Una bottiglia d'acqua a base di aria e altre meraviglie dell'elettrochimica

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Questo articolo è sponsorizzato da Shell Energy.

Se hai mai aggiunto detersivo a un carico di biancheria, riempito il serbatoio del gas o usato qualsiasi tipo di plastica, ti sei affidato a composti creati attraverso reazioni industriali ad alta intensità di carbonio.

Quasi ogni aspetto della nostra vita moderna si basa su questi materiali e combustibili, ma poiché sono prodotti da reazioni chimiche alimentate da combustibili fossili, i costi economici e ambientali possono essere significativi.

L'elettrochimica offre l'opportunità di sostituire i combustibili fossili con elettricità rinnovabile a basso costo per generare questi composti essenziali. Sfruttare e perfezionare queste tecniche può offrire soluzioni per alcuni dei settori più difficili da decarbonizzare e può creare prodotti carbon-negativi che rimuovono l'anidride carbonica dall'atmosfera.

Cos'è l'elettrochimica?

L'elettrochimica si riferisce alla sintesi di composti chimici in una cella elettrochimica. L'elettricità viene utilizzata per trasformare l'acqua e l'anidride carbonica in combustibili o prodotti chimici più preziosi, come l'idrogeno o l'etilene. L'elettrochimica imita il processo di fotosintesi, il modo in cui la natura trasforma l'energia in materiali.

Quali sono le applicazioni del mondo reale?

Materiali: Alcuni dei prodotti fabbricati con maggiore intensità di gas serra (GHG) includono prodotti chimici di base, ferro e acciaio, cemento, alluminio, vetro e carta. Una di queste sostanze chimiche di base è l'etilene, un componente di molte materie plastiche. Nuove innovazioni stanno rendendo possibile la produzione di etilene utilizzando anidride carbonica catturata da processi industriali o direttamente dall'atmosfera – risultando in una molecola di plastica negativa al carbonio con nuove opportunità di riutilizzo e riciclaggio.

Produzione: L'industria americana consuma più energia rispetto ai settori dei trasporti, dell'edilizia residenziale o commerciale. Attualmente, il settore industriale si basa principalmente sul petrolio e sul gas naturale ed è sulla buona strada per diventare la principale fonte di emissioni di gas serra degli Stati Uniti entro i prossimi 10 anni. L'elettrochimica può sostituire i combustibili fossili come fonte di energia all'interno dei processi industriali per aiutare ad affrontare questo settore difficile da decarbonizzare.

Combustibili: I trasporti rappresentano attualmente il 24% delle emissioni globali. L'idrogeno verde, che risulta dalla scomposizione delle molecole d'acqua in ossigeno e idrogeno con l'elettricità rinnovabile, potrebbe avere impatti significativi sui trasporti. Questa fonte di carburante alternativa potrebbe abilitare i veicoli elettrici a celle a combustibile e l'aviazione alimentata a idrogeno. L'idrogeno verde potrebbe persino servire come combustibile liquido da utilizzare nelle infrastrutture di trasporto odierne. Potrebbe anche servire come una forma di accumulo di energia su larga scala, che a sua volta aumenterebbe l'impatto delle energie rinnovabili affrontando le sfide dell'intermittenza.

Perché sta emergendo ora?

Piuttosto che identificare modi per eliminare i materiali da cui dipendiamo, molte aziende, scienziati e ricercatori mirano a ridurre l'impatto delle emissioni dei loro processi di sviluppo.

Negli ultimi dieci anni, il costo dell'elettricità da energia solare ed eolica è diminuito drasticamente, il che significa che un approccio sostenibile è diventato più fattibile. Durante lo stesso periodo di tempo, ci sono stati significativi progressi nella ricerca e nello sviluppo nel campo dell'elettrochimica.

Chi ci sta lavorando?

Dimostrare che le tecnologie elettrochimiche possono essere convenienti e implementate su larga scala sono le due sfide più significative per creare un percorso verso il mercato.

Ad esempio, gli elettrolizzatori tradizionali necessari per produrre idrogeno verde utilizzano l'iridio, uno degli elementi più rari sulla terra. La nuova tecnologia degli elettrolizzatori si basa invece su abbondanti sostanze chimiche come il nichel e il ferro, che hanno il potenziale per ridurre drasticamente i costi.

Le collaborazioni e la ricerca intersettoriali stanno aiutando a superare le barriere che impediscono alle nuove tecnologie di raggiungere il mercato. Ad esempio, lo Shell GameChanger Accelerator Powered by NREL (GCxN) annuncerà presto una nuova coorte di startup focalizzate sull'elettrochimica. Le aziende sono state selezionate per il programma per dimostrare la fattibilità e la scalabilità delle loro innovazioni.

È fondamentale mantenere un focus sullo sviluppo e l'eliminazione dei rischi di tecnologie che possono ridurre l'impatto delle nostre sostanze chimiche, materiali e combustibili più ampiamente utilizzati. Poiché i costi delle energie rinnovabili continuano a diminuire, le iniziative e le partnership intersettoriali hanno il potenziale per dimostrare che è possibile scalare in modo conveniente queste applicazioni tecnologiche per ottenere un impatto nel mondo reale.