Новый инструмент находит лучшие возможности для сокращения, повторного использования и переработки в различных отраслях промышленности - Purdue University News

Новый инструмент находит лучшие возможности для сокращения, повторного использования и переработки в различных отраслях промышленности - Purdue University News
27 сентября 2021 г. Новый инструмент находит наилучшие возможности для сокращения, повторного использования и переработки в различных отраслях промышленности.


Быстрое автоматическое моделирование физической экономики дает пользователям возможность протестировать шаги по обеспечению устойчивости. ЗАПАД ЛАФЕЙЕТ, штат Индиана. промышленных секторов и определяет возможности для сокращения отходов и снижения выбросов углерода путем картирования физической экономики региона. «Климат и экономика слишком важны для нас, чтобы делать ошибки», - сказала Света Сингх, междисциплинарный ученый из Университета Пердью, разработавшая этот инструмент. «Этот инструмент дает общую картину и позволяет разработчикам политики и отрасли учесть потенциальные изменения и увидеть результаты. Участники могут виртуально протестировать различные варианты, прежде чем принять решение ». Швета Сингх (Фото Тома Кэмпбелла) Загрузить изображение В прошлом усилия по безотходному и низкоуглеродному производству были сосредоточены на одной части промышленного потока, например, на сокращении использования энергии в одном производственном процессе. Однако, по ее словам, необходимо иметь представление о системе в целом, чтобы сделать лучший выбор и сделать наиболее эффективные инвестиции в новые технологии для общего улучшения. «Этот подход похож на проект генома человека, но для физической экономики - отображение взаимосвязи между промышленностью и окружающей средой», - сказал Сингх, занимающий должности доцента кафедры сельскохозяйственной и биологической инженерии в Колледже сельского хозяйства и окружающей среды и экологии. инженерия в Инженерном колледже. «Это позволяет нам находить и понимать связи внутри всей системы. Нам нужен был проект генома человека - полная карта - чтобы начать определять гены, ключевые для болезни или здоровья, и нам нужна полная карта физической экономики, чтобы определить, какие изменения являются ключевыми для достижения устойчивости ». Слева направо - Света Сингх, доцент кафедры сельскохозяйственной и биологической инженерии Университета Пердью, и аспиранты Венката Сай Гаргея Вуннава и Джэу Шин. (Фото Тома Кэмпбелла) Скачать изображение Теория, лежащая в основе модели, подробно изложена в статье в журнале Energy & Environmental Science Королевского химического общества. Документ, посвященный инструменту облачной платформы, будет опубликован в Journal of Industrial Ecology. По словам Сингха, инструмент использует физические принципы и механистические модели из физики, инженерии и биологии для автоматизации картографирования физической экономики, и он намного быстрее стандартных методов. «С помощью этого инструмента моделирования мы можем сделать за один день то, что заняло бы 100 дней», - сказала она. «Существующие методы картирования были утомительными и отнимали много времени. Рассматривая каждый сектор экономики как процесс - использование ресурсов посредством физических изменений для создания продукта - мы можем использовать существующие механистические модели для отображения многомасштабного представления физической экономики. Имея это место, мы можем вносить изменения и видеть каскад событий от процесса к сектору и экономике в целом ». Сингх использовал этот инструмент, чтобы составить карту физической экономики Иллинойса для 10 сельскохозяйственных секторов, от сельского хозяйства до последующей обработки продукции. Модель нашла связи и высветила возможности крупномасштабной переработки для сокращения отходов. Результаты показали, что внедрение технологий переработки промышленных сточных вод и переработки свиного навоза окажет наибольшее влияние на сокращение более 62% отходов производства свиней, 96% сухих отходов помола кукурузы и 99% отходов лузги соевых бобов. «Мы также обнаружили косвенные связи, например, переработка отходов свинофермы привела к сокращению выбросов в производственной цепочке», - сказал Сингх. «В цепочке поставок эксперты говорят о воздействиях первого, второго и третьего порядка. Воздействие третьего порядка может быть неочевидным, но оно действительно может иметь влияние. Здесь он становится прозрачным, и мы можем очень быстро идентифицировать это воздействие третьего порядка ». Сингх считает, что в зажигая идею для модели. «Меня всегда интересовали разные дисциплины», - сказала она. «Мои друзья шутили, что я ходил на занятия в каждом здании кампуса. На самом деле я начал свои исследования в области химической инженерии, которая очень внимательно рассматривает протекание химической реакции и образующиеся побочные продукты. Затем, изучая оценку устойчивости промышленных систем, я расширил свой кругозор до макроэкономических рамок. Это заставило меня задуматься, почему между дисциплинами больше не было общения и пересечения. В этой модели я пытаюсь объединить все это вместе, соединяя технологический процесс с экономическим моделированием ». Сингх также отмечает междисциплинарный опыт Венкаты Саи Гаргеи Вуннавы, аспиранта, который участвовал в проекте. «Думать о проблеме, не зациклившись мысленно на какой-то одной академической дисциплине, привело к этому нововведению», - сказал Сингх. «Мы должны быть открыты для обучения чему угодно из любого места». Сингх представил инструмент моделирования Управлению коммерциализации технологий Purdue Research Foundation, которое подало заявку на патентную защиту интеллектуальной собственности. Управление коммерциализации технологий в настоящее время ищет партнеров для коммерциализации этой технологии. Национальный научный фонд (CBET-1805741) финансировал работу Сингха. Ожидается патент США на облачную платформу, реализующую методологию автоматизации, с потенциалом коммерциализации в виде технологии. Сценарист: Элизабет К. Гарднер; 765-441-2024; ekgardner@purdue.edu Источник: Света Сингх; 765-476-3625, singh294@purdue.edu РЕЗЮМЕ Интегрированные механистические инженерные модели и макроэкономический подход к моделированию физической экономики для оценки воздействия перехода к экономике замкнутого цикла Венката Сай Гаргея Вуннава и Швета Сингх Устойчивый переход к низкоуглеродному и нулевому Экономика отходов требует макроскопической оценки возможностей и воздействия внедрения новых технологий в регионе. Однако полная оценка текущего физического потока и отходов является утомительной задачей, что приводит к отсутствию комплексной оценки перед расширением масштабов и внедрением новых технологий. Используя механистические модели, разработанные для инженерных и биологических систем с макроэкономической структурой моделей затрат и выпуска, мы предлагаем новый комплексный подход к отображению физической экономики, который автоматизирует процесс отображения промышленных потоков и отходов в регионе. Этот подход демонстрируется путем картирования агро-физической экономики штата Иллинойс, США, с использованием механистических моделей для 10 агропромышленных секторов, которые имеют большое влияние на образование отходов. Каждая модель механически моделирует процессы преобразования материалов в экономическом секторе и предоставляет необходимую информацию о материальных потоках для составления карты физической экономики. Модель физической экономики, разработанная в форме таблицы физических затрат и выпуска (PIOT), отражает межотраслевое физическое взаимодействие в регионе и потоки отходов, тем самым обеспечивая понимание возможностей для реализации стратегий замкнутой экономики, т. Е. Внедрения технологий рециркуляции на предприятии. крупномасштабный. В Иллинойсе внедрение технологий переработки промышленных сточных вод и переработки свиного навоза окажет наибольшее влияние на сокращение> 62% отходов свиноводства,> 99% отходов лузги соевых бобов и> 96% сухого помола кукурузы (производство этанола из кукурузы). уменьшение отходов. Также наблюдалось небольшое процентное сокращение отходов производства азотных удобрений. Модель физической экономики показала, что в секторе мочевины было наибольшее использование материалов - 5,52 × 108 тонн, а в выращивании зеленой фасоли - наименьшее использование материалов - 1,30 × 105 тонн в течение моделируемого года (2018). Механистическое моделирование также позволило уловить потоки элементов в физической экономике, при этом в секторе карбамида использовалось 8,25 × 107 тонн элементарных частиц. углерода на год эксплуатации (самый высокий) и выращивание зеленой фасоли с использованием 3,90 × 104 тонны элементарного углерода за год работы (минимум). Предлагаемый здесь подход устанавливает связь между сообществом инженеров и специалистов по физическому моделированию экономики для стандартизации отображения физической экономики, что может дать представление об успешном переходе к экономике замкнутого цикла с низким содержанием углерода и нулевыми отходами. Сельскохозяйственные коммуникации: 765-494-8415; Морин Манье, руководитель отдела, mmanier@purdue.edu Страница новостей сельского хозяйства Ag News
RELATED ARTICLES