A atenção do mundo permanece, com razão, focada no objetivo de inovar em direção à neutralidade de carbono – as promessas da recente cúpula da COP26 são apenas as mais recentes em décadas de reformas. Conseqüentemente, os últimos 20 anos viram mudanças dramáticas no cenário de patentes de tecnologia limpa.
Desde 2017, houve uma média de crescimento anual de 3,3% em patentes de energia de baixo carbono, crescendo mais rápido do que todas as outras áreas de tecnologia. Apesar disso, um relatório da IEA de 2020 concluiu que o setor de energia só alcançará emissões líquidas zero se houver um esforço global significativo e coordenado para acelerar a inovação. Do ponto de vista das ciências da vida e da química, algumas tendências a serem observadas em 2022 são: avanços na tecnologia de baterias; progresso sustentado no desenvolvimento do hidrogênio; células solares fotovoltaicas (PV); e progresso na tecnologia de reciclagem.
Estrondo de bateria
O armazenamento de energia química compacto, mas acessível, de combustíveis fósseis é a propriedade que sustentou seu domínio no cenário energético ao longo do último século. No entanto, com a mudança global em direção às energias renováveis, o fornecimento de formas eficazes de armazenar energia elétrica está se tornando cada vez mais importante. Como tal, a tecnologia de baterias tem sido uma das pioneiras no crescimento da atividade de patentes nas últimas duas décadas. Entre 2000-2018, o número anual de famílias de patentes internacionais (IPFs) em todas as tecnologias aumentou 213%, em comparação com um aumento de 704% nos IPFs relacionados ao armazenamento de eletricidade. Deste total, 9/10 patentes estão relacionadas a tecnologias de bateria.
Mesmo com este notável crescimento do setor, nos últimos anos houve esforços adicionais para incentivar um maior desenvolvimento, cujos resultados esperamos começar a notar nos próximos um ou dois anos. Notavelmente, a parceria BATT4EU (entre a Comissão Europeia e a BEPA) foi anunciada em junho de 2021, com o objetivo de impulsionar a pesquisa e inovação europeia em baterias com um orçamento de € 925 milhões. O Reino Unido também continua a dedicar recursos a esta área – em março de 2021, a Faraday Institution, apoiada pelo governo, comprometeu-se com um programa de £ 22,6 milhões que visa desenvolver a segurança da bateria, incluindo sua confiabilidade e sustentabilidade, em vários campos.
As baterias de íons de lítio emergiram como o sistema dominante em torno do qual a inovação é amplamente focada, respondendo por 45% da atividade de patenteamento relacionada a células de bateria em 2018. No entanto, à medida que seu desenvolvimento amadurece (com uma proporção crescente de IPFs relacionados a manufatura ou engenharia), está sendo criado espaço para tecnologias emergentes. Por exemplo, a atividade de patenteamento em baterias de estado sólido, onde são usados eletrólitos sólidos, tem aumentado em média 25% ao ano desde 2010 e esperamos que essa tendência continue em 2022. A exploração de novos materiais de eletrodo também é uma área de crescimento constante, com muito potencial para descobertas para suplantar as composições existentes - o óxido de cobalto de lítio foi o material de cátodo predominante em 2005, que foi superado pelo óxido de manganês de níquel-lítio-cobalto em 2011, com o alumínio-níquel-cobalto-lítio agora mostrando grande promessa. Claramente, ainda há espaço para progressos consideráveis na tecnologia de baterias.
Progresso sustentado em hidrogênio
Após o aumento mais significativo na atividade global em tecnologias relacionadas ao hidrogênio no início dos anos 2000, quando o número de IPFs cresceu de 517 em 2000 para mais de 2.000 em 2008, a atividade de patenteamento manteve uma tendência ascendente, embora mostrando um crescimento mais lento do que , por exemplo, tecnologia de bateria.
Um obstáculo significativo na utilização mais ampla de hidrogênio é o crescimento mais lento do mercado final para suas aplicações, quando comparado a outras fontes de energia limpa, como solar ou eólica. No entanto, está ficando cada vez mais claro que é necessário um incentivo e adoção mais amplos do hidrogênio, com muitos países anunciando recentemente estratégias nacionais de hidrogênio - por exemplo, a Estratégia de Hidrogênio do Reino Unido de agosto de 2021 (incluindo um 'Fundo de Hidrogênio Líquido Zero' de £ 240 milhões), H2 da Alemanha Programa global (junho de 2021) e o quadro mais amplo da Estratégia de Hidrogênio da UE (julho de 2020).
Consequentemente, parece provável que o crescente investimento no setor de hidrogênio levará não apenas ao aumento de escala das tecnologias existentes, mas ao desenvolvimento acelerado de tecnologias novas e emergentes; os sistemas de membrana de troca aniônica são muito promissores em melhorar a eficiência das células alcalinas tradicionais e superar os requisitos de platina dos sistemas de troca de prótons, enquanto as células eletrolisadoras de óxido sólido com eletrólitos cerâmicos podem utilizar vapor com eficiências de conversão impressionantes. O foco crescente no hidrogênio em tecnologia limpa se reflete na concessão do Prêmio Earthshot ‘Fix Our Climate’ para a Enapter – principais desenvolvedores da tecnologia de eletrolisador AEM – no final de 2021.
Solar
A geração solar fotovoltaica global aumentou 156 TWh (23%) em 2020, atingindo 821 TWh, representando o segundo maior crescimento absoluto de geração de todas as fontes renováveis. Isso se deve em grande parte à consolidação relativamente precoce do mercado da tecnologia de células fotovoltaicas inorgânicas e à queda de preços associada nos anos seguintes.
Apesar desses avanços, progressos significativos ainda precisam ser feitos para atingir as inúmeras metas nacionais e globais de energia renovável. Por exemplo, para atingir a meta da UE de atingir 40% de energias renováveis até 2030, estima-se que a capacidade solar precisaria aumentar de 137 GW (em 2020) para cerca de 660 GW. O cumprimento desse requisito pode envolver, ou mesmo exigir, mais inovação na tecnologia de células solares fotovoltaicas.
Esses desenvolvimentos já estão potencialmente em andamento: desde 2010, houve um aumento constante de IPFs em relação a células fotovoltaicas orgânicas, superando o número de outras patentes de células fotovoltaicas em 2015. Em comparação com as células fotovoltaicas inorgânicas à base de silício predominantes, essas que utilizam pequenas moléculas/polímeros orgânicos absorvedores de luz têm o potencial de fornecer uma alternativa muito mais barata, ecológica e personalizável que pode ser produzida em grande escala. Esperamos ver mais dessa tecnologia emergindo no próximo ano.
Tecnologia de reciclagem
Os resíduos têm sido uma consequência inevitável dos processos econômicos e de fabricação que se tornaram fundamentais para a maioria dos elementos da vida moderna. No entanto, os benefícios da recuperação de materiais residuais estão se tornando mais difíceis de ignorar; além de reduzir as emissões de extensas operações de mineração, retardar o esgotamento dos recursos naturais e limitar a ecotoxicidade, pode aliviar as dispendiosas flutuações no preço e/ou fornecimento de materiais essenciais. Como exemplos dessa abordagem, materiais alternativos e plásticos recicláveis estão em destaque há algum tempo e ainda são um importante foco de desenvolvimento, mas o progresso em outras áreas costuma ser mais lento.
Por exemplo, a demanda cada vez maior por baterias de íons de lítio, com o progresso da eletrificação, contrasta fortemente com a atividade de reciclagem quando atingem os estágios de fim de vida: em 2019, a taxa de reciclagem de Li- baterias de íons nos EUA foi inferior a 5%. Considerando a estimativa de que os carros elétricos vendidos apenas em 2019 resultariam em 500.000 toneladas de resíduos de baterias, fica claro que melhorias consideráveis são necessárias. Portanto, há muito espaço para inovação nos próximos anos para processos de reciclagem de baterias escaláveis, eficientes e limpos.
Como mencionado anteriormente, os plásticos são outro foco importante da tecnologia de reciclagem. Muitas vezes, isso significa desenvolver processos para permitir a separação e reutilização eficazes de plásticos existentes, mas o design de novos polímeros focados na reciclabilidade inerente é uma área de atividade crescente – IPFs no campo dobraram entre 2015 e 2019. Dentro desta categoria existem vários caminhos promissores para desenvolvimento posterior, incluindo vitrímeros, que consistem em um tipo específico de rede polimérica dinâmica capaz de mudar sua topologia sem flutuações na conectividade geral.
Em geral, nas áreas relacionadas à reciclagem, a atividade de depósito de patentes manteve sua tendência de crescimento nos últimos anos. Com iniciativas como o Plano de Ação para Economia Circular da UE, adotado em março de 2020, parece provável que a atividade de patenteamento em tecnologias de reciclagem continue a crescer solidamente nos próximos anos.
