O DC-MUSE foi concebido em um workshop neste verão com a participação de mais de 40 empresas e instituições e organizado por meio de uma bolsa de planejamento da National Science Foundation para desenvolver capacidade em pesquisa convergente. O objetivo é desenvolver tecnologias e estratégias que ajudem a indústria química nos EUA a mudar de processos de fabricação térmicos para elétricos.
Uma série de regulamentações governamentais destinadas a depreender emissões de carbono zero estão impulsionando essa transmigração. Esses regulamentos de emissão de gases de efeito estufa entrarão gradualmente em vigor nas próximas décadas, culminando, por exemplo, na meta da União Europeia de reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 95% dos níveis de 1990 até 2050. Essas e outras regulamentações internacionais sobre emissões de gases de efeito estufa podem chegar a 12% de todas as exportações dos EUA (US$ 220 bilhões) se a indústria química dos EUA não conseguir descarbonizar seus processos. A tarefa é claramente enorme, não só para a própria indústria, mas para a economia uma vez que um todo.
Andre TaylorEscola de Engenharia Tandon da NYU
“Trinta por cento do CO industrial nos EUA2 As emissões vêm da indústria química e 93% dos processos químicos usam calor de combustíveis fósseis”, observou Andre Taylor, professor associado da Tandon School of Engineering da NYU.
Muitos especialistas acreditam que o primeiro passo para reformular a indústria química será afastar-se das reações químicas e processos de separação movidos termicamente, que requerem calor de combustíveis fósseis, em direção a reações que usam eletricidade de fontes renováveis, uma vez que eólica e solar.
Embora essa transmigração já tenha começado, pois a penetração de fontes renováveis na rede elétrica dos EUA dobrou na última dezena, as tecnologias para integrar essas fontes a processos químicos eletrificados de plebeu dispêndio são praticamente inexistentes.
“Depois de saber muitos representantes da indústria química, descobrimos que atualmente não existem tecnologias que permitam a eletrificação em graduação industrial”, disse Yury Dvorkin, professor assistente da Tandon School of Engineering da NYU. “A indústria precisa de espeque para desenvolver essas tecnologias para que possam ser adotadas de forma comercialmente viável.”
Uma das áreas em que Dvorkin e seus colegas precisavam se concentrar era a superação de problemas emergentes de confiabilidade que estão inibindo o uso de vigor renovável na rede elétrica e aumentando os custos. Em outras palavras, uma vez que prometer que não haja interrupções no fornecimento de vigor elétrica quando as energias solar e eólica podem ser intermitentes?
As tecnologias de armazenamento de vigor ainda não são totalmente capazes de ressarcir as flutuações na eletricidade renovável. Porquê resultado, os pesquisadores da NYU Tandon consideraram o armazenamento de vigor na forma de ligações químicas, em oposição aos elétrons, uma vez que uma solução provável.
Em abordagens de armazenamento de vigor uma vez que essa, a vigor é armazenada quimicamente na forma de hidrogênio, e esse hidrogênio é posteriormente reutilizado em uma célula de combustível. As células de combustível usadas para gerar vigor são chamadas de baterias de fluxo redox (RFBs). Os RFBs consistem em um eletrólito positivo e negativo armazenado em dois tanques separados. Quando os líquidos são bombeados para a rima de células da bateria entre os tanques, ocorre uma reação redox, que gera eletricidade nos eletrodos da bateria.
Vários pesquisadores da NYU publicaram recentemente um item na revista Células Relatórios Ciências Físicas que se preocupa em melhorar a capacidade de armazenamento de vigor e a economia dessas RFBs.
Os pesquisadores da NYU não unicamente otimizaram a tecnologia RFB para melhorar sua densidade de vigor ou reduzir seu dispêndio. Em vez de simplesmente conectar RFBs a fontes de vigor renováveis para armazenar sua produção de vigor intermitente, os pesquisadores da NYU demonstraram uma vez que você pode usar os conceitos de RFB para integrar totalmente a fabricação de produtos químicos ao processo universal de armazenamento de vigor.
“Em princípio, você pode pensar em vegetalidade químicas que atuam uma vez que dispositivos de armazenamento de vigor, mas ao mesmo tempo produzem produtos químicos”, explica Miguel Modestino, professor assistente da NYU e um dos coautores do relatórios de células Papel. “O valor de armazenamento que ele oferece reduz o dispêndio de produção de qualquer resultado químico que você queira produzir no final do dia.”
Modestino acrescentou que essa abordagem também permite que as empresas químicas integrem fontes flutuantes de vigor, uma vez que as renováveis. Assim, você pode descarbonizar a indústria de maneira econômica e que funcione muito com a dinâmica de uma rede movida a vigor renovável.
O projeto DC MUSE se expandiu dramaticamente desde que suas ideias se enraizaram alguns meses detrás. O projeto já reuniu um grupo de 30 investigadores de 11 universidades e 3 laboratórios nacionais, abrangendo um vasto leque de áreas de investigação.
Na NYU Tandon, o professor associado Ryan Hartman lidera um grupo que desenvolve tecnologia de catálise de plasma para esses tipos de reações químicas. Os grupos de Taylor e Modestino trabalham em reatores eletroquímicos para produção química. E Dvorkin tem trabalhado para integrar esses ativos à rede. Outros grupos fora da NYU estão explorando o uso de membranas para separações e integração de sistemas.
Aliás, a equipe da NYU consultou professores de faculdades de recta e de gestão sobre uma vez que desenvolver estratégias que possam facilitar a transição econômica para a fabricação de produtos químicos com base em vigor renovável.
Os pesquisadores também estão entrando em contato com a indústria para uma participação precoce. Na verdade, a origem do projeto DC-MUSE foi um workshop onde a NYU convidou 50 especialistas do setor e acadêmicos para se reunirem para discutir os desafios da indústria química, uma vez que a intensificação de processos.
“Falamos com pessoas nas grandes empresas químicas, que começaram a desenvolver projetos-piloto para produção química eletrificada”, disse Elizabeth Biddinger, do City College de Novidade York. Biddinger e Modestino publicaram recentemente um item na interfaces ECSEle descreve uma vez que os benefícios ambientais das sínteses eletroorgânicas, uma vez que a minimização da geração de resíduos, o uso de matérias-primas não fósseis e a fabricação de produtos químicos sob demanda, também são os principais impulsionadores da sustentabilidade dos processos químicos em vários setores.
O envolvimento de empresas petroquímicas não é por possibilidade. Os processos petroquímicos – e, na verdade, um subconjunto muito pequeno de processos petroquímicos – respondem por mais de 80% da vigor e CO2 Emissões de processos químicos, segundo Modestino.
À medida que o DC-MUSE ganha impulso, seus arquitetos na NYU visualizam o projeto uma vez que um ponto focal para a pesquisa fundamental de engenharia necessária para habilitar essas tecnologias. Modestino disse: “A forma uma vez que vemos é que você faz a pesquisa no laboratório, desenvolve com demonstrações em graduação de laboratório, mas depois desenvolve em processos por meio de parcerias com as empresas”.
Enquanto o projeto DC-MUSE aguarda sua meta expandida por meio de aumento de financiamento, ele já está causando impacto na abordagem pedagógica dos professores da NYU.
“Já conversamos sobre cargos de doutorado conjuntos para que um aluno possa ter vários supervisores”, disse Dvorkin, “assim podemos realmente trabalhar juntos nesses problemas e dar aos alunos uma perspectiva multidisciplinar, porque sem esse tipo de colaboração, sem essa imposto para os alunos, não há uma vez que resolver os problemas da sociedade.”
Taylor acrescentou: “Pelas inscrições que vimos em nosso programa, sabemos que as pessoas querem buscar coisas que realmente façam a diferença na mudança da sociedade e tornem o mundo um lugar melhor. As pessoas querem deslindar alguma coisa fundamental, mas quando tem um impacto social mais extenso, as pessoas podem ver sua influência. É por isso que estou fazendo pesquisas nessa espaço.”
Para saber mais sobre as iniciativas que ocorrem na Tandon School of Engineering da NYU, visite o site.
