Cómo la tecnología puede cambiar la forma en que vivimos y prosperamos

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Al cerrar la temporada de otoño de 2021, nos enfrentamos a una era con una inversión sin precedentes en infraestructura tecnológica, impulsada por la crisis climática. El MIT usó este momento en el tiempo en su publicación de otoño para examinar cómo Tough Tech puede cambiar y dar forma al futuro del planeta.

Los aspectos más destacados del tema comienzan con el reconocimiento de que las elecciones estadounidenses de noviembre pasado introdujeron un nuevo presidente y un mandato del Congreso para una inversión gubernamental más sólida. Eso fue importante debido a los retrasos de la inversión privada en tecnología: la tecnología tiene un tiempo inherente mayor para madurar, y las expectativas de retorno del capital privado son un detrimento de la inversión en tecnología. Las restricciones regulatorias, diseñadas para las tecnologías existentes, agravan el dilema al aumentar los obstáculos para las nuevas empresas.

Pero enfrentar los desafíos globales de hoy requiere un análisis de sistemas complejos, y el capital privado es solo una pieza de la solución. La tecnología puede cambiar las estructuras de la sociedad que pasan de la colaboración pública y privada a la tecnología de vanguardia. La comercialización puede tener un impacto ético y generalizado en nuestras economías y sociedades.

Cumpliendo con las políticas para forjar una tecnología resistente

El crecimiento económico de esta década puede conducir al establecimiento de industrias completamente nuevas. El autor Rees Sweeney-Taylor propone que:

  • Los semiconductores de próxima generación podrían proporcionar la columna vertebral para una amplia gama de industrias como vehículos autónomos, ciudades inteligentes y telemedicina.
  • Las tecnologías energéticas como la fusión, la geotermia y el almacenamiento de energía podrían ayudar a mitigar la crisis climática.
  • La computación cuántica podría expandir exponencialmente la potencia informática, resolviendo potencialmente problemas como el cifrado y la criptografía, el modelado molecular y las simulaciones de vehículos autónomos.
  • La biología sintética podría curar enfermedades que antes eran incurables, ampliar radicalmente el suministro de alimentos para alimentar a un planeta de 10 mil millones de personas y hacer que los recursos que antes eran escasos estén más disponibles.

Como ejemplo al comienzo de tal impulso hacia adelante está la Ley bipartidista de Innovación y Competencia de los Estados Unidos (USICA) del Senado de junio de 2021, que aprobó el programa CHIPS. Contiene $ 52 mil millones para investigación, diseño y fabricación de semiconductores, y autorizó aumentos presupuestarios significativos en la National Science Foundation, el Departamento de Energía y el Departamento de Defensa para I + D en 10 áreas tecnológicas clave:

  • inteligencia artificial
  • semiconductores
  • computación cuántica
  • robótica
  • prevención de desastres
  • comunicaciones
  • biotecnología
  • almacenamiento de datos
  • energía
  • materiales

Cómo la tecnología puede cambiar la gran construcción

Si examinamos la importancia de los materiales que elegimos para crear nuestros edificios, podemos comenzar a reconocer cómo la atmósfera que crean dentro y el efecto que tienen en el medio ambiente serán cruciales para la forma en que las generaciones futuras viven y prosperan. La autora Monique Guimond nos pide que imaginemos sistemas de tránsito sin conductor, edificios llenos de sensores, realidad aumentada y androides que satisfagan todas las necesidades de un habitante de la ciudad. Las innovaciones duraderas se definirán por la forma en que se construyan y ensamblen los edificios. Para llegar a ese lugar, será importante estudiar los materiales de construcción más ubicuos (cemento, acero, vidrio y madera) y cómo se fabrican, transportan y ensamblan. Eso es esencial para satisfacer la gran necesidad mundial de vivienda y, al mismo tiempo, preservar la estabilidad del clima para las generaciones posteriores.

El carbono incorporado del entorno construido comprende todo lo que ocurre antes de que un edificio entre en funcionamiento. Eso significa que es necesario observar la energía y el carbono emitidos en las primeras etapas de la vida de un edificio, desde la extracción y fabricación de materiales hasta su transporte a los sitios y la construcción de la estructura en sí. Esa etapa por sí sola representa más del 10% de las emisiones globales dentro de la mitad de las que es responsable el sector de la construcción. Un edificio con una vida útil promedio de 80-100 años representará un promedio del 20% de las emisiones totales de por vida, o una quinta parte de la huella de carbono de un edificio típico ya está establecida antes de que sus puertas se abran, por lo que el carbono incorporado inicial de un edificio sobre esos años constituyen una proporción mayor de las emisiones generales del sector que deben remediarse.

Muchas empresas ahora están trabajando para encontrar soluciones al dilema del entorno construido.

  • Sublime Systems está aplicando conceptos electroquímicos industriales para convertir piedra caliza en cal a temperatura ambiente, haciendo que el CO2 producido durante el proceso de conversión sea más fácil de capturar y reduciendo el consumo total de energía. El proceso de Sublime puede funcionar con electricidad renovable, en cuyo caso su funcionamiento es neutro en carbono.
  • Carboncure, Solidia, Carbicrete y LC3 están intentando reducir la producción de carbono del material, y las empresas predominantes de la industria como LafargeHolcim y CEMEX también ofrecen alternativas bajas en carbono. Los enfoques incluyen el uso de CO2 reciclado dentro de la mezcla de concreto para almacenar carbono y fortalecer la solución o la introducción de arcilla de bajo costo y disponible en abundancia, que emite muy poco carbono y reduce la cantidad de piedra caliza que debe descomponerse.
  • Boston Metals está trabajando hacia un futuro sin contaminación por la producción de metales. El proceso de electrólisis de óxido fundido de la empresa fusiona las innovaciones desarrolladas en el MIT y las mejores prácticas de las industrias del aluminio y el acero. Utiliza una celda electrolítica que tiene 3 componentes: un ánodo, un cátodo y un electrolito; Los materiales de estos componentes permiten que el mineral se separe en acero y oxígeno con cero emisiones de gases de efecto invernadero.

Un ecosistema de energía libre de CO2 y cómo la tecnología puede cambiar la forma en que consumimos energía

La fuente fundamental de emisiones de carbono es el lado del suministro de carbono del ecosistema energético actual. Como resultado, cualquier sistema de energía libre de CO2 debe depender de fuentes primarias libres de carbono o mitigar las emisiones de CO2 de fuentes primarias de origen fósil.

Casi de inmediato, el tamaño del problema se vuelve claro: necesitamos encontrar una manera de reemplazar los 80 quads de suministro de energía primaria intensiva en CO2, aproximadamente el 80% del consumo total de energía de EE. UU. En 2019, que actualmente provienen de fuentes basadas en carbono. con una combinación de fuentes limpias y medidas de mitigación. El autor Amrit Jalan describe el esfuerzo requerido y las implicaciones de emprender tal transición. Solo a través de cambios de infraestructura en las líneas de transmisión, estaciones de carga de vehículos eléctricos y asignaciones de tierra para parques solares y eólicos, por ejemplo, se puede lograr la escala y la velocidad necesarias para lograr un cambio efectivo.

Tres vías se transformarán para crear un ecosistema energético verdaderamente libre de CO2.

  1. Electrifica todo: Un sistema de energía con la electricidad como único portador de energía requerirá cuadriplicar nuestro suministro eléctrico existente de 450 GW a 1800 GW. Las fuentes de suministro como la solar, eólica, nuclear, geotérmica, deberán desarrollarse y desplegarse a gran escala.
  2. Transporte: Una infraestructura de distribución que puede manejar mayores cargas e intermitencia inherente de varias fuentes de suministro. La red actual ha funcionado en gran medida bajo la conveniencia de la certeza garantizada por los combustibles fósiles. Deberá adaptarse a un futuro en el que las fuentes de suministro sean más pequeñas, distribuidas y más interactivas.
  3. Usar: Toda máquina que requiera energía deberá ser rediseñada para trabajar con electrones. Será necesario complementar la electrificación y los combustibles sintéticos con calefacción geotérmica directa para minimizar las ineficiencias de conversión y distribución. (Si bien esto es posible para varios usos finales, es posible que la electricidad no sea la fuente de energía elegida para aplicaciones como el transporte marítimo y la aviación debido a la tecnología, las operaciones, los costos y la complejidad).

Reflexiones finales sobre cómo la tecnología puede cambiar nuestras vidas

The Engine, construido por MIT, es una empresa de riesgo que invierte en empresas en etapa inicial que resuelven los problemas más grandes del mundo a través de la convergencia de la ciencia, la ingeniería y el liderazgo de vanguardia. Su misión es acelerar el camino hacia el mercado para las empresas de Tough Tech al brindar acceso a una combinación única de inversión, infraestructura y comunidad.

Los aspectos más destacados contenidos en este artículo son realmente solo un punto de partida. Si está interesado en profundizar en la tecnología innovadora que se está llevando a cabo en los laboratorios en este momento y que estimulará nuestro futuro de energía limpia, suscríbase a MIT El motor.

Imagen recuperada de NASA / código abierto

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Y eso es todo por ahora, volvemos a vernos una nueva noticia. ¡Hasta la próxima!

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