A que distância estão as nanotecnologias em escala de laboratório da comercialização? Pedimos a dois jornalistas que investigassem.
Como um diário com ‘tecnologia’ no título, estamos interessados em seguir a jornada de tecnologias que saem da pesquisa acadêmica, ou pelo menos as mais promissoras. Nas ciências aplicadas, acreditamos que é nossa missão promover pesquisas que tenham pelo menos o potencial de tradução – embora, na maioria das vezes, haja um desalinhamento entre as necessidades da indústria e as preocupações acadêmicas. Acreditamos que é um exercício valioso para os acadêmicos, que compõem a maioria de nossos leitores, para se familiarizar com as lutas encontradas por tecnologias habilitadas para nanociência desenvolvidas no laboratório. No cenário do caso preferrred, os acadêmicos devem ser inspirados para fornecer respostas viáveis aos gargalos atuais. Com esse objetivo em mente, estamos introduzindo o tipo de artigo de tecnologia – investigações jornalísticas curtas e convincentes sobre nanotecnologias em sua jornada em direção a aplicações comerciais. Nosso objetivo é publicar alguns deles todos os anos. Nesta edição, analisamos a termofotoltaica e os eletrolisadores de água.
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Thermofotoltaics (TPV) refere -se a uma tecnologia que transforma o calor em eletricidade. Funciona de maneira semelhante a uma célula fotovoltaica, mas foi projetada para a região infravermelha. O componente-chave de uma célula TPV é o emissor, que absorve e depois reemite a radiação térmica direcionada para o componente fotovoltaico da célula. Uma célula TPV pode ser usada para armazenar eletricidade a partir de fontes de energia intermitentes na forma de calor e depois liberá -la. Um emissor particularmente bom é feito de carbono (grafite), porque é barato e pode, em princípio, suportar temperaturas de até 2.500 ºC. Como Dirk Eidemüller escreve em seu Recurso de tecnologiaa premissa dessa tecnologia reside no fato de que os módulos são compactos, facilmente implantáveis e não confiam em materiais difíceis de minar. Várias startups estão trabalhando para ampliar a tecnologia TPV. A maioria dos esforços atualmente se concentra na robustez do design e durabilidade dos materiais. No momento, os custos prospectivos variam entre US $ 10 a 75 por kWh para todo o módulo. Enquanto isso, foram relatados dispositivos em escala de laboratório que atingem a eficiência da conversão de calor-eletricidade em até 40%; com ordens de potência de magnitude maior do que o esperado de uma emissão de corpo negro quando a lacuna entre o emissor e a parte fotovoltaica é apenas centenas de nanômetros; e com emissores seletivos que podem ser projetados para se unir com módulos fotovoltaicos específicos. Se o TPV encontrar um nicho comercial convincente em um futuro próximo, os investimentos também impulsionarão pesquisas fundamentais para expandir a gama de aplicações.
Ao contrário do TPV, os eletrolisadores de membrana de troca de prótons (PEM) são uma tecnologia mais comercialmente madura, que, no entanto, confiou fortemente em esforços políticos para a implantação sustentada. Os planos de descarbonização em todo o mundo consideram os eletrolisadores do PEM para a produção de hidrogênio verde, com novos projetos de hidrogênio verde sendo anunciados continuamente. A capacidade do pipeline do projeto de hidrogênio verde atingiu agora 422 GW, fechando a lacuna que as emissões líquidas zero líquidas da Agência Internacional de Energia até 2050 haviam estabelecido para 2030. No entanto, um estudo recente sugere que isso exigiria um whole de US $ 1,3 trilhão em subsídios – muito mais do que o suporte inicialmente projetado (A. Odenweller e F. Ueckerdt Nat. Energia 10110-123; 2025). Ele também descobriu que, a partir de 2023, apenas 7% da infraestrutura está operacional. A maioria dos projetos anunciados ainda está sendo adiada devido aos custos crescentes e políticas incertas.
Nela Recurso de tecnologiaKatherine Bourzac entrevista vários jogadores em tecnologias de hidrogênio verde e políticas relacionadas. O hidrogênio verde economicamente viável só pode vir de eletricidade barata e eletrolisadores econômicos. O eletrocatalisador de reação de evolução de oxigênio mais eficiente para divisão de água ainda é irídio, o que é muito escasso para a mineração econômica. Reduzir a quantidade de iridium ou encontrar alternativas não-com-metal com uma eficiência e estabilidade semelhantes atualmente são tarefas de pesquisa primárias. Muito tempo de pesquisa é gasto no entendimento em nanoescala dos mecanismos de degradação de catalisadores alternativos adequados para eletrolisadores PEM. Por fim, porém, o hidrogênio verde terá que competir com alternativas de hidrogênio cinza e azul. O preço do hidrogênio cinza e azul varia de acordo com o país. Em países abundantes de combustível fóssil, como EUA e Noruega, e regiões como o Oriente Médio, os custos de produção para o hidrogênio derivado de combustível fósseis podem ser tão baixos quanto US $ 1,5 por kg até 2050, mesmo quando combinados com captura e utilização ou armazenamento de carbono, conforme projetado por um relatório da McKinsey 2023 (https://go.nature.com/3vx0dxf). Talvez em regiões onde o combustível fóssil seja menos abundante, o hidrogênio verde possa ser mais competitivo, mas o apoio de políticas permanece essencial nesta fase.
Esperamos Natureza e outros títulos de portfólio da natureza.