Tecnologia Científica

Avaliando o sistema global de energia
Conheça a equipe de pós-docs que desenvolvem a ferramenta de avaliação do ciclo de vida de energia da Iniciativa MIT Energy Initiative.
Por Kathryn Luu Iniciativa - 10/04/2020

Foto: Kelley Travers
Da esquerda para a direita: Tapajyoti Ghosh, Naga Srujana Goteti, Emre Gençer e
Maryam Arbabzadeh

Para Naga Srujana Goteti, pós-doc no MIT Energy Initiative (MITEI), encontrar uma carreira significativa exigiu começar do zero - três vezes. Ela trabalhou pela primeira vez como engenheira de software depois de se formar em engenharia elétrica, mas depois de apenas um ano no cargo, sentiu que algo estava faltando. Seu pai, engenheiro civil, incentivou-a a procurar significado e oportunidade no espaço energético.

Goteti abandonou sua posição de engenharia de software para realizar auditorias energéticas em edifícios como estagiária em uma pequena startup, onde um professor visitante a inspirou a se mudar da Índia para a Tailândia para obter um mestrado em energia. Depois de concluir seu programa de pós-graduação, ela ainda não tinha certeza de onde poderia aplicar melhor sua formação interdisciplinar. Ela acabou ingressando em uma empresa de petróleo e gás para trabalhar em oleodutos.

“Gostei muito do salário, é claro, mas depois de um ano, voltei à minha pergunta original: 'Qual é o objetivo disso?' Não encontrei nenhum significado no trabalho que estava realizando ”, diz ela.

Ela deixou o emprego de petróleo e gás, buscando desesperadamente pistas sobre oportunidades de pesquisa em energia limpa. A certa altura, ela estava enviando um e-mail a frio "pelo menos 30 professores por dia". Seus esforços foram recompensados ​​quando uma equipe do Instituto de Tecnologia de Rochester (RIT) informou que estavam procurando alguém com experiência em engenharia elétrica, além de experiência em energia e sustentabilidade, para se juntar a eles em um projeto especial. Goteti se encaixou no projeto e veio aos Estados Unidos para fazer seu doutorado em sustentabilidade.

“Depois de obter meu doutorado na RIT, eu realmente queria trabalhar em uma equipe interdisciplinar focada na redução das emissões de dióxido de carbono, observando várias vias de energia renovável, em vez de apenas uma”, diz ela. Essa missão a levou ao MITEI.

Goteti fez uma parceria com Tapajyoti (TJ) Ghosh, engenheiro químico da Índia, e Maryam Arbabzadeh, praticante de avaliação do ciclo de vida (ACV) do Irã - um grupo interdisciplinar de pós-doutorados que vieram ao MIT para trabalhar em uma nova ferramenta de avaliação de energia chamado Ambiente de Modelagem de Análise de Sistemas de Energia Sustentável (SESAME).

Muitas das ferramentas de avaliação de energia existentes hoje concentram-se em apenas uma fatia da torta de energia. Eles oferecem uma análise granular de energia solar, eólica ou nuclear, mas raramente examinam vários caminhos juntos, o que limita a capacidade dos formuladores de políticas e profissionais do setor de ver os impactos em tempo real de várias tecnologias no cenário energético como um todo.

"Hoje, enfrentamos um duplo desafio: satisfazer a crescente demanda de energia e reduzir as emissões", diz Emre Gençer, pesquisadora do MITEI e líder do projeto SESAME. “A composição e operação dos sistemas de energia determinam nossa capacidade de enfrentar esse desafio. Desenvolvemos o SESAME para estudar todos os setores de energia nos níveis de caminho e sistema. ”

O SESAME, que está em desenvolvimento no MIT desde 2017, permite que os usuários entendam o impacto de todas as variáveis ​​tecnológicas, operacionais, temporais e geoespaciais relevantes no sistema de energia em evolução. Vários modelos de ACV existentes requerem ajuda de especialistas para analisar os dados de uma maneira que seja útil para os formuladores de políticas e a indústria. A ferramenta SESAME visa reduzir essa divisão, para que especialistas e leigos possam entender o cenário energético atual e tomar decisões informadas sobre os melhores caminhos a seguir.

Gençer passou quase um ano montando a equipe perfeita de pós-docs para ajudar a expandir a ferramenta.

A equipe SESAME do MITEI tem agora cerca de 20 pessoas, incluindo os pós-doutorandos Arbabzadeh, Ghosh e Goteti, além de uma mistura de estudantes de graduação, pós-graduação, cientistas e candidatos a doutorado do MIT.

"A natureza multidisciplinar deste projeto requer uma forte mistura de experiências em pesquisa", diz Gençer. “Não estávamos olhando apenas dentro de uma disciplina específica para construir a equipe do SESAME. Tivemos muita intenção de reunir pesquisadores com experiência em diferentes áreas, como engenharia, estudos ambientais, sustentabilidade e economia. ”

O objetivo do MITEI é desenvolver o SESAME como um aplicativo da web de código aberto - que incorpore estudos de caso de energia de todo o mundo e leve em consideração a heterogeneidade dos dados nas regiões. Essas direções de expansão são onde entram Arbabzadeh, Ghosh e Goteti.

Caminhos para o MITEI

Quando criança, Tapajyoti Ghosh visitou campos de petróleo e instalações de gás em toda a Índia com seu pai - "um homem de petróleo e gás". Ele se lembra de se perguntar: "O que acontecerá quando todo o petróleo acabar?" Seu interesse pelos impactos ambientais da dependência da sociedade de combustíveis fósseis e pela busca de alternativas sustentáveis ​​ocorreu mais tarde.

Ghosh obteve seu diploma de bacharel em engenharia química em 2014 pela Universidade de Jadavpur, em Calcutá (Índia), após o que veio para os Estados Unidos para um programa de doutorado na Universidade Estadual de Ohio.

"Eu não tinha ideia de em que direção de pesquisa eu estava interessado", diz ele. "Passei o primeiro semestre do meu programa de doutorado decidindo o que eu queria focar." Mas então uma conversa com seu professor estabeleceu Ghosh no caminho da energia, apresentando-o à engenharia sustentável.

“A engenharia sustentável se concentra em tentar reduzir os impactos ambientais negativos causados ​​por processos de engenharia que não consideram os impactos externos de suas atividades”, diz ele. "Eu estava interessado em descobrir como podemos fazer com que nossos processos de engenharia levem em consideração os impactos ambientais durante o processo de design, além de ajudar a indústria a obter lucros".

Ele veio ao MITEI pela oportunidade de trabalhar no SESAME, que ele viu como uma ferramenta inovadora de avaliação de impacto ambiental que ajudará a indústria e os formuladores de políticas. Ele espera voltar à Índia um dia para se tornar professor de uma universidade lá.

"A conclusão do meu pós-doutorado no MIT terá um enorme impacto no meu futuro", diz ele. “Recebi várias ofertas de outras universidades e centros de pesquisa, mas, para mim, a atração estava chegando ao MIT. Eu sinto que estou na Hollywood da academia. ”

A função de Ghosh no MITEI é literalmente "abrir o SESAME" - ele está trabalhando para converter a ferramenta de um aplicativo MATLAB, que é uma linguagem de programação proprietária desenvolvida pela MathWorks, em um aplicativo da web de código aberto, que disponibilizará o SESAME para todos. usar. Este é um esforço hercúlea; a plataforma SESAME foi projetada com uma estrutura modular para permitir a análise de um número muito grande de caminhos convencionais e novos - mais de 1.000 caminhos de energia são incorporados na estrutura, capturando cerca de 90% dos dados de emissões relacionadas à energia. A estrutura do SESAME fornece múltiplas funcionalidades para várias partes interessadas em energia em uma única ferramenta. Por exemplo, aqueles que trabalham no setor ou na política podem comparar opções de tecnologia, executar análises de cenários de tecnologia e sistema ou explorar os impactos da dinâmica de mercado e política; ou especialistas em energia podem ver comparações abrangentes entre tecnologias. O Ghosh precisa traduzir tudo isso na linguagem de codificação Python para a versão de código aberto da ferramenta.

"Também estou trabalhando com um estudante de graduação para coletar dados adicionais de impacto ambiental que podemos adicionar à ferramenta e adicionar novos caminhos para a análise", diz ele. Algumas dessas novas vias incluem a produção de amônia, cimento, ferro e aço.

Maryam Arbabzadeh recebeu seu diploma de bacharel em engenharia elétrica, com foco em sistemas de energia, pela Universidade de Tecnologia Amirkabir (Politécnica de Teerã), no Irã.

“Foi aí que comecei a aprender sobre energia renovável. Fiz minha tese de graduação em energia eólica e desenvolvi ferramentas para que os usuários pudessem sugerir os locais mais eficazes para a instalação de turbinas eólicas ”, diz ela.

Quando chegou a hora de seu mestrado, Arbabzadeh sabia que queria continuar estudando engenharia elétrica, com foco em sistemas de energia. Ela veio aos Estados Unidos para frequentar a Universidade Estadual de Nova York em Buffalo (SUNY Buffalo), o que despertou seu interesse em encontrar maneiras de reduzir os impactos ambientais negativos da geração de energia.

“No SUNY Buffalo, participei de cursos sobre sistemas de energia sustentável e mudanças climáticas, e foi aí que descobri que uma das principais fontes de emissões ambientais é o setor de eletricidade / rede elétrica. Fiquei realmente interessado em aprender sobre esse aspecto da produção de eletricidade ”, explica ela.

A partir daí, ela se inscreveu em programas multidisciplinares para seu doutorado, chegando à Escola de Meio Ambiente e Sustentabilidade da Universidade de Michigan para trabalhar em um projeto de armazenamento de energia.

"Meus orientadores de doutorado estavam procurando alguém com formação em engenharia elétrica e que também estivesse interessado em aprender sobre análise de energia e ciclo de vida, por isso foi perfeito para mim", diz ela. "Minha dissertação se concentrou principalmente em armazenamento e tecnologias de energia, mas em alto nível - tudo sobre a otimização da rede elétrica e como a adição de tecnologias emergentes, como armazenamento de energia, afetaria a rede".

Ela foi atraída pelo projeto SESAME porque, durante suas experiências como praticante de ACV e modeladora de sistemas de energia, enfrentou vários desafios ao reunir todos os dados díspares necessários para formar um quadro energético abrangente.

“É interessante para mim desenvolver uma ferramenta que possa reunir todas essas peças de diferentes setores - energia, transporte, etc. - e que permita que formuladores de políticas e modeladores de energia usem a ferramenta para fazer uma análise do sistema por si mesmos” ela diz.

Atualmente, o SESAME contém dados de estudos de caso norte-americanos. A parte do projeto de Arbabzadeh, financiada pelo Programa Internacional de Colaboração em Tecnologia de Gás e Óleo da Agência Internacional de Energia, envolve a identificação de estudos de caso internacionais que podem ser incorporados ao SESAME para ajudar a ferramenta a se expandir para além dos Estados Unidos. "Emre me pediu para me concentrar especificamente no exame das perspectivas globais, por isso foi fascinante para mim ver como nossa análise pode se aplicar a outros locais". Até agora, Arbabzadeh concentrou seus esforços na identificação de possíveis estudos de caso, incluindo a Noruega / Europa do Noroeste e Cingapura. 

"Em contraste com os Estados Unidos, o setor de energia da Noruega já está limpo, porque grande parte de sua geração de energia vem da hidrelétrica, com algum apoio da energia eólica e térmica", diz ela. As exportações norueguesas para a Europa continental podem permitir o deslocamento de carvão com gás natural e reduzir as emissões de gases de efeito estufa.

"A produção de petróleo e gás é o principal contribuinte para as emissões de gases de efeito estufa na Noruega, seguidas pela indústria e pelo transporte", diz Arbabzadeh. Ela está trabalhando com um estudante de graduação para examinar as atividades de produção e suas emissões associadas em cerca de 90 campos de petróleo e gás em toda a Noruega. Essas emissões podem ser mais do que compensadas por projetos inovadores planejados de captura e seqüestro de CO 2 que armazenarão permanentemente CO 2 capturado de várias fontes em toda a Europa.

Essas informações podem ajudar a Noruega e outros produtores de petróleo e gás de todo o mundo a aprender sobre como eles podem reduzir as emissões de gases de efeito estufa em seus processos e sistemas associados.

O interesse de Arbabzadeh em contribuir para a ferramenta SESAME vai além da motivação profissional: “Pessoalmente, quero causar um impacto. Eu estava muito interessado em vir ao MITEI para trabalhar com essa ferramenta porque, quando estiver disponível, fará realmente a diferença em vários setores e será muito útil para as partes interessadas que trabalham no espaço energético. ”

Seu trabalho na ferramenta complementa o de Goteti, encarregado de capturar a heterogeneidade dos dados de todos os Estados Unidos, começando pelos sistemas de energia. "Este é um grande desafio, porque exige a interligação de todos os bancos de dados em todo o país para que eles possam ser integrados à plataforma SESAME", diz Goteti. "Meu objetivo é automatizar esse processo para que ele possa ser usado no SESAME como parte de nossa análise para mostrar, por exemplo, como a Califórnia é diferente do Texas".

Arbabzadeh e Goteti usam modelos de pesquisa semelhantes para suas respectivas partes do projeto.

“Existe uma estranha desconexão entre diferentes tipos de pesquisadores de energia. As pessoas da ACV veem os modelos de energia de maneira diferente dos modeladores de sistemas de energia complexos. Modelos complexos de sistemas de energia normalmente examinam uma área em detalhes minuciosos, enquanto a ACV examina todo o espectro ”, diz Goteti. "O SESAME preenche a lacuna entre operações e ciclo de vida em muitos dos modelos atuais, oferecendo a todos os especialistas em energia uma abordagem holística para analisar todos os sistemas juntos".

Colaborando para "abrir o SESAME"

Quando perguntados sobre como seus papéis funcionam juntos, eles oferecem uma explicação enganosamente simples: “O TJ está trabalhando na estrutura e nos fornece instruções em termos de quais dados específicos a ferramenta precisa, e é isso que Srujana e eu tentamos coletar”, diz Arbabzadeh.

A realidade do escopo do trabalho pelo qual cada um deles foi encarregado e o nível de colaboração necessário para atingir esses objetivos é muito mais complexo. A natureza interdependente de seu trabalho exige que eles se comuniquem diariamente, pois o progresso no projeto depende dos resultados de cada pessoa. As informações que Ghosh recebe de Goteti e Arbabzadeh são parte integrante da expansão do SESAME; e, por sua vez, Goteti e Arbabzadeh dependem da orientação de Ghosh para obter os dados e fornecê-los em um formato compatível com SESAME.

A equipe também está trabalhando para incorporar outras categorias de impacto ambiental no modelo - além das emissões de gases de efeito estufa, nas quais a ferramenta atualmente se concentra. Eles esperam incluir fatores como impactos da água, poluentes do ar e uso da terra.

Embora tenham diferentes experiências de pesquisa, Goteti explica: “Temos uma experiência comum com a ACV, portanto, temos um entendimento básico do que a equipe do SESAME está fazendo de maneira geral, mesmo que não saibamos no que o outro está trabalhando. em um nível granular. "

Além de apoiarem-se mutuamente, ao trazer suas diversas áreas de especialização para o trabalho no MITEI, encontraram apoio do MITEI e da comunidade pós-doc do MIT como um todo.

“O MITEI é um centro único, onde as pessoas conversam sobre o que estão trabalhando, mesmo com outras pessoas fora do projeto. Cientistas de pesquisa, pós-doutorandos e estudantes sentam-se juntos para discutir nossa pesquisa e, na verdade, nos fornecemos informações valiosas ”, observa Goteti. “Não há uma visão de túnel de seus próprios projetos; todos estão abertos a ajudar os outros, o que não acontece em locais mais corporativos, onde é um espírito de 'meu projeto versus o seu projeto'. ”

Arbabzadeh concorda: “Além da colaboração na pesquisa, fiquei surpreso ao saber como os pós-docs são reconhecidos aqui no MIT. Existem muitos recursos de desenvolvimento profissional e até um consultor de carreira especificamente para pós-docs! Foi único para mim ver como os pós-docs são tratados aqui. ”

Goteti e Ghosh também valorizam a proximidade com os principais professores, no MITEI e no MIT. "Ter acesso ao corpo docente é muito importante para mim, vindo da Índia", diz Goteti.

“Sinto-me feliz por dar uma olhada neste mundo muito exclusivo. Esse tipo de oportunidade - ser capaz de se envolver com os principais pesquisadores, CEOs etc. do mundo - não estava disponível para mim em minhas instituições anteriores ”, diz Ghosh. “O fundador da Zipcar fica em frente ao meu cubículo! Há um laboratório vencedor do Prêmio Nobel no andar abaixo do nosso. ”

Cada membro do trio apresentará resultados de suas partes da expansão da ferramenta SESAME em várias conferências e contribuiu para uma série de artigos de periódicos sobre a ferramenta, que eles antecipam que serão publicados no próximo ano.

Contribuindo para a transição energética de baixo carbono

Vindos de diferentes origens, Arbabzadeh, Ghosh e Goteti estão unidos pelo desejo de dedicar suas áreas de especialização a impulsionar soluções avançadas de energia limpa.

Ghosh gostaria de responder às perguntas que ele teve desde a infância, primeiro desencadeado por suas visitas a campos de petróleo com seu pai. “O que substituirá a dependência mundial de combustíveis fósseis? Qual é a forma mais limpa de energia da qual os humanos podem depender por um longo período de tempo? Será o reator de arco de Tony Stark ou algum reator de fusão nuclear como um tokamak, ou apenas energia solar e eólica, ou alguma outra solução milagrosa? Estou interessado em responder a perguntas futuristas como essas ”, diz Ghosh.

Arbabzadeh está focada em usar sua experiência para resolver desafios ambientais em benefício do nosso planeta e de seus futuros habitantes. “Durante o mestrado, aprendi sobre os impactos ambientais negativos da produção de eletricidade e me perguntei: 'Como podemos melhorar isso? Eu tenho as habilidades e conhecimentos, mas como posso fazer mais? '”, Acrescenta Arbabzadeh. “Tentar resolver esses desafios é emocionante para mim. Eu acho que o setor de energia é muito importante em termos de mudanças climáticas, e a descarbonização da produção de energia é uma área em que podemos realmente causar um impacto positivo para as gerações futuras. ”

Em energia, Goteti encontrou o trabalho significativo que ansiava por todos esses anos; não haverá mais recomeço. “Os governos colapsam por causa da energia; as economias são movidas pela energia - acho que a energia é a espinha dorsal de tantas coisas que não percebemos ”, diz Goteti. “Isso me excita muito. Quando criança, nunca gostei de política, mas agora assisto às notícias o tempo todo e entendo que tudo está relacionado. No final das contas, é tudo sobre energia. ”

O suporte para a ferramenta SESAME foi fornecido pela ExxonMobil e pelo Programa Internacional de Colaboração em Tecnologia de Gás e Óleo da Agência Internacional de Energia. A versão beta online do SESAME está prevista para meados de 2020. Inscreva-se para se tornar um usuário beta em sesame.mit.edu.

 

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