Šį remiamą straipsnį jums pateikė NYU Tandon inžinerijos mokykla.
Kadangi pasaulis susiduria su skubiu poreikiu pereiti prie valymo energijos sistemų, vis daugiau tyrėjų gilinasi į kylančių technologijų projektavimą ir optimizavimą. Šių pastangų priešakyje yra Dharikas MallapragadaNYU Tandon chemijos ir biomolekulinės inžinerijos docentas. „Mallapragada“ yra skirta suprasti, kaip naujos energetikos technologijos integruoja į besikeičiančią energijos kraštovaizdį, parodydama sudėtingą inovacijų, mastelio ir realaus pasaulio įgyvendinimo sąveiką.
Mallapragada’s Tvarios energijos perėjimai Grupė yra suinteresuota kurti matematinio modeliavimo metodus, skirtus analizuoti mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančius technologijas ir jų energetikos sistemos integraciją pagal skirtingą politiką ir geografinę situaciją. Grupės tyrimuose siekiama sukurti žinias ir analitines priemones, reikalingas pagreitintoms energijos perėjimams paremti išsivysčiusiose ekonomikose, tokiose kaip JAV, taip pat kylanti rinka ir besivystančios ekonomikos šalys, esančios pasauliniuose pietuose, kurios yra pagrindinės pasaulinės klimato švelninimo pastangų.
Tyrimų ir realybės tiltų
„Mūsų grupė daugiausia dėmesio skiria kylančių energetikos technologijų kūrimui ir optimizavimui, užtikrinant, kad jos sklandžiai tilptų į greitai besivystančias energijos sistemas“, – sako Mallapragada. Jo komanda naudoja sudėtingus modeliavimo ir modeliavimo priemones, kad išspręstų dvigubą iššūkį: mastelį mokslinius atradimus iš laboratorijos, tuo pačiu prisitaikydama prie šiuolaikinių energijos tinklų dinaminių realybių.
„Energijos sistemos nėra statiškos“, – pabrėžė jis. „Kas šiandien gali būti idealus dizaino tikslas, rytoj galėtų pasikeisti. Mūsų tikslas yra suteikti suinteresuotosioms šalims – ar politikos formuotojams, rizikos kapitalistams ar pramonės lyderiams – su įgyvendinamomis įžvalgomis, kurios vadovauja tyrimams ir politikos plėtrai. “
Dharikas Mallapragada yra NYU Tandon cheminės ir biomolekulinės inžinerijos docentė.
„Mallapragada“ tyrimuose dažnai naudojami atvejų tyrimai, siekiant iliustruoti naujų technologijų integravimo iššūkius. Vienas ryškus pavyzdys yra vandenilio gamyba per vandens elektrolizę-procesą, kuris žada mažai anglies vandenilią, tačiau jame yra unikalus kliūčių rinkinys.
„Kad elektrolizė gamintų mažai anglies vandenilį, naudojama elektra turi būti švari“,-aiškino jis. „Tai kelia klausimų apie švarios elektros energijos paklausą ir jos poveikį tinklo dekarbonizacijai. Ar ši nauja paklausa pagreitina ar trukdo mūsų sugebėjimui dekarbonizuoti tinklą? “
Be to, įrangos lygmeniu gausu iššūkių. Elektrolizatoriai, kurie gali veikti lanksčiai, naudodamiesi pertraukiamais atsinaujinančiais energijos šaltiniais, tokiais kaip vėjas ir saulės energija, dažnai remiasi tauriaisiais metalais, tokiais kaip iridis, kurie šiuo metu yra ne tik brangūs, bet ir gaminami nedideliais kiekiais. Šių sistemų mastelio keitimas siekiant pasaulinių dekarbonizacijos tikslų gali reikėti iš esmės išplėsti medžiagų tiekimo grandines.
„Mes nagrinėjame naujų procesų tiekimo grandines, skirtas įvertinti, kaip brangusis metalo naudojimas ir kiti našumo parametrai daro įtaką ateinančių dešimtmečių mastelio perspektyvoms“, – teigė Mallapragada. „Ši analizė reiškia apčiuopiamiems tyrėjų tikslams, vadovaujant alternatyvių technologijų, kurios subalansuoja efektyvumą, mastelio keitimą ir išteklių prieinamumą, kūrimą“.
Skirtingai nuo kolegų, kurie kuria naujus katalizatorius ar medžiagas, „Mallapragada“ daugiausia dėmesio skiria sprendimų palaikymo sistemoms, kurios tilsio laboratorines inovacijas ir didelio masto įgyvendinimą. „Mūsų modeliavimas padeda nustatyti ankstyvosios stadijos apribojimus, nesvarbu, ar jie kyla iš medžiagų tiekimo grandinių, ar gamybos išlaidų, kurie gali trukdyti mastelio keitimui“,-sakė jis.
Pavyzdžiui, jei naujas katalizatorius veikia gerai, tačiau priklauso nuo retų medžiagų, jo komanda įvertina jos gyvybingumą tiek iš sąnaudų, tiek tvarumo perspektyvų. Šis požiūris informuoja tyrėjus, kur nukreipti savo pastangas – tai gerina selektyvumą, sumažina energijos suvartojimą ar sumažina priklausomybę nuo išteklių.
Aviacija pristato ypač sudėtingą dekarbonizacijos sektorių dėl savo unikalių energijos poreikių ir griežtų svorio ir galios apribojimų. Energija, reikalinga kilimui, kartu su ilgo nuotolio skrydžio galimybių poreikiu, reikalauja labai energijos tankaus kuro, kuris sumažintų tūrį ir svorį. Šiuo metu tai pasiekiama naudojant dujų turbinas, maitinamas tradiciniu aviacijos skystu kuru.
„Energija, reikalinga kilimui, nustato minimalų energijos reikalavimą“, – pažymėjo jis, pabrėždamas technines varomosios jėgos sistemų, tenkinančių šiuos reikalavimus, projektavimo kliūtis, mažinant anglies išmetimą.
Mallapragada Pabrėžiamos dvi pagrindinės dekarbonizacijos strategijos: Atsinaujinančio skysto kuro, tokio kaip iš biomasės, naudojimas ir elektrifikavimas, kurį galima įgyvendinti naudojant akumuliatorių maitinamas sistemas ar vandenilio kurą. Nors elektrifikacija sulaukė didelio susidomėjimo, jis išlieka pradinėje stadijoje aviacijos programoms. Vandenilis, turintis didelę energiją vienai masei, žada kaip švaresnė alternatyva. Tačiau kaupiant vandenilį ir reikalingų varymo technologijų kūrimą yra didelių iššūkių.
„Mallapragada“ tyrimas ištyrė konkrečią galią, reikalingą nulinio naudingo krovinio sumažinimui ir naudingumo sumažinimui, reikalingą norint patenkinti kintamą tikslinį kuro elementų galią, be kitų veiksnių.
Vandenilis išsiskiria dėl savo energijos tankio masės, todėl jis yra patrauklus pasirinkimas tokioms svoriams kaip aviacija. Tačiau norint efektyviai laikyti vandenilį orlaivyje, reikia suskystinti, todėl reikia ypač atvėsinti iki –253 ° C, arba aukšto slėgio izoliacija, kuriai reikalingas tvirtas ir sunkias laikymo sistemas. Šie saugojimo iššūkiai kartu su poreikiu pažangių kuro elementų, turinčių didelį specifinį galios tankį, kelia dideles kliūtis mastelio keitimo aviacijai.
„Mallapragada“ tyrimai dėl vandenilio naudojimo aviacijai, orientuotos į borto saugojimo ir kuro elementų sistemų veiklos reikalavimus, skirtus 1000 nMi ar mažesnėms skrydžiams (pvz. Tyrime nustatyta, kad vandenilio kaupimo sistemų ir kuro elementų pažangos poreikis, siekiant užtikrinti, kad naudingosios apkrovos talpos išliks nepaveiktos. Dabartinėms šių sistemų technologijoms reikės sumažinti naudingumo apkrovą, todėl dažnesni skrydžiai ir padidintos išlaidos.
„Energijos sistemos nėra statiškos. Kas šiandien gali būti idealus dizaino tikslas, rytoj galėtų pasikeisti. Mūsų tikslas yra suteikti suinteresuotosioms šalims – ar politikos formuotojams, rizikos kapitalistams ar pramonės lyderiams – su įgyvendinamomis įžvalgomis, kurios vadovauja tyrimams ir politikos plėtrai. “ —Dharik Mallapragada, NYU Tandon
Pagrindinis aspektas, priimant vandenilį aviacijai, yra poveikis vandenilio gamybai. Papildoma regioninės aviacijos paklausa galėtų žymiai padidinti bendrą vandenilio, reikalingo dekarbonizuotoje ekonomikoje, paklausa. Gaminant šį vandenilį, ypač naudojant atsinaujinančią energiją varomą elektrolizę, būtų keliami papildomi reikalavimai energijos tinklams ir reikės tolesnio infrastruktūros išplėtimo.
„Mallapragada“ analizėje tiriama, kaip ši paklausa sąveikauja su platesniu vandenilio priėmimu kituose sektoriuose, atsižvelgiant į anglies gaudymo technologijų poreikį ir įtaką bendroms vandenilio gamybos sąnaudoms. Ši sisteminė perspektyva pabrėžia vandenilio integravimo į aviacijos sektorių sudėtingumą, išlaikant platesnius dekarbonizacijos tikslus.
„Mallapragada“ darbas pabrėžia bendradarbiavimo svarbą tarp disciplinų ir sektorių. Nuo technologinių kliūčių nustatymo iki politinių paskatų formavimo jo komandos tyrimai yra kritinis tiltas tarp mokslinio atradimo ir visuomenės pertvarkos.
Tobulėjant pasaulinei energetikos sistemai, tokie tyrėjai kaip Mallapragada šviečia į priekį – verčiasi užtikrinti, kad naujovės būtų ne tik įmanomos, bet ir praktinės.
