Ett nytt verktyg hittar dolda förbindelser mellan industrisektorer och identifierar möjligheter att minska avfall och minska koldioxidutsläpp genom att kartlägga den fysiska ekonomin för en region.

"Klimatet och ekonomin är för viktiga för att vi ska kunna göra misstag, "sade Shweta Singh, den tvärvetenskapliga forskaren vid Purdue University som utvecklat verktyget. "Detta verktyg ger en helhetsbild och gör det möjligt för beslutsfattare och industri att koppla in en potentiell förändring och se resultaten. De inblandade kan praktiskt taget testa olika alternativ innan de fattar ett beslut."

Tidigare nollavfall och koldioxidsnåla insatser fokuserade på en del av industriflödet, till exempel, minska energianvändningen i en enda produktionsprocess. Dock, en syn på hela systemet behövs för att göra de bästa valen och de mest effektiva investeringarna i framväxande teknik för övergripande förbättringar, Hon sa.

"Tillvägagångssättet är som det mänskliga genomprojektet, men för den fysiska ekonomin - kartläggning av förhållandet mellan industri och miljö, "sa Singh, som innehar utnämningar som biträdande professor i jordbruks- och biologiteknik vid College of Agriculture och miljö- och ekologisk teknik vid Engineering College. "Det gör att vi kan hitta och förstå kopplingar inom hela systemet. Vi behövde det mänskliga genomprojektet - den fullständiga kartan - för att börja identifiera generna som är nyckeln till sjukdom eller hälsa, och vi behöver en fullständig karta över den fysiska ekonomin för att identifiera vilka förändringar som är viktiga för att uppnå hållbarhet. "

Teorin bakom modellen är detaljerad i ett papper i tidskriften Energi- och miljövetenskap av Royal Society of Chemistry. Ett papper fokuserat på molnplattformsverktyget kommer att publiceras i Journal of Industrial Ecology .

Verktyget använder fysiska principer och mekanistiska modeller från fysik, teknik och biologi för att automatisera kartläggning av den fysiska ekonomin, och det är mycket snabbare än standardmetoderna, Sa Singh.

"Med detta modelleringsverktyg, vi kan göra på en dag vad som skulle ha tagit 100 dagar, "sa hon." De befintliga kartläggningsmetoderna var tråkiga och tidskrävande. Genom att betrakta varje ekonomisk sektor som en process - ta resurser genom fysiska förändringar för att skapa en produkt - kan vi använda befintliga mekanistiska modeller för att kartlägga en multiskala syn på den fysiska ekonomin. Med det på plats kan vi göra förändringar och se kaskaden av händelser från processen till sektorn till hela ekonomin. "

Singh använde verktyget för att kartlägga Illinois fysiska ekonomi för tio agrobaserade sektorer från jordbruk till nedströms bearbetning av produkter. Modellen hittade kopplingar och belyste möjligheter för storskalig återvinning för att minska avfall. Resultaten visade att antagandet av teknik för återvinning av industriellt avloppsvatten och grisgödsel skulle ha störst effekt genom att minska mer än 62% av produktionen av svinnavfall, 96% av torrt majsfräs, och 99% av sojabönans avfall.

"Vi hittade också indirekta kopplingar, till exempel återvinning av avfall från lantbruket ledde till minskade utsläpp i produktionen, "Singh sa." I leveranskedjan, experter pratar om först, andra och tredje ordningens effekter. Tredje ordningens effekter är kanske inte uppenbara, men de kan verkligen påverka. Här blir det transparent, och vi kan snabbt identifiera den tredje ordningens inverkan. "

Singh ger en mångsidig akademisk bakgrund när det gäller att väcka idén till modellen.

"Jag har alltid haft ett intresse för olika discipliner, "sa hon." Mina vänner skämtade om att jag hade gått en klass i varje byggnad på campus. Jag började faktiskt mina studier i kemiteknik, som tar en närmare titt på flödet av en kemisk reaktion och de biprodukter som skapas. Sedan, medan du studerar hållbarhetsbedömning för industrisystem, Jag utvidgade min räckvidd till makroekonomiska ramar. Det fick mig att undra varför det inte var mer kommunikation och crossover mellan disciplinerna. I denna modell, Jag försöker få ihop alla dessa saker, koppla samman processteknik med ekonomisk modellering. "

Singh krediterar också den tvärvetenskapliga bakgrunden till Venkata Sai Gargeya Vunnava, doktoranden som samarbetade i projektet.

"Att tänka på utmaningen utan att vara mentalt fast i en enda akademisk disciplin ledde till denna innovation, "Singh sa." Vi måste vara öppna för att lära oss vad som helst var som helst. "

Singh avslöjade modelleringsverktyget för Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization, som har ansökt om patentskydd på immateriella rättigheter.