Der Anstieg des klimaschädlichen Kohlendioxids in der Atmosphäre geht weiter. Neben einem Abbau von fossilen Brennstoffen ist es auch wichtig, bereits ausgestoßenes Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. Es gibt viele Technologien, die dabei helfen können, doch welche sind effektiv und wo sollten Investitionen getätigt werden? Eine datengetriebene Methode für ein besseres Verständnis von Umweltauswirkungen und Kosten ist die sogenannte Technoökonomische Analyse, die Forscher des Department of Energy’s (DOE’s) Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) nutzen, um Wege zur Dekarbonisierung zu finden.
„Das Berkeley Lab entwickelt viele saubere Energie-Technologien, die enormen Einfluss auf unseren Weg in eine kohlenstoffarme Zukunft haben könnten. Technoökonomische Analyse hilft uns dabei, unsere Forschung auf jene Technologien zu konzentrieren, die am wahrscheinlichsten zu erschwinglichen und erfolgreichen Produkten weiterentwickelt werden können,“ sagte Berkeley Lab Direktor Mike Witherell.
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Die Technoökonomische Analyse nutzt Computermodelle zur Bewertung von Kosten und potenziellen Umweltauswirkungen von aufkommenden Technologien. Diese Modelle berücksichtigen auch die Kosten bei der Erhöhung des technologischen Einsatzes. Dieser typ des prädikativen Experiments kann Entscheidungsprozesse von Forschern, Industriepartnern, Regulierern und politischen Entscheidungsträgern unterstützen.
Eine Kombination aus starker Rechenleistung und raffinierteren Techniken hat die Technoökonomische Analyse zu einem immer stärkeren Ansatz gemacht. Das Team im Energy Technologies Bereich des Berkeley Labs besteht aus 20 Wissenschaftlern verschiedener Fachrichtungen und arbeitet in Partnerschaften mit verschiedenen Teams im Berkeley Lab und anderen Institutionen. Die Forschung erfordert oft eine Kombination aus Engineering Design, Prozess Design und Simulation, Cash Flow Analyse, Life-Cycle Assessment und geospatialer Analyse.
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Anders als frühere Technoökonomische Analyse Projekte, die sich im Allgemeinen auf bestehende Software mit begrenzten Ein- und Ausgaben stützten, erstellt Berkeley Lab nun maßgeschneiderte, mehrschichtige Computermodelle, um ein umfassenderes Bild einer Technologie zu erhalten. Noch wichtiger ist allerdings, dass das Team diese Modelle mit Daten aus der frühen Forschung im Labor verstärkt. Dadurch entsteht ein Feedback-Loop, bei dem sich die Daten und Modelle gegenseitig stärken.
Das Berkeley Lab entwickelt Technoökonomische Analyse seit zwei Jahrzehnten und die Forschung unterstützt heute verschiedene Ansätze zur Bekämpfung des Klimawandels. Dazu gehören negative Emissions-Technologien wie die direkte Luftaufnahme und die beschleunigte Verwitterung, ein Prozess, bei der chemische Reaktionen beschleunigt werden, die Kohlenstoff natürlicherweise entfernen. Darüber hinaus geht es um die Abschaffung von Herstellungsprozessen, Biokraftstoffe und Bioprodukte, Wasserstoffproduktion und Speicherung sowie Methoden zur Unterstützung einer Kreislaufwirtschaft, bei der mehr Materialien recycelt werden und der Bedarf an neuen Materialien reduziert wird.
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„In der Anfangsphase einer Technologie können wir keine Analogien nutzen und die Leistung abschätzen. Wir müssen hier wirklich neue Systeme und Prozessmodelle aufbauen, was Team Science und neue parallele Berechnungsansätze erfordert“, sagte Hanna Breunig, Forschungswissenschaftlerin am Berkeley Lab.
In einer aktuellen Studie stellte Breunig zusammen mit Kollegen ein Konzept für ein Hochtemperatur-Wärmespeichersystem vor, das große Energiemengen über einen Zeitraum von Wochen bis Monaten speichern kann. Durch Systemsanalysen konnten Schlüsselparameter wie die elektrische Leitfähigkeit, der Materialpreis und die Haltbarkeit bestimmt werden, was zur Entwicklung von Patenten für das integrierte System und Kandidatenmaterialien führte.
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