世界

脱炭素化された未来のビジョン

この後援された記事は、NYU Tandon School of Engineeringがお届けします。世界がクリーンなエネルギーシステムに移行する緊急の必要性に取り組んでいるため、ますます多くの研究者が新興技術の設計と最適化を掘り下げています。この努力の最前線にあります Dharik Mallapragada、NYU Tandonの化学および生体分子工学の助教授。 Mallapragadaは、新しいエネルギー技術が進化するエネルギー環境にどのように統合され、イノベーション、スケーラビリティ、実世界の実装の複雑な相互作用に光を当てていることを理解することに専念しています。マラプラガダ 持続可能なエネルギー移行 グループは、さまざまなポリシーと地理的コンテキストの下で、低炭素技術とそのエネルギーシステムの統合を分析するための数学的モデリングアプローチの開発に関心があります。このグループの研究は、米国などの先進国における加速エネルギー移行をサポートするために必要な知識と分析ツールを作成することを目的としています。研究と現実を橋渡しします「当社のグループは、新興エネルギー技術の設計と最適化に焦点を当てており、急速に進化するエネルギーシステムにシームレスに適合するようにしています」とマラプラガダは言います。彼のチームは、洗練されたシミュレーションとモデリングツールを使用して、デュアルチャレンジに対処します。ラボからの科学的発見をスケーリングしながら、現代のエネルギーグリッドの動的な現実に適応します。「エネルギーシステムは静的ではありません」と彼は強調しました。 「今日の理想的なデザインターゲットは、明日シフトする可能性があります。私たちの目標は、研究と政策開発の両方を導く実用的な洞察を、政策立案者、ベンチャーキャピタリスト、業界のリーダーであれ、利害関係者に提供することです。」Dharik Mallapragadaは、Nyu Tandonの化学および生体分子工学の助教授です。Mallapragadaの研究では、多くの場合、ケーススタディを使用して、新しいテクノロジーを統合することの課題を説明しています。顕著な例の1つは、水電気分解を介した水素生産です。これは、低炭素の水素を約束しますが、ユニークなハードルセットが付いているプロセスです。「電気分解が低炭素水素を生成するには、使用される電気がきれいでなければなりません」と彼は説明しました。 「これにより、清潔な電気の需要とグリッドの脱炭素化への影響について疑問が生じます。この新しい需要は、グリッドを脱炭素化する能力を加速または妨害しますか？」さらに、機器レベルでは、課題がたくさんあります。風や太陽のような断続的な再生可能エネルギーを利用するために柔軟に動作できる電解器は、多くの場合、イリジウムのような貴金属に依存しています。これらのシステムをスケーリングして、グローバルな脱炭素化の目標を達成するには、材料サプライチェーンを大幅に拡大する必要があります。「私たちは、新しいプロセスのサプライチェーンを調べて、今後数十年で貴重な金属の使用やその他のパフォーマンスパラメーターが拡大の見通しにどのように影響するかを評価します」とマラプラガダは言いました。 「この分析は、研究者の具体的なターゲットにつながり、効率、スケーラビリティ、およびリソースの可用性のバランスをとる代替技術の開発を導きます。」新しい触媒や材料を開発する同僚とは異なり、Mallapragadaは、実験室の革新と大規模な実装を橋渡しする意思決定サポートフレームワークに焦点を当てています。 「当社のモデリングは、材料のサプライチェーンや生産コストに由来するかどうかにかかわらず、初期段階の制約を特定するのに役立ちます。たとえば、新しい触媒がうまく機能し、まれな材料に依存している場合、彼のチームはコストと持続可能性の両方の観点からの実行可能性を評価します。このアプローチは、研究者が自分の努力をどこに向けるかを知らせます。選択性の向上、エネルギー消費の削減、またはリソース依存の最小化です。航空は、その独特のエネルギー需要と重量と電力に対する厳しい制約のために、脱炭素化のための特に困難なセクターを提示します。離陸に必要なエネルギーは、長距離飛行能力の必要性と相まって、体積と体重を最小限に抑える非常にエネルギー密度の高い燃料を必要とします。現在、これは、従来の航空液燃料を搭載したガスタービンを使用して達成されています。「離陸に必要なエネルギーは、最低電力要件を設定します」と彼は指摘し、炭素排出量を削減しながらこれらの要求を満たす推進システムを設計する技術的なハードルを強調しました。マラプラガダ 2つの主要な脱炭素化戦略を強調します。 バッテリー駆動のシステムまたは水素燃料を介して実装できる、バイオマスに由来するものなど、再生可能な液体燃料の使用。電化は大きな関心を集めていますが、航空申請のために初期段階に残っています。質量あたりのエネルギーが高い水素は、よりクリーンな代替手段として有望です。ただし、水素の貯蔵と必要な推進技術の開発の両方に大きな課題があります。Mallapragadaの研究では、他の要因の中でも特に、さまざまなターゲット燃料電池固有の電力を満たすために必要なペイロード削減とペイロード削減を達成するために必要な特定のパワーを調べました。水素は質量によるエネルギー密度のために際立っているため、航空のような体重に敏感な用途にとって魅力的なオプションとなっています。ただし、航空機に水素を効率的に保管するには、液化が必要であり、-253°Cまでの極端な冷却が必要なか、堅牢で重貯蔵システムが必要な高圧封じ込めが必要です。これらのストレージの課題は、特異的な電力密度が高い高度な燃料電池の必要性と相まって、水素駆動の航空のスケーリングに大きな障壁をもたらします。航空の水素使用に関するMallapragadaの研究は、航空業界の小規模だが意味のあるセグメントを表す1000 nmi以下のフライト（例：ニューヨークからシカゴなど）のオンボード貯蔵および燃料電池システムのパフォーマンス要件に焦点を当てています。この研究は、ペイロード能力が影響を受けないようにするために、水素貯蔵システムと燃料電池の進歩の必要性を特定しました。これらのシステムの現在のテクノロジーは、ペイロード削減を必要とし、より頻繁なフライトとコストの増加につながります。「エネルギーシステムは静的ではありません。今日の理想的なデザインターゲットは、明日シフトする可能性があります。私たちの目標は、研究と政策開発の両方を導く実用的な洞察を、政策立案者、ベンチャーキャピタリスト、業界のリーダーであれ、利害関係者に提供することです。」 —Dharik Mallapragada、Nyu Tandon航空に水素を採用する際の極めて重要な考慮事項は、水素生産に対する上流の影響です。地域の航空からの増分需要は、脱炭素化経済に必要な総水素を大幅に増加させる可能性があります。この水素を生成すると、特に再生可能エネルギーを搭載した電気分解により、エネルギーグリッドに追加の需要があり、さらにインフラストラクチャの拡大が必要になります。Mallapragadaの分析では、この需要が、炭素捕獲技術の必要性と水素生産の全体的なコストへの影響を考慮して、他のセクターでのより広範な水素採用とどのように相互作用するかを探ります。この体系的な視点は、より広範な脱炭素化の目標を維持しながら、水素を航空セクターに統合することの複雑さを強調しています。Mallapragadaの作品は、分野と分野でのコラボレーションの重要性を強調しています。技術のボトルネックの特定から政策のインセンティブの形成まで、彼のチームの研究は科学的発見と社会的変革の間の重要な橋渡しとして機能します。グローバルエネルギーシステムが進化するにつれて、マラプラガダのような研究者は前進する道を照らしています。 #脱炭素化された未来のビジョン