Een nieuwe tool vindt verborgen verbanden tussen industriële sectoren en identificeert kansen om afval te verminderen en koolstofemissies te verlagen door de fysieke economie voor een regio in kaart te brengen.

"Het klimaat en de economie zijn te belangrijk voor ons om fouten te maken, " zei Shweta Singh, de interdisciplinaire wetenschapper aan de Purdue University die de tool heeft ontwikkeld. "Deze tool biedt een totaalbeeld en stelt beleidsmakers en de industrie in staat om een ​​mogelijke verandering in te voeren en de resultaten te zien. De betrokkenen kunnen verschillende opties virtueel testen voordat ze een beslissing nemen."

Eerdere inspanningen om afvalvrij en koolstofarm te maken, waren gericht op een deel van de industriële stroom, bijvoorbeeld, vermindering van het energieverbruik in één productieproces. Echter, een overzicht van het hele systeem is nodig om de beste keuzes te maken en de meest effectieve investeringen in opkomende technologie voor algehele verbetering, ze zei.

"De aanpak is als het menselijk genoomproject, maar voor de fysieke economie – het in kaart brengen van de relatie tussen industrie en milieu, " zei Singh, die aanstellingen heeft als assistent-professor landbouw- en biologische technologie aan het College of Agriculture en milieu- en ecologische engineering aan het College of Engineering. "Het stelt ons in staat om verbindingen binnen het hele systeem te vinden en te begrijpen. We hadden het menselijke genoomproject - de volledige kaart - nodig om de genen te identificeren die essentieel zijn voor ziekte of gezondheid, en we hebben een volledige kaart van de fysieke economie nodig om vast te stellen welke veranderingen essentieel zijn voor het bereiken van duurzaamheid."

De theorie achter het model wordt gedetailleerd beschreven in een paper in het tijdschrift Energie en milieuwetenschappen van de Royal Society of Chemistry. Een paper gericht op de cloudplatformtool zal worden gepubliceerd in de Tijdschrift voor industriële ecologie .

De tool maakt gebruik van natuurkundige principes en mechanistische modellen uit de natuurkunde, technische en biologische wetenschappen om het in kaart brengen van de fysieke economie te automatiseren, en het is veel sneller dan de standaardmethoden, zei Singh.

"Met deze modelleringstool we kunnen in één dag doen wat 100 dagen zou hebben gekost, " zei ze. "De bestaande kaartmethoden waren vervelend en tijdrovend. Door elke economische sector als een proces te zien - middelen door fysieke veranderingen te nemen om een ​​product te creëren - kunnen we bestaande mechanistische modellen gebruiken om een ​​multischaalbeeld van de fysieke economie in kaart te brengen. Als dat op zijn plaats is, kunnen we veranderingen aanbrengen en de cascade van gebeurtenissen zien van het proces naar de sector naar de hele economie."

Singh gebruikte de tool om de fysieke economie van Illinois in kaart te brengen voor 10 agro-gebaseerde sectoren, van landbouw tot downstreamverwerking van producten. Het model vond verbanden en benadrukte kansen voor grootschalige recycling om afval te verminderen. De resultaten toonden aan dat de toepassing van technologieën voor het recyclen van industrieel afvalwater en varkensmest de grootste impact zou hebben door meer dan 62% van de output van varkensafval te verminderen, 96% van droog maïsafval, en 99% van het afval van sojabonen.

"We vonden ook indirecte verbanden, bijvoorbeeld het recyclen van afval van varkensboerderijen leidde tot verminderde uitstoot in de productie, Singh zei. "In de toeleveringsketen, experts praten eerst over effecten van de tweede en derde orde. Derde-orde effecten zijn misschien niet duidelijk, maar ze kunnen wel degelijk impact hebben. Hier wordt het transparant, en we kunnen die derde-orde-impact heel snel identificeren."

Singh schrijft een diverse academische achtergrond toe aan het idee voor het model.

"Ik heb altijd al interesse gehad in verschillende disciplines, ' zei ze. 'Mijn vrienden grapten dat ik in elk gebouw op de campus les had gevolgd. Ik ben eigenlijk begonnen met mijn studie scheikundige technologie, die de stroom van een chemische reactie en de gecreëerde bijproducten van zeer dichtbij bekijkt. Vervolgens, tijdens het bestuderen van duurzaamheidsbeoordeling voor industriële systemen, Ik breidde mijn werkterrein uit naar een macro-economisch kader. Ik vroeg me af waarom er niet meer communicatie en cross-over was tussen de disciplines. Bij dit model is Ik probeer al deze dingen samen te brengen, het verbinden van procestechniek met economische modellering."

Singh vermeldt ook de interdisciplinaire achtergrond van Venkata Sai Gargeya Vunnava, de afgestudeerde student die aan het project heeft meegewerkt.

"Nadenken over de uitdaging zonder mentaal vast te zitten in een enkele academische discipline leidde tot deze innovatie, "Zei Singh. "We moeten openstaan ​​om overal iets van te leren."

Singh onthulde de modelleringstool aan het Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization, die octrooibescherming heeft aangevraagd op de intellectuele eigendom.