Preguntas y respuestas con Alberta (“Birdie”) Carpenter: Cómo desenredar el carbono de la vasta red de cadenas de fabricación y suministro

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Birdie Carpenter’s La infancia fue una migración constante. Nació en Guam, pasó unos años en Saipan (la isla más grande de las Islas Marianas del Norte en el Océano Pacífico) y, debido a que su padre estaba en el Servicio Exterior de los Estados Unidos, creció en Taiwán, Liberia, Sudán, Pakistán, y Somalia.

Pero Carpenter considera a Saipan su verdadero hogar. Durante su juventud, la isla aún tenía que instalar semáforos o ver señales de un clima cambiante. Si se hubiera inventado el término “huella de carbono”, la de Saipan se habría descrito como muy, muy pequeña.

Hoy, Carpenter estudia algunas de las huellas de carbono más grandes del mundo, que son tan complejas, vastas y entrelazadas como su educación: el sector manufacturero y las cadenas de suministro.

Se necesita dinero y energía para hacer cada jarra de leche, chaqueta de cuero, automóvil y todo lo demás. Desde la extracción de materias primas hasta la fabricación y el envío y hasta la eliminación, cada producto tiene una huella de carbono compleja. Pero estas huellas a menudo son difíciles de desenredar. Ahí es donde entra en juego el cerebro de fabricación Carpenter.

Sus herramientas de seguimiento, como el Flujos de materiales a través de la herramienta de modelado de la industria, que ayudó a diseñar y ahora administra, identifica los puntos calientes de carbono en las cadenas de suministro y ofrece estrategias para que las industrias reduzcan las emisiones. Su trabajo está ayudando a transformar los ciclos de vida de los productos del país, a menudo lineales, en una economía circular, en la que los productos usados ​​no terminan en los vertederos, sino que regresan al principio como valiosos materiales reciclados.

Carpenter ha pasado 12 años trabajando como ingeniero ambiental senior en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL). Hasta ahora, ha diseñado herramientas y métodos para analizar Escasez de fabricación causada por COVID-19, reduzca los residuos plásticos con el Consorcio de tecnologías bio-optimizadas para mantener los termoplásticos fuera de los vertederos y el medio ambiente (BOTTLE ™)y estudiar cómo los materiales novedosos y reciclables para paneles solares y turbinas eólicas podrían ayudar a construir un sector energético 100% libre de carbono.

Recientemente, Carpenter, quien es miembro del Grupo de Recursos y Sustentabilidad de NREL en el Centro de Análisis Estratégico de Energía, compartió cómo terminó en ingeniería ambiental, en qué está trabajando ahora y cómo la próxima generación puede unirse a la causa.

¿Cuál es tu historia de origen científico? ¿Qué te atrajo de la ciencia?

Es un poco divertido. Las matemáticas y las ciencias eran más fáciles para mí en la escuela secundaria, así que mi pensamiento inicial fue dedicarme a la economía, porque eso es lo que estaba haciendo mi papá. Pero dijo: “Esa es una idea terrible. Deberías ser ingeniero “. Mi padre fue mi primer y mejor mentor en la vida, así que seguí su consejo y me dediqué a la ingeniería.

Carpenter (en verde) se ofreció como voluntario para ayudar a administrar el stand de NREL en un evento de Girl Power 2016 en el Museo de Historia Natural de Denver. Foto cortesía de Alberta Carpenter.

Para sus estudios de pregrado, terminó especializándose en ingeniería oceánica en la Academia Naval de EE. UU. ¿Por qué elegiste esa escuela?

Como estudiante de secundaria, me invitaron a visitarlo. Fue revelador. Por un lado, iba a ser una educación totalmente remunerada con un trabajo garantizado (suponiendo que te gradúes). Y también tenían un par de estudiantes guiándonos que parecían mucho más confiados y seguros de sí mismos que yo en ese momento. Eso realmente me resonó. Yo estaba como, “¡Oh, esto podría ser increíble! Saldré como una persona más segura “.

¿Tuviste alguna duda en el camino?

Ojalá hubiera tomado más cursos de economía y tal vez más cursos de arte e historia (¡por diversión!). Pero no me arrepiento de haberme dedicado a la ingeniería. Me ha traído aquí.

¿Qué hiciste después de graduarte?

Trabajé en la Marina durante cinco años, sin hacer nada relacionado con la ingeniería oceánica. Después de la Marina, solo seguí mi olfato hasta que terminé de regreso a casa en Saipan, trabajando en la gestión de residuos en el Departamento de Obras Públicas. Fue entonces cuando descubrí que la ingeniería ambiental era algo que tenía que hacer.

¿Qué provocó ese cambio?

La gestión de residuos tenía tantos desafíos y problemas. Era caro y tenía impactos sustanciales en el medio ambiente. La ingeniería ambiental tradicional se trata más de diseñar vertederos o sistemas de tratamiento de aguas residuales. Si bien es importante comprender ese conocimiento y debemos administrar lo que le estamos haciendo al medio ambiente, tomé una dirección más generalista.

Pero no te quedaste ahí, ¿verdad?

Trabajé en Saipan durante tres años. Pero sabía que quedarme allí limitaría mis oportunidades de crecimiento profesional. Entonces, volví y obtuve mi maestría en ingeniería ambiental y luego continué con mi doctorado, porque pensé, “Si no lo hago ahora, nunca lo haré”.

Obtuvo una maestría de la Universidad Carnegie Mellon y un doctorado. de la Universidad de New Hampshire, ambos en ingeniería ambiental. Después de eso, se unió a NREL y lleva aquí 12 años. ¿En qué estaba trabajando cuando comenzó y cómo ha cambiado su enfoque de investigación con el tiempo?

Empecé con el grupo de investigación de la edificación, gestionando la Base de datos de inventario del ciclo de vida de EE. UU.. Mi conocimiento de los edificios es bastante limitado, así que terminé conectándome con Margaret (Maggie) Mann y otros investigadores del Centro de Análisis Estratégico de Energía de NREL que estaban realizando un trabajo más transversal en la evaluación del ciclo de vida. Finalmente, me metieron en el análisis de la cadena de suministro. Eso siguió creciendo y, cuando Maggie se trasladó al grupo de investigación de transporte, asumí el liderazgo del trabajo de análisis que estábamos haciendo para la Oficina de Fabricación Avanzada (AMO) del Departamento de Energía de EE. UU.

Ha realizado una gran cantidad de trabajo de análisis estratégico para AMO. Cuéntanos sobre eso.

Maggie estaba dirigiendo un proyecto para crear una herramienta para evaluar la cadena de suministro, las necesidades energéticas y las emisiones de carbono de la fabricación estadounidense desde el principio (materia prima) hasta el final (eliminación). Que se convirtió en el Flujos de materiales a través de la herramienta de modelado de la cadena de suministro de la industria.

En años anteriores, AMO se centró principalmente en cómo reducir el consumo de energía dentro de las puertas de las instalaciones de fabricación. Pero la cadena de suministro también forma parte de los sectores industrial y manufacturero. Están estrechamente integrados. Y hay mucha evidencia de que la cadena de suministro puede tener un impacto mucho mayor.

Muchas partes del sector manufacturero y la cadena de suministro utilizan productos del sector químico, por ejemplo. Es por eso que AMO comenzó a pensar de manera mucho más amplia, observando las interconexiones y la dependencia de los sectores entre sí. Los cambios específicos en la cadena de suministro tienen un efecto dominó; podrían tener impactos realmente significativos. O no. No lo sabes hasta que empiezas a mirarlo desde esa perspectiva holística.

Derecha. Ha estado observando específicamente cómo las tecnologías y los materiales de próxima generación podrían afectar la cadena de suministro y causar un efecto dominó, ¿verdad?

Exactamente. Observamos tecnología prometedora en etapa inicial y validamos si sus beneficios pueden superar o no cualquier impacto negativo en la cadena de suministro. Entonces, por ejemplo, en un Estudio de 2017 sobre la mejora de los impactos de los materiales y la energía en las cadenas de suministro de productos básicos, Rebecca Hanes, ingeniera química de NREL, y yo analizamos los cuadros de fibra de carbono para vehículos. La fibra de carbono es liviana y reduce la cantidad de combustible que requiere un vehículo. Este es un gran beneficio. Pero si miramos hacia arriba, sabemos que la producción de fibra de carbono consume mucha energía. Por lo tanto, evaluamos diferentes formas de producir fibra de carbono para ver si alguna podía reducir el uso de energía.

¿Cuáles cree que son los mayores desafíos que aún enfrenta la cadena de suministro en la actualidad?

Ahí está la pieza de consumo de material. Producir materias primas para cualquier tipo de producto requiere mucho tiempo, energía y dinero. Si somos más eficientes en el uso de materiales, podemos reducir los impactos de la cadena de suministro, como las emisiones de carbono.

Y muchas de estas tecnologías de próxima generación requieren materiales que tienen un suministro o disponibilidad limitados. Este es un desafío de materiales crítico. No podemos simplemente tirar estos materiales, entonces, ¿cómo nos aseguramos de que estén disponibles para la economía y las generaciones futuras?

Además, la fabricación utiliza muchas cosas realmente desagradables y produce mucha contaminación. Entonces, ¿cómo lo hacemos mejor? Esto puede entrar en juego más si piensa en los problemas de equidad. Idealmente hablando, la fabricación debería proporcionar beneficios medioambientales. Creo que aquí es donde tenemos que ir. ¿Cómo puede la manufactura ser parte de los servicios de los ecosistemas para que no degraden el ecosistema, sino que lo fortalezcan o lo mejoren? Esto también puede ayudar con los problemas de equidad para que no dañemos el suministro de agua ni contaminemos el aire de las comunidades.

¿Cómo crees que estamos haciendo frente a estos desafíos?

Se está trabajando un poco, pero nos queda un largo camino por recorrer.

A lo largo de su carrera en NREL, ha analizado muchos productos diferentes, incluidos plásticos y paneles solares. ¿Te apasiona más alguien en particular?

Todos son realmente importantes. Obviamente, hay muchas noticias sobre los terribles desechos plásticos en el océano y lo terrible que somos para reciclarlos, especialmente los plásticos de un solo uso. El plástico proporciona valor, como el envasado de alimentos, que reduce el desperdicio de alimentos. Pero no lo gestionamos bien. ¿Cómo lo hacemos mejor?

Fotovoltaica [for solar panels] son un desafío diferente. Es un valor diferente, ¿verdad? La energía solar es la forma en que avanzamos hacia una economía descarbonizada. Pero los paneles no son fáciles de reciclar. Entonces, ¿cómo manejas eso? Se podría decir lo mismo de la tecnología eólica, que nos va a ayudar a descarbonizar, pero los aerogeneradores son enormes. Todos son únicos y requieren diferentes enfoques, diferentes soluciones tecnológicas y diferentes soluciones logísticas para fabricar y reciclar los materiales. No existe una solución única para todos.

¿Qué consejo le daría a un joven científico que está considerando una carrera en ingeniería ambiental?

Asegúrese de que le apasiona el trabajo porque es desafiante y puede ser tedioso. Siempre que sienta que es valioso e importante, está en el lugar correcto. Y sé curioso y abierto. Es una calle de doble sentido. No solo está aprendiendo de sus colegas, sino que también está enseñando a sus colegas, por lo que no debe tener miedo de hablar. Esté preparado para hacer preguntas y ser inquisitivo sobre lo que está escuchando. Necesitamos todas esas voces para asegurarnos de que no estamos bebiendo nuestro propio Kool-Aid.

Este perfil es parte de la serie Manufacturing Mastermind, que muestra a algunos de los investigadores destacados de NREL en fabricación avanzada.

NREL es ayudar a reducir las emisiones de carbono y los costos asociados con la fabricación y las cadenas de suministro al mismo tiempo que facilita la transición a un futuro de energía 100% limpia. Nuestros investigadores analizan fabricación global de energía limpia – incluidos los paneles solares y las turbinas eólicas – examinar el las necesidades de energía y materiales de la industria manufactureray rastrear los ciclos de vida de los productos para ayudar a reducir los desechos, aumentar el reciclaje y construir una economía circular.

Artículo cortesía de Laboratorio Nacional de Energías Renovables.

Imagen destacada cortesía de NREL, Birdie Carpenter.

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