Un nouvel outil trouve des connexions cachées entre les secteurs industriels et identifie les opportunités de réduire les déchets et les émissions de carbone en cartographiant l'économie physique d'une région.

"Le climat et l'économie sont trop importants pour que nous fassions des erreurs, " dit Shweta Singh, le scientifique interdisciplinaire de l'Université Purdue qui a développé l'outil. "Cet outil fournit une vue d'ensemble et permet aux décideurs politiques et à l'industrie de se connecter à un changement potentiel et de voir les résultats. Les personnes impliquées peuvent tester virtuellement différentes options avant de prendre une décision."

Les efforts passés zéro déchet et bas carbone se sont concentrés sur une partie des flux industriels, par exemple, réduire la consommation d'énergie dans un seul processus de production. Cependant, une vue d'ensemble du système est nécessaire pour faire les meilleurs choix et les investissements les plus efficaces dans les technologies émergentes pour une amélioration globale, elle a dit.

"L'approche est comme le projet du génome humain, mais pour l'économie physique - cartographier la relation entre l'industrie et l'environnement, " dit Singh, qui occupe des postes de professeur adjoint de génie agricole et biologique au Collège d'agriculture et de génie environnemental et écologique au Collège d'ingénierie. "Cela nous permet de trouver et de comprendre les connexions au sein de l'ensemble du système. Nous avions besoin du projet du génome humain - la carte complète - pour commencer à identifier les gènes clés de la maladie ou de la santé, et nous avons besoin d'une carte complète de l'économie physique pour identifier les changements qui sont essentiels pour parvenir à la durabilité. »

La théorie derrière le modèle est détaillée dans un article de la revue Sciences de l'énergie et de l'environnement de la Société royale de chimie. Un article axé sur l'outil de plate-forme cloud sera publié dans le Journal d'écologie industrielle .

L'outil utilise des principes physiques et des modèles mécanistes issus de la physique, l'ingénierie et les sciences biologiques pour automatiser la cartographie de l'économie physique, et c'est beaucoup plus rapide que les méthodes standard, dit Singh.

"Avec cet outil de modélisation, on peut faire en un jour ce qui aurait pris 100 jours, " dit-elle. " Les méthodes de cartographie existantes étaient fastidieuses et prenaient beaucoup de temps. En considérant chaque secteur économique comme un processus - en utilisant des ressources à travers des changements physiques pour créer un produit - nous pouvons utiliser des modèles mécanistes existants pour cartographier une vue à plusieurs échelles de l'économie physique. Avec cela en place, nous pouvons apporter des changements et voir la cascade d'événements du processus au secteur à l'ensemble de l'économie."

Singh a utilisé l'outil pour cartographier l'économie physique de l'Illinois pour 10 secteurs agro-alimentaires, de l'agriculture à la transformation en aval des produits. Le modèle a trouvé des connexions et a mis en évidence des opportunités de recyclage à grande échelle pour réduire les déchets. Les résultats ont montré que l'adoption de technologies pour le recyclage des eaux usées industrielles et du fumier de porc aurait l'impact le plus élevé en réduisant de plus de 62 % la production de déchets de porc, 96 % de déchets secs de mouture de maïs, et 99% des déchets de coques de soja.

"Nous avons également trouvé des connexions indirectes, par exemple, le recyclage des déchets de la ferme porcine a permis de réduire les émissions en aval dans la fabrication, " a déclaré Singh. " Dans la chaîne d'approvisionnement, les experts parlent d'abord, impacts de deuxième et troisième ordre. Les impacts de troisième ordre peuvent ne pas être évidents, mais ils peuvent vraiment avoir un impact. Ici, il devient transparent, et nous pouvons identifier cet impact de troisième ordre très rapidement."

Singh attribue une formation universitaire diversifiée à l'origine de l'idée du modèle.

« J'ai toujours eu un intérêt pour diverses disciplines, " dit-elle. " Mes amis ont plaisanté en disant que j'avais suivi un cours dans chaque bâtiment du campus. J'ai effectivement commencé mes études en génie chimique, qui examine de très près le déroulement d'une réaction chimique et les sous-produits créés. Puis, tout en étudiant l'évaluation de la durabilité des systèmes industriels, J'ai élargi mon champ d'action au cadre macroéconomique. Cela m'a amené à me demander pourquoi il n'y avait pas plus de communication et de croisement entre les disciplines. Dans ce modèle, J'essaie de rassembler toutes ces choses, reliant l'ingénierie des procédés à la modélisation économique."

Singh attribue également le fond interdisciplinaire de Venkata Sai Gargeya Vunnava, l'étudiant diplômé qui a collaboré au projet.

"Réfléchir au défi sans être bloqué mentalement dans une seule discipline académique a conduit à cette innovation, " a déclaré Singh. "Nous devons être ouverts à tout apprendre de n'importe où."

Singh a divulgué l'outil de modélisation au Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization, qui a déposé une demande de protection par brevet sur la propriété intellectuelle.