrólitos e aditivos, exige um maior investimento por parte das agências de financiamento federais.

Para agilizar a descoberta, é vital acelerar a síntese e o teste de materiais candidatos. Uma abordagem envolve a criação de “megabibliotecas”, microchips concebidos para testar simultaneamente milhões de materiais codificados posicionalmente, gerando grandes quantidades de dados sobre as propriedades dos materiais. Estes dados deverão orientar a identificação de novos materiais, que permitam a tecnologia. Ao aprender com estes conjuntos de dados, a inteligência artificial deverá prever composições de materiais promissoras mais rapidamente, do que os investigadores humanos conseguiriam através da experimentação tradicional.

Outro componente de uma revolução de materiais é o talento. Os cientistas, desde estudantes a investigadores, devem familiarizar-se suficientemente com a física, a química, a ciência dos materiais, a engenharia e a ciência da computação. Isto exigirá uma nova abordagem à educação. Um caminho a seguir é desenvolver currículos de pós-graduação, nos quais os alunos identifiquem os seus próprios caminhos, para adquirirem as competências e conhecimentos necessários para os seus interesses específicos e projetos inovadores. As nações também precisam garantir que os cientistas possam deslocar-se para colaborar em tecnologias limpas. Isto pode significar deslocar-se entre locais de pesquisa e desenvolvimento, descoberta, comercialização e fabricação.

Para alcançar esta aceleração na descoberta de materiais, o investimento da indústria é vital. O apoio governamental continuará a desempenhar um papel, mas o envolvimento do setor privado é necessário, para escalar os avanços do laboratório para a comercialização. Deve-se criar novos tipos de parcerias entre a academia, a indústria e o governo, que impulsionem a inovação e a implantação. A investigação orientada para missões, como a concepção de novas baterias e combustíveis líquidos alternativos, seria um campo de formação ideal para uma nova geração de cientistas-engenheiros-empreendedores. Serão essenciais “subsídios aceleradores” dos setores público e privado, que promovam tais atividades.

No ano passado, os investimentos globais em energia limpa atingiram 1,7 bilhões de dólares, ultrapassando os investimentos em energia fóssil em 70%. No entanto, isto fica aquém do que é necessário para mitigar os impactos das alterações climáticas. Os governos devem reimaginar o ecossistema de inovação para a descoberta de materiais. Tal como o mundo viu durante a pandemia, a redução das barreiras à tradução das descobertas em produtos, transformou o desenvolvimento de vacinas em benefício de milhares de milhões de pessoas. Fazer o mesmo com materiais energéticos limpos protegerá o planeta, servindo bilhões de pessoas agora e no futuro.

Referente ao artigo publicado em Science.

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