Un nuovo strumento trova le connessioni nascoste tra i settori industriali e identifica le opportunità per ridurre i rifiuti e le emissioni di carbonio mappando l'economia fisica per una regione.

"Il clima e l'economia sono troppo importanti per noi per sbagliare, " disse Shweta Singh, lo scienziato interdisciplinare della Purdue University che ha sviluppato lo strumento. "Questo strumento fornisce una visione d'insieme e consente ai responsabili politici e all'industria di inserire un potenziale cambiamento e vedere i risultati. Le persone coinvolte possono testare virtualmente diverse opzioni prima di prendere una decisione".

Gli sforzi passati a zero rifiuti e a basse emissioni di carbonio si sono concentrati su una parte del flusso industriale, Per esempio, ridurre il consumo di energia in un unico processo produttivo. Però, è necessaria una visione dell'intero sistema per fare le scelte migliori e gli investimenti più efficaci nella tecnologia emergente per il miglioramento generale, lei disse.

"L'approccio è come il progetto del genoma umano, ma per l'economia fisica, mappando il rapporto tra industria e ambiente, " disse Singh, che ricopre incarichi come assistente professore di ingegneria agraria e biologica presso il College of Agriculture e ingegneria ambientale ed ecologica presso il College of Engineering. "Ci consente di trovare e comprendere le connessioni all'interno dell'intero sistema. Avevamo bisogno del progetto del genoma umano, la mappa completa, per iniziare a identificare i geni chiave per la malattia o la salute, e abbiamo bisogno di una mappa completa dell'economia fisica per identificare quali cambiamenti sono fondamentali per raggiungere la sostenibilità".

La teoria alla base del modello è dettagliata in un articolo sulla rivista Scienze energetiche e ambientali della Royal Society of Chemistry. Un documento incentrato sullo strumento della piattaforma cloud sarà pubblicato nel Journal of Industrial Ecology .

Lo strumento utilizza principi fisici e modelli meccanicistici tratti dalla fisica, scienze ingegneristiche e biologiche per automatizzare la mappatura dell'economia fisica, ed è molto più veloce dei metodi standard, ha detto Singh.

"Con questo strumento di modellazione, possiamo fare in un giorno quello che ci sarebbero voluti 100 giorni, " ha detto. "I metodi di mappatura esistenti erano noiosi e richiedevano tempo. Considerando ogni settore economico come un processo, prendendo risorse attraverso cambiamenti fisici per creare un prodotto, possiamo utilizzare i modelli meccanicistici esistenti per mappare una visione multiscala dell'economia fisica. Con ciò in atto possiamo apportare modifiche e vedere la cascata di eventi dal processo al settore fino all'intera economia".

Singh ha utilizzato lo strumento per mappare l'economia fisica dell'Illinois per 10 settori agricoli, dall'agricoltura alla lavorazione a valle dei prodotti. Il modello ha trovato connessioni e ha evidenziato opportunità per il riciclaggio su larga scala per ridurre i rifiuti. I risultati hanno mostrato che l'adozione di tecnologie per il riciclaggio delle acque reflue industriali e del letame di maiale avrebbe il massimo impatto riducendo di oltre il 62% la produzione di rifiuti di maiale, 96% di scarti secchi della macinazione del mais, e il 99% degli scarti del guscio di soia.

"Abbiamo trovato anche collegamenti indiretti, ad esempio, il riciclaggio dei rifiuti degli allevamenti di maiali ha portato a una riduzione delle emissioni lungo tutta la linea di produzione, " Singh ha detto. "Nella catena di approvvigionamento, gli esperti parlano prima, impatti di secondo e terzo ordine. Gli impatti di terzo ordine potrebbero non essere ovvi, ma possono davvero avere un impatto. Qui diventa trasparente, e possiamo identificare molto rapidamente quell'impatto di terzo ordine."

Singh attribuisce a un background accademico diversificato lo spunto per l'idea del modello.

"Ho sempre avuto un interesse per varie discipline, " ha detto. "I miei amici hanno scherzato sul fatto che avessi frequentato un corso in ogni edificio del campus. In realtà ho iniziato i miei studi in ingegneria chimica, che esamina molto da vicino il flusso di una reazione chimica e i sottoprodotti creati. Quindi, mentre studiava la valutazione della sostenibilità per i sistemi industriali, Ho ampliato il mio campo di applicazione al quadro macroeconomico. Mi ha portato a chiedermi perché non ci fosse più comunicazione e crossover tra le discipline. In questo modello, Cerco di mettere insieme tutte queste cose, connettere l'ingegneria di processo con la modellazione economica."

Singh accredita anche il background interdisciplinare di Venkata Sai Gargeya Vunnava, lo studente laureato che ha collaborato al progetto.

"Pensare alla sfida senza essere mentalmente bloccati in una singola disciplina accademica ha portato a questa innovazione, " Ha detto Singh. "Dobbiamo essere aperti a imparare qualsiasi cosa da qualsiasi luogo."

Singh ha rivelato lo strumento di modellazione al Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization, che ha chiesto la protezione brevettuale sulla proprietà intellettuale.