空气中导致地球变暖的二氧化碳含量继续上升。通过远离化石燃料来减少排放是当务之急，但消除已经排放的碳也是如此。在摆在桌面上的众多新兴技术中，哪些最有效，在哪里?费用呢?什么样的投资会产生最大的影响?

能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室(BerkeleyLab)的科学家们正在通过技术经济分析来回答这类问题，这是一种数据驱动的方式来预测脱碳的最佳途径。

“伯克利实验室正在开发许多清洁能源技术，这些技术可能对我们通往低碳未来的道路产生巨大影响。技术经济分析帮助我们将研究重点放在那些最有可能开发成成功且负担得起的产品的技术上，”说伯克利实验室主任MikeWitherell。

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从创新到成熟技术的桥梁

技术经济分析使用计算机模型来评估新兴技术的成本影响和潜在环境影响。这些模型可以建立在一项技术的初步研究结果之上，并计算扩大它的成本。这种类型的预测分析可用于支持研究人员、行业利益相关者、监管机构和政策制定者的决策制定。

强大的计算能力和更复杂的技术相结合，使技术经济分析成为一种越来越强大的方法。因此，伯克利实验室的团队以该实验室的能源技术领域为中心，员工遍及地球与环境科学和生物科学领域，现已扩大到包括来自广泛学科的20名科学家，他们与伯克利实验室和其他机构的团队合作.

研究通常需要结合工程设计、流程设计和模拟、现金流分析、生命周期评估和地理空间分析。

伯克利实验室研究科学家HannaBreunig说：“对于一项新技术，我们不能只是对一个行业进行类比并猜测它的表现。我们确实需要围绕它们构建全新的工程系统和过程模型”.“这需要团队科学和新的计算方法来开始预测性能。”

早期的技术经济分析项目通常依赖于输入和输出有限的现有软件，而如今伯克利实验室的研究人员正在创建量身定制的多层计算机模型，以更全面地了解一项技术。更重要的是，该团队一直在使用实验室早期研究的数据来支持这些模型。这创建了一个反馈循环，其中数据加强了模型，反之亦然。

伯克利实验室在过去二十年的技术经济分析历史现在证明在各种关键的气候变化缓解战略中是有用的。这包括负排放技术，例如直接空气捕获和增强风化，这是一种加速化学反应的过程，可以自然去除碳。它还包括脱碳制造;生物燃料和生物制品;制氢和储存;以及支持循环经济的方法，在循环经济中可以回收更多材料，避免制造新材料。

伯克利实验室的科学家科琳·斯考恩(CorinneScown)说：“当技术刚刚起步并且正在迅速商业化时，我们正在从各个方向获取数据。”“因此，我们必须真正快速地了解成本、能源平衡和排放的主要驱动因素。这需要我们一直在构建的技术专长和能力。”

高温热能储存

在最近的研究中，Breunig及其同事提出了一种高温热能储存系统的概念，该系统可以在数周至数月的时间内储存大量能量。Breunig和该研究的共同作者、伯克利实验室附属机构SeanLubner假设可以设计新的复合材料来满足此类系统的需求。

系统分析用于根据系统的平准化成本目标对关键材料参数(例如电导率、材料价格和耐用性)的目标进行逆向工程。结果是集成系统和候选材料的专利，以及基于最有前途的材料的原型。

无限可回收塑料

最近的其他技术经济分析工作集中在一种称为聚(二酮烯胺)或PDK的无限可回收塑料上。这种材料是几年前在伯克利实验室发明的。现在，包括伯克利实验室的博士后学者BaishakhiBose在内的研究人员正在对该材料的最具成本效益的版本以及材料可能最有效的地方(床垫和汽车零件是两种候选材料)进行分析以将其归零。

“通过技术经济分析，我们可以生成场景，帮助我们确定实验室中正在探索的PDK化合物是否与目前市场上的塑料化合物具有成本竞争力，”Bose说。“技术经济分析研究还帮助我们了解PDK生产过程的哪些阶段需要改进。”

从空气中去除碳

Breunig和地球与环境科学领域的同事正在为一种称为增强风化的技术制定最佳实践指南，在这种技术中，将粉碎的岩石添加到土壤中，以最大限度地去除碳，并有可能改善土壤质量并提高作物产量。

伯克利实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室以及其他几家实验室和大学的研究人员正在合作编写一份即将发布的报告《清除道路》，该报告将评估工程方法和基于自然的方法从空气中去除二氧化碳的前景。鉴于二氧化碳浓度在不到200年的时间里上升了50%，世界需要可行的清除方案，例如直接空气捕获、生物质碳清除和储存(BiRCS)以及改进的森林和农田管理实践。

“这份报告有可能产生真正的影响，不仅仅是因为我们有能力说明我们认为到2050年我们可以清除多少碳，而且还因为最需要二氧化碳管道等基础设施投资的地方，”斯考恩说。

制氢与储存

在美国能源部HyMARC计划的持续工作中，伯克利实验室研究科学家PengPeng和Breunig正在开发一种计算方法，用于评估用于储氢应用的吸附剂材料。他们的工作已被材料科学和其他领域的同事用于开始共同设计吸附剂和工程存储系统，用于目标应用，例如替代柴油发电机的备用电源系统。

生物燃料和生物制品

就生物燃料而言，技术经济分析可以告诉您特定生物燃料实现可靠投资回报所需的最低价格。或者它可以预测如果设施也从粪便和食物垃圾中制造沼气，成本和排放影响将如何改变乙醇生物精炼厂。生物基产品和燃料的碳强度是确保税收激励的最关键指标，但需要对可能在空间和时间上高度异质的供应链和流程进行仔细的生命周期评估和碳核算。

决策的科学依据

除了为新兴技术的商业开发指明道路外，此类分析还为研究人员、决策者和行业分配资源以开发和部署气候解决方案提供了关键信息。

Breunig说：“直到技术经济分析开始出现，氢气在支持电网、重型车辆和航运方面发挥着重要作用才变得清晰起来。”“这种观点直接来自于与电池等其他技术相比的技术性能和成本。”

公私伙伴关系也是加强技术经济分析和帮助推动技术发展的重要途径。“如果你能够与公司合作并确保你将他们的一些经验教训重新纳入建模，那么效果最好，”斯考恩说。

在与总部位于加利福尼亚州的零废物能源开发公司(ZWEDC)合作的一个项目中，伯克利实验室的研究人员研究了垃圾填埋、堆肥和厌氧消化等不同管理城市有机固体废物的方式对碳和空气污染物排放的影响。

作为该项目的一部分，他们模拟了圣何塞ZWEDC设施的运营，然后探索了该设施的替代策略。结果表明，从气候的角度来看，将有机废物从垃圾填埋场转移是多么有益，但也揭示了堆肥可能带来的一些空气质量挑战。展望未来，该团队正在探索使用粪便产生能量的选择和碳封存的机会。

分析还可以估计对当地社区福祉至关重要的影响，例如创造当地就业机会、标准空气污染物的变化以及对水系统的影响。分析中捕获的其他影响包括关键材料供应链的风险、产品可回收性以及许多其他见解。

技术经济分析有助于构建涵盖近期和长期机会的路线图。Scown说，这些结果可以为推进“唾手可得的成果”提供有力的支持，例如生物质能去除碳等解决方案，这些解决方案今天已准备就绪。另一方面，技术经济分析可以在为直接空气捕获和氢气等早期技术规划前进道路方面发挥核心作用。

“这将是一个需要数十年才能解决的问题，”Breunig说。“拥有计算技能和团队成员的多样性来支持创新管道具有很大的价值。”