چشم انداز برای آینده ای دکربون شده

این مقاله حمایت مالی توسط شما آورده شده است دانشکده مهندسی NYU Tandonبشر

از آنجا که جهان با نیاز فوری به انتقال به سیستم های انرژی پاک تر ، تعداد فزاینده ای از محققان در طراحی و بهینه سازی فن آوری های نوظهور قرار می گیرد. در خط مقدم این تلاش است داوریک مالاپراگادا، استادیار مهندسی شیمیایی و زیست مولکولی در NYU Tandon. Mallapragada به درک چگونگی ادغام فن آوری های انرژی جدید در یک چشم انداز انرژی در حال تحول ، روشن ، تعامل پیچیده بین نوآوری ، مقیاس پذیری و اجرای دنیای واقعی اختصاص یافته است.

مالاپراگادا انتقال انرژی پایدار گروه علاقه مند به توسعه رویکردهای مدل سازی ریاضی برای تجزیه و تحلیل فن آوری های کم کربن و ادغام سیستم انرژی آنها در زمینه های مختلف سیاست و جغرافیایی است. تحقیقات این گروه با هدف ایجاد دانش و ابزارهای تحلیلی لازم برای حمایت از انتقال انرژی تسریع شده در اقتصادهای توسعه یافته مانند ایالات متحده و همچنین در حال ظهور بازار و توسعه کشورهای اقتصاد در ج، جه، که برای تلاشهای کاهش آب و هوا جه، هستند.

پژوهش و واقعیت پل

مالاپراگادا می گوید: "گروه ما بر طراحی و بهینه سازی فن آوری های انرژی در حال ظهور متمرکز است و اطمینان حاصل می کند که آنها یکپارچه در سیستم های انرژی به سرعت در حال تحول قرار می گیرند." تیم وی از ابزارهای شبیه سازی و مدل سازی پیشرفته برای رفع یک چالش دوگانه استفاده می کند: مقیاس اکتشافات علمی از آزمایشگاه ضمن تطبیق با واقعیت های پویا شبکه های انرژی مدرن.

وی تأکید کرد: "سیستم های انرژی استاتیک نیستند." "آنچه ممکن است یک هدف طراحی ایده آل امروز باشد می تواند فردا تغییر کند. هدف ما ارائه ذینفعان - خواه سیاستگذاران ، سرمایه داران سرمایه گذاری یا رهبران صنعت - با بینش های عملی است که هم تحقیق و توسعه سیاست را راهنمایی می کند. "

Dharik Mallapragada استادیار مهندسی شیمیایی و زیست مولکولی در NYU Tandon است.

تحقیقات مالاپراگادا اغلب از مطالعات موردی برای نشان دادن چالش های ادغام فن آوری های جدید استفاده می کند. یک نمونه بارز تولید هیدروژن از طریق الکترولیز آب است-فرایندی که نوید هیدروژن کم کربن را می دهد اما دارای مجموعه ای منحصر به فرد از موانع است.

"برای الکترولیز برای تولید هیدروژن کم کربن ، برق مورد استفاده باید تمیز باشد. " وی گفت: "این سؤالاتی راجع به تقاضای برق تمیز و تأثیر آن بر دکربن سازی شبکه ایجاد می کند. آیا این تقاضای جدید توانایی ما در دکربان ، شبکه را تسریع یا مانع می کند؟ "

علاوه بر این ، در سطح تج،ات ، چالش های زیادی وجود دارد. الکترولیزرهایی که می توانند انعطاف پذیر عمل کنند ، برای استفاده از تجدید پذیر متناوب مانند باد و خورشیدی ، اغلب به ف،ات گرانبها مانند Iridium متکی هستند ، که نه تنها گران هستند بلکه در حال حاضر در مقادیر کمی نیز تولید می شوند. مقیاس بندی این سیستم ها برای تحقق اه، جه، دکربن سازی می تواند به زنجیره های تأمین مواد قابل توجهی در حال گسترش باشد.

مالاپراگادا گفت: "ما زنجیره های تأمین فرآیندهای جدید را بررسی می کنیم تا ارزیابی کنیم که چگونه استفاده از ف، گرانبها و سایر پارامترهای عملکرد بر چشم انداز مقیاس گذاری در دهه های آینده تأثیر می گذارد." "این تجزیه و تحلیل به اه، ملموس برای محققان تبدیل می شود و توسعه فن آوری های جایگزین را که باعث تعادل کارایی ، مقیاس پذیری و در دسترس بودن منابع می شود ، هدایت می کند."

بر خلاف همکاران که کاتالیزورها یا مواد جدیدی را تهیه می کنند ، Mallapragada بر چارچوب های پشتیب، تصمیم گیری متمرکز است که نوآوری آزمایشگاهی و اجرای در مقیاس بزرگ را نشان می دهد. وی گفت: "مدل سازی ما به شناسایی محدودیت های اولیه ، خواه ناشی از زنجیره های عرضه مواد یا هزینه های تولید ، کمک می کند تا مانع مقیاس پذیری شود."

به ،وان مثال ، اگر یک کاتالیزور جدید عملکرد خوبی داشته باشد اما به مواد نادر متکی باشد ، تیم وی زنده ماندن آن را از نظر هزینه و پایداری ارزیابی می کند. این رویکرد به محققان اطلاع می دهد که در کجا می توانند تلاش های خود را هدایت کنند - از این رو بهبود انتخاب ، کاهش مصرف انرژی یا به حداقل رساندن وابستگی به منابع.

حمل و نقل هوایی به دلیل تقاضای منحصر به فرد انرژی و محدودیت های سختگیرانه در وزن و قدرت ، بخش خاصی را برای دکربن سازی ارائه می دهد. انرژی مورد نیاز برای برخاستن ، همراه با نیاز به قابلیت های پرواز از راه دور ، نیاز به سوخت بسیار پر انرژی دارد که حجم و وزن را به حداقل می رساند. در حال حاضر ، این کار با استفاده از توربین های گازی با استفاده از سوخت های مایع هواپیمایی سنتی حاصل می شود.

وی با تأکید بر موانع فنی طراحی سیستم های پیشرانه ای که ضمن کاهش انتشار کربن ، با تأکید بر موانع فنی طراحی سیستم های پیشرانه ای که این خواسته ها را برآورده می کند ، تأکید کرد: "

مالاپراگادا دو استراتژی اصلی دکربن سازی را برجسته می کند: استفاده از سوخت های مایع تجدید پذیر ، مانند آنهایی که از زیست توده و الکتریسیته حاصل می شوند ، که می توانند از طریق سیستم های باتری یا سوخت هیدروژن قابل اجرا باشند. در حالی که برق مورد علاقه قابل توجهی را به خود جلب کرده است ، در مراحل ابتدایی خود برای برنامه های حمل و نقل هوایی باقی مانده است. هیدروژن با انرژی زیاد در هر جرم ، وعده را به ،وان یک جایگزین پاک تر در اختیار دارد. با این حال ، چالش های اساسی در ذخیره سازی هیدروژن و همچنین توسعه فن آوری های لازم برای پیشران وجود دارد.

تحقیقات مالاپراگادا قدرت خاص مورد نیاز برای دستیابی به کاهش بار صفر و کاهش بار را برای دستیابی به قدرت خاص سلول سوخت متغیر ، از جمله سایر عوامل مورد بررسی قرار داد.

هیدروژن به دلیل چگالی انرژی در اثر جرم ، از آن استفاده می کند و آن را به گزینه ای جذاب برای کاربردهای حساس به وزن مانند حمل و نقل هوایی تبدیل می کند. با این حال ، ذخیره ، هیدروژن به طور کارآمد بر روی یک هواپیما به مایع سازی نیاز دارد ، که نیاز به خنک کننده شدید تا -253 درجه سانتیگراد یا مهار فشار قوی دارد ، که به سیستم های ذخیره سازی قوی و سنگین نیاز دارد. این چالش های ذخیره سازی ، همراه با نیاز به سلولهای سوخت پیشرفته با تراکم قدرت خاص ، موانع قابل توجهی در مقیاس بندی حمل و نقل هوایی هیدروژن ایجاد می کند.

تحقیقات Mallapragada در مورد مصرف هیدروژن برای حمل و نقل هوایی متمرکز بر نیاز به عملکرد سیستم های ذخیره سازی روی تخته و سیستم های سلولهای سوخت برای پرواز 1000 NMI یا کمتر (به ،وان مثال نیویورک به شیکاگو) است که نمایانگر یک بخش کوچکتر اما م،ی دار از صنعت هواپیمایی است. در این تحقیق نیاز به پیشرفت در سیستم های ذخیره سازی هیدروژن و سلولهای سوختی برای اطمینان از عدم تأثیرگذاری بارگذاری ، مشخص شده است. فن آوری های فعلی برای این سیستم ها نیاز به کاهش بار را دارد و منجر به پروازهای مکرر و افزایش هزینه ها می شود.

سیستم های انرژی استاتیک نیستند. آنچه ممکن است یک هدف طراحی ایده آل امروز باشد می تواند فردا تغییر کند. هدف ما ارائه ذینفعان - خواه سیاستگذاران ، سرمایه داران سرمایه گذاری یا رهبران صنعت - با بینش های عملی است که هم تحقیق و توسعه سیاست را راهنمایی می کند. " hear Dharik Mallapragada ، Nyu Tandon

توجه محوری در اتخاذ هیدروژن برای حمل و نقل هوایی ، تأثیر بالادست بر تولید هیدروژن است. تقاضای افزایشی از حمل و نقل هوایی منطقه ای می تواند به طور قابل توجهی هیدروژن مورد نیاز در اقتصاد دکربنیزه را افزایش دهد. تولید این هیدروژن ، به ویژه از طریق الکترولیز با انرژی تجدید پذیر ، می تواند تقاضای اضافی را بر روی شبکه های انرژی قرار داده و نیاز به گسترش زیرساخت های بیشتر داشته باشد.

تجزیه و تحلیل Mallapragada به بررسی چگونگی تعامل این تقاضا با پذیرش هیدروژن گسترده تر در سایر بخش ها ، با توجه به نیاز به فن آوری های ضبط کربن و پیامدهای مربوط به هزینه کلی تولید هیدروژن می پردازد. این دیدگاه سیستمیک ضمن حفظ اه، دکربن سازی گسترده تر ، پیچیدگی ادغام هیدروژن در بخش حمل و نقل هوایی را تأکید می کند.

کار ماپراگادا بر اهمیت همکاری در رشته ها و بخش ها تأکید می کند. از شناسایی تنگناهای فن آوری تا شکل دادن به مشوق های سیاست ، تحقیقات تیم وی به ،وان یک پل مهم بین کشف علمی و تحول اجتماعی عمل می کند.

با تکامل سیستم جه، انرژی ، محقق، مانند مالاپراگادا در حال روشن شدن مسیر به جلو هستند - کمک می کند که نوآوری نه تنها ممکن باشد بلکه عملی است.