Mais de 90 por cento do uso de energia mundial hoje envolve calor, seja para a produção de eletricidade, aquecimento e resfriamento de edifa­cios e vea­culos, fabricação de aa§o e cimento ou outras atividades industriais. Coletivamente, esses processos emitem uma quantidade impressionante de gases de efeito estufa no meio ambiente a cada ano.

Reinventar a forma como transportamos, armazenamos, convertemos e usamos a energia tanãrmica ajudaria muito a evitar um aumento global na temperatura de mais de 2 graus Celsius - um aumento crítico que se prevaª colocar o planeta em uma cascata de cenários clima¡ticos catastra³ficos .

Mas, como três especialistas em energia tanãrmica escreveram em uma carta publicada hoje na Nature Energy , “Embora essa necessidade cra­tica exista, háuma desconexão significativa entre a pesquisa atual em ciências tanãrmicas e o que énecessa¡rio para a descarbonização profunda”.

Em um esfora§o para motivar a comunidade cienta­fica a trabalhar em questões tanãrmicas cra­ticas para o clima, os autores estabeleceram cinco “grandes desafios” de energia tanãrmica, ou áreas amplas onde inovações significativas precisam ser feitas para conter o aumento do aquecimento global. Asegun Henry, o autor principal e Professor Associado de Desenvolvimento de Carreira Robert N. Noyce no Departamento de Engenharia Meca¢nica, falou sobre esta grande visão.

Este artigo nasceu de um encontro realmente interessante, onde meus dois coautores e eu fomos convidados a nos encontrar com Bill Gates e ensina¡-lo sobre energia tanãrmica. Fizemos uma sessão de várias horas com ele em outubro de 2018, e quando esta¡vamos saindo, no aeroporto, todos concordamos que a mensagem que compartilhamos com Bill precisa ser espalhada de forma muito mais ampla.

Este artigo em particular ésobre ciência tanãrmica e engenharia especificamente, mas éum campo interdisciplinar com muitas interseções. Da forma como o enquadramos, este artigo trata de cinco grandes desafios que, se resolvidos, alterariam literalmente o curso da humanidade. a‰ uma grande reivindicação - mas nosa apoiamos.

E realmente precisamos que isso seja declarado como uma missão, semelhante a  declaração de que a­amos colocar um homem na lua, onde vocêviu esse esfora§o conjunto da comunidade cienta­fica para cumprir essa missão. Nossa missão aqui ésalvar a humanidade da extinção devido a smudanças climáticas. A missão éclara. E este éum subconjunto de cinco problemas que nos levara¡ a maior parte do caminho, se pudermos resolvaª-los. O tempo estãose esgotando e precisamos de todas as ma£os no convanãs. 

O primeiro desafio édesenvolver sistemas de armazenamento tanãrmico para a rede elanãtrica, vea­culos elanãtricos e edifa­cios. Considere a rede elanãtrica: háuma corrida internacional em andamento para desenvolver um sistema de armazenamento em rede para armazenar o excesso de eletricidade de fontes renova¡veis ​​para que vocêpossa usa¡-la posteriormente. Isso permitiria que a energia renova¡vel penetrasse na rede. Se pudermos chegar a um ponto de descarbonização total da rede, isso por si são reduzira¡ as emissaµes de dia³xido de carbono da produção de eletricidade em 25 por cento. E a beleza disso anã, quando vocêdescarboniza a rede, vocêabre a descarbonização do setor de transporte com vea­culos elanãtricos. Então vocêestãofalando sobre uma redução de 40% das emissaµes globais de carbono.

O segundo desafio édescarbonizar os processos industriais, que contribuem com 15% das emissaµes globais de dia³xido de carbono. Os grandes atores aqui são cimento, aa§o, aluma­nio e hidrogaªnio. Alguns desses processos industriais envolvem intrinsecamente a emissão de dia³xido de carbono, pois a própria reação tem que liberar dia³xido de carbono para funcionar, na forma atual. A questãoanã: existe outra maneira? Ou pensamos em outra maneira de fazer cimento ou surgimos com algo diferente. a‰ um desafio extremamente difa­cil, mas existem boas ideias por aa­ e precisamos de muito mais pessoas pensando sobre isso.

O terceiro desafio éresolver o problema de resfriamento. Os condicionadores de ar e geladeiras contem produtos químicos muito prejudiciais ao meio ambiente, 2.000 vezes mais nocivos do que o dia³xido de carbono em uma base molar. Se o selo quebrar e o refrigerante sair, esse pequeno vazamento fara¡ com que o aquecimento global mude significativamente. Quando vocêcontabiliza a andia e outras nações em desenvolvimento que agora estãotendo acesso a infraestruturas de eletricidade para operar sistemas de CA, o vazamento desses refrigerantes seráresponsável por 15 a 20 por cento do aquecimento global até2050.

O quarto desafio éa transmissão de calor de longa distância. Transmitimos eletricidade porque ela pode ser transmitida com baixa perda e ébarata. A questãoanã: podemos transmitir calor como transmitimos eletricidade? Ha¡ uma superabunda¢ncia de calor residual dispona­vel nas usinas, e o problema éonde as usinas estãoe onde as pessoas vivem são dois lugares diferentes, e não temos um conector para fornecer calor dessas usinas, que éliteralmente desperdia§ado. Vocaª poderia satisfazer toda a carga de aquecimento residencial do mundo com uma fração desse calor residual. O que não temos éo fio para conecta¡-los. E a questãoanã: alguém pode criar um?

O último desafio são os envelopes de construção de conduta¢ncia varia¡vel. Existem algumas demonstrações que mostram que éfisicamente possí­vel criar um material tanãrmico, ou um dispositivo que vai mudar sua conduta¢ncia, de modo que, quando estãoquente, pode bloquear o calor de passar pela parede, mas quando vocêquiser, vocêpode mude sua conduta¢ncia para deixar o calor entrar ou sair. Estamos longe de ter um sistema funcional, mas a base estãoaa­.

Resumindo, temos cerca de 20 a 30 anos de nega³cios como de costume, antes de terminarmos em um caminho inevita¡vel para um aumento manãdio da temperatura global de mais de 2 graus Celsius. Isso pode parecer muito tempo, mas não équando vocêconsidera que o gás natural levou 70 anos para se tornar 20% de nossa matriz energanãtica. Então, imagine que agora temos que não apenas trocar os combusta­veis, mas fazer uma revisão completa de toda a infraestrutura de energia em menos de um tera§o do tempo. Precisamos demudanças drama¡ticas, não ontem, mas anos atrás. Portanto, todos os dias, temo que faremos pouco e tarde demais, e nós, como uma espanãcie, podemos não sobreviver aos aplausos da Ma£e Terra.