Come le analisi tecnoeconomiche aprono la strada al minimo

I livelli di anidride carbonica nell’aria che riscaldano il pianeta continuano ad aumentare. Ridurre le emissioni abbandonando i combustibili fossili è una priorità, ma lo è anche rimuovere il carbonio già emesso. Tra le tante tecnologie emergenti sul tavolo, quali saranno le più efficaci e dove? E i costi? Quali tipi di investimenti avranno il maggiore impatto?

Gli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’Energia (DOE) stanno rispondendo a questo tipo di domande con l’analisi tecnoeconomica, un modo basato sui dati per prevedere i migliori percorsi verso la decarbonizzazione.

“Berkeley Lab sta sviluppando molte tecnologie energetiche pulite che potrebbero avere un enorme impatto sul nostro percorso verso un futuro a basse emissioni di carbonio. L’analisi tecnoeconomica ci aiuta a concentrare la nostra ricerca su quelle tecnologie che hanno maggiori probabilità di essere sviluppate in prodotti di successo e convenienti”, ha affermato il direttore del Berkeley Lab Mike Witherell.

L’analisi tecnoeconomica utilizza modelli computerizzati per valutare le implicazioni sui costi e i potenziali impatti ambientali delle tecnologie emergenti. Questi modelli possono basarsi sui risultati iniziali della ricerca per una tecnologia e calcolare i costi per il suo ampliamento. Questo tipo di analisi predittiva può essere utilizzata per supportare il processo decisionale da parte di ricercatori, stakeholder del settore, regolatori e decisori politici.

Una combinazione di robusta potenza di calcolo e tecniche più sofisticate hanno reso l’analisi tecnoeconomica un approccio sempre più potente. Di conseguenza, il team del Berkeley Lab, centrato nell'area delle tecnologie energetiche del laboratorio con personale delle aree delle scienze della terra e dell'ambiente e delle bioscienze, si è ampliato per includere 20 scienziati provenienti da un'ampia gamma di discipline che lavorano in collaborazione con i team del Berkeley Lab e con altre istituzioni. . La ricerca spesso richiede una combinazione di progettazione ingegneristica, progettazione e simulazione dei processi, analisi dei flussi di cassa, valutazione del ciclo di vita e analisi geospaziale.

“Con una nuova tecnologia, non possiamo semplicemente fare un'analogia con un settore e indovinare come si comporta. Abbiamo davvero bisogno di costruire nuovi sistemi ingegnerizzati e i modelli di processo che li circondano”, ha affermato Hanna Breunig, ricercatrice del Berkeley Lab. “Ciò richiede scienza di squadra e nuovi approcci computazionali per iniziare a prevedere le prestazioni”.

Mentre i precedenti progetti di analisi tecnoeconomica si basavano generalmente su software esistente con input e output limitati, oggi i ricercatori del Berkeley Lab stanno creando modelli informatici su misura e multistrato per ottenere un quadro più completo di una tecnologia. Ancora più importante, il team ha rafforzato questi modelli con i dati della ricerca in fase iniziale presso il laboratorio. Ciò crea un ciclo di feedback in cui i dati rafforzano i modelli e viceversa.

“Con una nuova tecnologia, non possiamo semplicemente fare un'analogia con un settore e indovinare come si comporta. Abbiamo davvero bisogno di costruire nuovi sistemi ingegnerizzati e i modelli di processo che li circondano. “Ciò richiede scienza di squadra e nuovi approcci computazionali per iniziare a prevedere le prestazioni”.

– Hanna Breunig

La storia dell'analisi tecnoeconomica del Berkeley Lab negli ultimi due decenni si sta rivelando utile in una varietà di strategie chiave di mitigazione del cambiamento climatico. Ciò include tecnologie a emissioni negative come la cattura diretta dell’aria e l’invecchiamento accelerato, un processo che accelera le reazioni chimiche che rimuovono il carbonio in modo naturale. Include anche la decarbonizzazione della produzione; biocarburanti e bioprodotti; produzione e stoccaggio dell'idrogeno; e metodi per sostenere un’economia circolare in cui è possibile riciclare più materiali, evitando la necessità di crearne di nuovi.

“Quando le tecnologie sono così nascenti e vengono commercializzate rapidamente, riceviamo dati da tutte le direzioni”, ha affermato Corinne Scown, scienziata dello staff del Berkeley Lab. “Quindi dobbiamo capire molto rapidamente quali sono i principali fattori che determinano costi, bilanci energetici ed emissioni. Ciò richiede il tipo di competenze e capacità tecnologiche che abbiamo sviluppato”.