# Visión de investigación, desarrollo y demostración de la LCRI
La LCRI y las organizaciones que la respaldan reconocen que se necesitan recursos adicionales para poder lograr un nivel de cero emisiones netas en los diversos sectores de la economía, así como investigación e innovación adicionales para acelerar la comercialización de AEC. Por ese motivo, la LCRI ha desarrollado una visión de investigación que incluye una cartera organizada en torno a la cadena de valor de estos recursos, incluida su producción, almacenamiento, suministro y las aplicaciones de uso final, y también aborda la integración de los sistemas energéticos y los aspectos de seguridad y medioambiente.
# Producción
# Combustibles renovables
La LCRI se centra en las materias primas biogénicas renovables sólidas y residuales, y realiza investigaciones relacionadas con la producción potencial de AEC. Como marco de trabajo, la LCRI ha definido los siguientes objetivos para el plan de investigación:
Determinar el rol potencial de los combustibles renovables para contribuir a profundizar la descarbonización en todos los sectores de la economía energética para mediados de siglo.
Identificar oportunidades, dificultades y riesgos (actividades de investigación, desarrollo y demostración, impactos en las políticas, impactos para el mercado, etc.) para facilitar el aumento del uso de combustibles renovables en un futuro con bajas emisiones de carbono.
Realizar investigaciones y demostraciones en respaldo de las tecnologías de combustibles renovables fundamentales.
Para alcanzar estos objetivos y orientar la investigación, se deben plantear las siguientes preguntas clave:
¿Qué rol tendrán los combustibles renovables en el sistema energético y cómo se integrarán?
¿Qué tipos de suministros de materias primas renovables son ideales para la producción y cuáles son las implicaciones (ambientales, sociales y económicas) de dicha producción?
¿Cómo se gestionan las operaciones de logística de las materias primas (como tratamiento/mejora, almacenamiento y transporte)?
La LCRI ha organizado las tecnologías de combustibles renovables en función de los roles previstos por ella en el desarrollo tecnológico:
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# Procesos con base en hidrocarburos
La LCRI se centra en la evaluación y el desarrollo de tecnologías con base en hidrocarburos en las siguientes áreas: la producción de fuentes de energía con bajas emisiones de carbono a partir de hidrocarburos; procesos para convertir el hidrógeno en otros combustibles basados en hidrógeno, como el amoniaco; la conversión de CO2 en combustibles; y la CSS a partir de fuentes industriales y de la atmósfera (es decir, captura directa de aire). Como marco de trabajo, la LCRI ha definido los siguientes objetivos para el plan de investigación:
Apoyar la integración tecnológica a gran escala
Identificar y dirigir los esfuerzos para acelerar la implementación tecnológica
Para alcanzar estos objetivos y orientar la investigación, se deben plantear las siguientes preguntas clave:
¿Cuál es el potencial tecnoeconómico de desplazar el suministro de combustible fósil existente por combustibles o sustancias químicas con bajas emisiones de carbono producidos a partir de hidrógeno con bajo nivel de carbono o CO2 capturado de procesos industriales o de la atmósfera?
Para las aplicaciones en las que se podrían utilizar AEC basadas en hidrocarburo, ¿cuáles son los impactos de costes y el potencial de reducción de emisiones en comparación con las vías alternativas de descarbonización?
¿Cuál es el potencial de implementar tasas de captura de carbono de más del 90 % en aplicaciones industriales y de producción de hidrógeno? ¿Cuáles son los impactos en el coste, los factores operativos y la reducción de emisiones si aumentan las tasas de captura?
La LCRI ha organizado las tecnologías de los procesos basados en hidrocarburo en función de los roles previstos por ella en el desarrollo tecnológico:
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# Procesos electrolíticos
La LCRI se propone evaluar las tecnologías electrolíticas y presentar instrucciones técnicas y estratégicas para ampliar el alcance de la implementación y la adopción en todos los sectores de la economía energética. El objetivo general de la investigación en este campo es comprender y generar un avance en la industria de la producción de hidrógeno y desarrollar metodologías para informar la toma de decisiones sobre las opciones de cartera y el desarrollo tecnológico. Como marco de trabajo, la LCRI ha definido los siguientes objetivos para el plan de investigación:
Apoyar la integración de los sistemas y las tecnologías a gran escala
Identificar y dirigir las iniciativas para acelerar el desarrollo tecnológico avanzado
Desarrollar recursos de análisis y modelado de procesos
Para alcanzar estos objetivos y orientar la investigación, se deben plantear las siguientes preguntas clave:
¿Existen operaciones estándar de tecnología de la seguridad desde el punto de vista del producto y el sistema, incluida la consideración de los aspectos de la ubicación y la integración?
¿El hidrógeno de la electrólisis puede (o cuándo podría) competir en materia de costes con la producción de hidrógeno a partir de otras alternativas limpias, como SMR con CCS?
¿Qué factores de la transición son esenciales para impulsar la necesidad de la producción de hidrógeno mediante electrólisis (por ej., la integración de la red eléctrica y la producción de energía limpia, los plazos para la transición de los diversos sectores/industrias)? ¿Qué rol tendrán estos factores durante los próximos 30 años con respecto a las decisiones que se tomen para alcanzar las metas de 2050?
La LCRI ha organizado las tecnologías de los procesos electrolíticos en función de los roles previstos por ella en el desarrollo tecnológico:
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# Suministro y almacenamiento
El sistema energético actual depende de una compleja red de infraestructuras para implementar sistemas de suministro de energía y satisfacer la dinámica demanda. Con la transición de múltiples sectores de la economía energética hacia un futuro de descarbonización, un sistema energético más estrechamente integrado será aún más crítico para aprovechar la electricidad, los gases, los líquidos y la infraestructura energética existente. La mayor implementación de las AEC tendrá un impacto en el transporte y el suministro de energía, que debe realizarse de forma asequible, confiable y resistente. Toda la infraestructura existente desempeñará un papel clave en la habilitación de las AEC, pero debe evaluarse para garantizar la adecuación y la durabilidad del servicio. En el futuro, el desarrollo de nuevas infraestructuras garantizará que la energía se suministre donde y cuando se necesite en toda la economía.
El objetivo de esta área de investigación es identificar y explorar la viabilidad tecnoeconómica de diferentes tecnologías que podrían permitir el suministro, el transporte y el almacenamiento de las diversas AEC. Como marco de trabajo, la LCRI ha definido los siguientes objetivos para el plan de investigación:
Identificar los requisitos críticos de suministro y almacenamiento de las alentadoras vías de descarbonización
Realizar evaluaciones sobre el impacto
Comprender los factores de impulso, las oportunidades y los desafíos de los requisitos para la infraestructura futura
Identificar y dirigir las iniciativas para acelerar el desarrollo tecnológico avanzado
Para alcanzar estos objetivos y orientar la investigación, se deben plantear las siguientes preguntas clave:
¿Qué papel podrían desempeñar las redes de suministro y almacenamiento existentes en la tarea de aumentar la adopción de las fuentes de energía en la transición del sistema energético hacia un futuro con menos emisiones de carbono?
¿De qué manera podrían adaptarse o evolucionar las redes de suministro y almacenamiento para satisfacer la demanda y las expectativas de los consumidores en 2050? ¿Qué transiciones deberán producirse en los próximos 30 años para hacer posible este futuro?
¿Qué nuevas infraestructuras de suministro y almacenamiento serán necesarias en el futuro para sustituirlas o ampliar su capacidad cuando se produzca la transición a nuevos combustibles?
La LCRI ha organizado las tecnologías de suministro y almacenamiento en función de los roles previstos por ella en el desarrollo tecnológico:
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# Usos finales
# Generación de energía
El objetivo general de la investigación para la LCRI en este campo es comprender y perfeccionar las tecnologías de generación de energía que sirvan de respaldo para la transición a un futuro descarbonizado con aumentos considerables del uso de fuentes de energías renovables que requieran recursos con sólidas capacidades y baja emisión de carbono, como los que derivan del uso de AEC mixtas o puras. Como marco de trabajo, la LCRI ha definido los siguientes objetivos para el plan de investigación:
Realizar análisis de mercado y de sostenibilidad
Identificar y dirigir las iniciativas para acelerar el desarrollo tecnológico avanzado
Apoyar la integración de los sistemas y las tecnologías a gran escala
Para alcanzar estos objetivos y orientar la investigación, se deben plantear las siguientes preguntas clave:
Teniendo en cuenta la generación cada vez mayor de energías renovables (eólica y solar), ¿cuáles son las proyecciones de mercado a corto y largo plazo (demanda, ciclos de servicio) para los sistemas de generación de energía con base en AEC?
¿Qué AEC y tecnologías de generación de energía son las más promisorias para las necesidades a corto plazo en la transición continua de la energía y cuáles son las mejores para la sostenibilidad a largo plazo de un futuro descarbonizado?
¿Cuáles son los desafíos tecnológicos clave o las brechas en el conocimiento que deben tratarse para desarrollar y acelerar tecnologías promisorias de generación de energía con base en combustibles bajos en carbono (por ejemplo, dinámicas de combustión, emisiones de óxido de nitrógeno, impactos de hardware)?
La LCRI ha organizado las tecnologías de generación de energía en función de los roles previstos por ella en el desarrollo tecnológico:
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# Usos finales para el transporte, la industria y los edificios
La LCRI ha abordado el análisis del panorama de las vías de descarbonización con base en AEC para aplicaciones y tecnologías de generación no energéticas desde una perspectiva de segmentación de clientes y de aplicación de la energía final. Las prioridades de investigación se dividen en tres grandes sectores de uso final: Transporte, industria y edificios. La figura 9 ofrece un desglose de las aplicaciones específicas que se están considerando en la actualidad en cada uno de estos sectores.
Para guiar la investigación de LCRI en estas áreas, las preguntas clave de investigación incluyen las siguientes:
Transporte
¿Cómo y en qué medida se puede readaptar la tecnología de los motores y de los sistemas de almacenamiento y suministro integrado de combustible y la infraestructura de abastecimiento de combustible existentes para dar cabida a las AEC de no sustitución directa?
¿Cuál es la posibilidad técnica y económica relativa de las vías de descarbonización que compiten en el sector del transporte? ¿En qué aplicaciones se espera que las AEC sean más competitivas?
Industria
¿Cuáles son las barreras tecnoeconómicas específicas de la aplicación para el uso de AEC en el calentamiento de procesos o como materia prima química? ¿Cuál es el potencial tecnoeconómico del hidrógeno, de las combinaciones de hidrógeno y gas natural y de otras vías de AEC para lograr la competitividad con una variedad de tecnologías de electrificación directa para el suministro de calor de procesos industriales?
¿Qué modificaciones de los equipos son necesarias para sustituir los combustibles fósiles por alternativas bajas en carbono en las calderas de vapor, los hornos y calentadores de combustión directa, los accionamientos de los compresores de las turbinas de gas y los sistemas combinados de calor y electricidad?
Edificios
¿Qué readaptaciones/modificaciones posteriores a la comercialización de los equipos de uso final existentes en los edificios se necesitan para permitir la utilización de las AEC? ¿Qué readaptaciones o nuevos enfoques de construcción se necesitan para distribuir, almacenar y utilizar el hidrógeno de forma segura dentro de la superficie del edificio?
¿Cuáles son los pasos que hay que dar para desarrollar enfoques sistémicos, escalables y equitativos para la descarbonización de las viviendas existentes mediante las vías de AEC? ¿Cuáles son las consecuencias económicas, sanitarias, de seguridad y medioambientales de las medidas de descarbonización de los edificios en las comunidades de bajos ingresos y marginadas?
# Investigación interdisciplinaria
# Aspectos medioambientales y de seguridad
Es valioso evaluar los impactos potenciales en la salud, la seguridad y el medioambiente (EHS) en las primeras etapas del proceso de selección de la tecnología para determinar las compensaciones desde el punto de vista de EHS. El objetivo general de la investigación de la LCRI en este campo es comprender los aspectos sobre seguridad y medioambientales de la producción, el almacenamiento, el suministro y el uso final de AEC, así como desarrollar soluciones para cualquier desafío, en caso de que corresponda. Como marco de trabajo, la LCRI ha definido los siguientes objetivos para el plan de investigación:
Identificación, cuantificación y mitigación de los impactos
Descarbonización y métricas medioambientales, sociales y de gobierno
Para alcanzar estos objetivos y orientar la investigación, se deben plantear las siguientes preguntas clave:
¿Cómo aumentan los impactos de seguridad y medioambientales con la huella de la tecnología, su ubicación y los parámetros normativos locales?
¿Qué tipos de datos de seguridad y medioambiente se necesitan para realizar evaluaciones precisas de los distintos impactos?
Una vez identificados los impactos, ¿cuál es el procedimiento para cuantificarlos (por ej., cálculo o medición)?
# Análisis del sistema integrado de energía
Este campo de estudio servirá de guía para el establecimiento de las prioridades de investigación de la LCRI necesarias para alcanzar las metas específicas de descarbonización. La LCRI utilizará modelos mejorados, con el coste de la tecnología con bajo nivel de carbono y los datos de rendimiento como aportes adicionales, para evaluar el impacto de las opciones con bajo nivel de carbono en el uso de la energía, la economía, el medioambiente y los consumidores. Se estudiarán muchas situaciones y aspectos sensibles, con el foco principal en alcanzar cero emisiones netas de gases de efecto invernadero en todos los sectores de la economía para el año 2050.
El enfoque del análisis del sistema integrado de energía para LCRI incluye los siguientes puntos:
Establecer el coste detallado y los datos de rendimiento para las tecnologías con bajo nivel de carbono.
Mejorar el modelo de economía energética US-REGEN de EPRI para que incluya la producción, el suministro y el uso final de fuentes de energía con bajo contenido de carbono.
Realizar análisis de reducción profunda de carbono en todos los sectores de la economía utilizando los datos detallados y el modelo mejorado.
Este campo de investigación desarrollará una evaluación integrada de costes y rendimiento, que incluirá la producción, el transporte, el almacenamiento y el suministro de fuentes de energía con bajo contenido de carbono. El desarrollo de cálculos de costes y rendimiento fiables e independientes es un paso crucial para comprender los valores de referencia de la tecnología de hoy en día y avanzar más allá de las tecnologías del mercado actual. Los datos de rendimiento y costes iniciales permitirán la identificación de reducciones potenciales de costes en el futuro, así como la magnitud de dichas reducciones en relación con el suministro de energía con bajo nivel de carbono.
En este espacio, la LCRI desarrollará de forma independiente cálculos de costes y rendimiento para la producción de AEC y las tecnologías de generación de energía, la infraestructura de suministro y almacenamiento de ACE, y las tecnologías de producción de biocombustible e hidrocarburos sintéticos.