Birdie Carpenter Kindheit war eine ständige Migration. Sie wurde in Guam geboren, verbrachte einige Jahre auf Saipan (der größten Insel der Nördlichen Marianen im Pazifischen Ozean) und wuchs, da ihr Vater im US-Auswärtigen Dienst war, in Taiwan, Liberia, Sudan, Pakistan, und Somalia.
Aber Carpenter betrachtet Saipan als ihr wahres Zuhause. Während ihrer Jugend hatte die Insel noch keine Ampeln installiert oder Anzeichen eines sich ändernden Klimas gesehen. Wäre der Begriff „Carbon Footprint“ erfunden worden, wäre der von Saipan als sehr, sehr klein bezeichnet worden.
Heute untersucht Carpenter einige der größten CO2-Fußabdrücke der Welt, die so komplex, umfangreich und verflochten sind wie ihre Erziehung: den Fertigungssektor und die Lieferketten.
Es kostet Geld und Energie, um jeden Krug Milch, Lederjacke, Auto und alles dazwischen herzustellen. Vom Abbau der Rohstoffe über die Herstellung und den Versand bis hin zur Entsorgung hat jedes Produkt eine komplexe CO2-Bilanz. Aber diese Fußabdrücke sind oft schwer zu entwirren. Hier kommt Fertigungs-Mastermind Carpenter ins Spiel.
Ihre Tracking-Tools – wie die Materialflüsse durch das Branchenmodellierungstool, das sie mitentwickelt hat und jetzt betreibt – identifiziert CO2-Hotspots in Lieferketten und bietet Strategien für die Industrie zur Reduzierung von Emissionen. Ihre Arbeit trägt dazu bei, die allzu oft linearen Produktlebenszyklen des Landes in eine Kreislaufwirtschaft zu verwandeln, in der gebrauchte Produkte nicht auf Deponien landen, sondern als wertvolles, recyceltes Material an den Anfang zurückkehren.
Carpenter hat 12 Jahre als leitender Umweltingenieur am National Renewable Energy Laboratory (NREL) gearbeitet. Bisher hat sie Werkzeuge und Methoden zur Analyse entwickelt COVID-19 verursachte Produktionsengpässe, Plastikmüll reduzieren mit dem Biooptimierte Technologien, um Thermoplaste von Deponien und der Umwelt fernzuhalten (BOTTLE™) Konsortium, und untersuchen, wie neuartige, recycelbare Materialien für Sonnenkollektoren und Windturbinen zum Aufbau eines zu 100 % kohlenstofffreien Energiesektors beitragen könnten.
Vor kurzem teilte Carpenter, die Mitglied der Ressourcen- und Nachhaltigkeitsgruppe von NREL im Strategic Energy Analysis Center ist, wie sie in die Umwelttechnik gelandet ist, woran sie jetzt arbeitet und wie sich die nächste Generation der Sache anschließen kann.
Was ist Ihre Herkunftsgeschichte als Wissenschaftler? Was hat Sie zur Wissenschaft gereizt?
Das ist ein bisschen lustig. Mathematik und Naturwissenschaften fielen mir in der High School leichter, also war mein erster Gedanke, Wirtschaftswissenschaften zu studieren, weil mein Vater das tat. Aber er sagte: „Das ist eine schreckliche Idee. Du solltest Ingenieur werden.“ Mein Vater war mein erster und bester Mentor im Leben, also folgte ich seinem Rat und ging ins Ingenieurwesen.
Carpenter (in Grün) meldete sich freiwillig, um bei einer Girl Power-Veranstaltung 2016 im Natural History Museum von Denver den Stand von NREL zu leiten. Foto mit freundlicher Genehmigung von Alberta Carpenter.
Für Ihr Grundstudium haben Sie an der US Naval Academy das Hauptfach Meeresingenieurwesen studiert. Warum haben Sie sich für diese Schule entschieden?
Als Gymnasiast wurde ich zu einem Besuch eingeladen. Es öffnete die Augen. Zum einen sollte es eine voll bezahlte Ausbildung mit Arbeitsplatzgarantie sein (vorausgesetzt, Sie haben einen Abschluss). Und sie hatten auch ein paar Studenten, die uns herumführten und die viel selbstbewusster und selbstsicherer wirkten als ich zu dieser Zeit. Das hat bei mir richtig Anklang gefunden. Ich dachte: „Oh, das könnte großartig sein! Ich werde eine selbstbewusstere Person sein.“
Hatten Sie auf dem Weg irgendwelche Zweifel?
Ich wünschte, ich hätte mehr Wirtschaftskurse belegt und vielleicht mehr Kunst- und Geschichtskurse (zum Spaß!). Aber ich bereue es nicht, ins Ingenieurwesen gegangen zu sein. Es hat mich hierher gebracht.
Was haben Sie nach Ihrem Abschluss gemacht?
Ich habe fünf Jahre bei der Marine gearbeitet und nichts mit Meerestechnik zu tun. Nach der Navy folgte ich nur meiner Nase, bis ich wieder zu Hause in Saipan landete, wo ich im Department of Public Works in der Abfallwirtschaft arbeitete. Da wurde mir klar, dass Umwelttechnik etwas ist, was ich tun muss.
Was hat diese Veränderung ausgelöst?
Die Abfallwirtschaft hatte so viele Herausforderungen und Probleme. Es war teuer und hatte erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt. Bei der traditionellen Umwelttechnik geht es eher um die Planung von Deponien oder Abwasserbehandlungssystemen. Obwohl es wichtig ist, dieses Wissen zu verstehen, und wir müssen verwalten, was wir mit der Umwelt tun, aber ich ging in eine allgemeinere Richtung.
Aber du bist nicht dort geblieben, oder?
Ich habe drei Jahre in Saipan gearbeitet. Aber ich wusste, dass ein Verbleib dort meine Möglichkeiten zur beruflichen Weiterentwicklung einschränken würde. Also ging ich zurück und machte meinen Master in Umweltingenieurwesen und machte dann meine Doktorarbeit, weil ich dachte: “Wenn ich es jetzt nicht mache, werde ich es nie tun.”
Sie haben einen Master-Abschluss der Carnegie Mellon University und einen Ph.D. von der University of New Hampshire, beide in Umwelttechnik. Danach sind Sie bei NREL eingestiegen und sind seit 12 Jahren hier. Woran haben Sie zu Beginn gearbeitet und wie hat sich Ihr Forschungsschwerpunkt im Laufe der Zeit verändert?
Ich begann mit der Bauforschungsgruppe und leitete die US-Lebenszyklus-Inventardatenbank. Mein Wissen über Gebäude ist ziemlich begrenzt, also habe ich mich mit verbunden Margaret (Maggie) Mann und andere Forscher im Strategic Energy Analysis Center des NREL, die mehr Querschnittsarbeit zur Ökobilanz leisteten. Schließlich wurde ich in die Supply-Chain-Analyse hineingezogen. Das wuchs weiter, und als Maggie in die Transportforschungsgruppe wechselte, übernahm ich die Leitung für die Analysearbeiten, die wir für das Advanced Manufacturing Office (AMO) des US-Energieministeriums leisteten.
Sie haben viel strategische Analysearbeit für AMO geleistet. Erzählen Sie uns davon.
Maggie leitete ein Projekt zur Entwicklung eines Tools zur Bewertung der Lieferkette, des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen der US-Fertigung vom Anfang (Rohmaterial) bis zum Ende (Entsorgung). Das wurde der Materialflüsse durch das Supply Chain-Modellierungstool der Branche.
In früheren Jahren konzentrierte sich AMO hauptsächlich darauf, den Energieverbrauch innerhalb der Tore der Produktionsstätte zu reduzieren. Aber auch die Lieferkette ist Teil der Industrie und des verarbeitenden Gewerbes. Sie sind fest integriert. Und es gibt viele Beweise dafür, dass die Lieferkette einen viel größeren Einfluss haben kann.
Viele Teile des verarbeitenden Gewerbes und der Lieferkette verwenden beispielsweise Produkte aus der Chemiebranche. Aus diesem Grund hat AMO begonnen, viel breiter zu denken und die Verbindungen und die Abhängigkeit der Sektoren voneinander zu betrachten. Spezifische Veränderungen in der Lieferkette haben einen Welleneffekt; sie könnten wirklich erhebliche Auswirkungen haben. Oder nicht. Sie wissen es nicht, bis Sie anfangen, es aus dieser ganzheitlichen Perspektive zu betrachten.
Rechts. Sie haben sich speziell damit beschäftigt, wie sich Technologien und Materialien der nächsten Generation auf die Lieferkette auswirken und Wellen schlagen könnten, oder?
Genau. Wir schauen uns vielversprechende Technologien im Frühstadium an und prüfen, ob ihre Vorteile potenziell negative Auswirkungen auf die Lieferkette aufwiegen können oder nicht. Also zum Beispiel in a Studie 2017 zur Verbesserung der Material- und Energieauswirkungen in Rohstofflieferketten, NREL Chemieingenieurin Rebecca Hanes und ich haben uns Kohlefaserrahmen für Fahrzeuge angeschaut. Kohlefaser ist leicht und reduziert den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs. Dies ist ein großer Vorteil. Aber wenn wir stromaufwärts schauen, wissen wir, dass die Herstellung von Kohlefaser wirklich, sehr energieintensiv ist. Daher haben wir verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung von Kohlefasern untersucht, um zu sehen, ob sie den Energieverbrauch reduzieren könnten.
Was sind Ihrer Meinung nach die größten Herausforderungen, denen sich die Lieferkette heute noch stellen muss?
Da ist das Materialverbrauchsstück. Die Herstellung von Standardmaterialien für jede Art von Produkt erfordert viel Zeit, Energie und Geld. Wenn wir beim Materialeinsatz effizienter sind, können wir die Auswirkungen der Lieferkette, wie beispielsweise die CO2-Emissionen, reduzieren.
Und viele dieser Technologien der nächsten Generation erfordern Materialien, die nur begrenzt verfügbar oder verfügbar sind. Dies ist eine kritische Materialherausforderung. Wir können diese Materialien nicht einfach wegwerfen. Wie stellen wir also sicher, dass sie der Wirtschaft und zukünftigen Generationen zur Verfügung stehen?
Außerdem verwendet die Herstellung viele wirklich eklige Dinge und produziert eine Menge Umweltverschmutzung. Also, wie machen wir es besser? Dies kann mehr ins Spiel kommen, wenn Sie über Aktienprobleme nachdenken. Im Idealfall sollte die Herstellung Umweltvorteile bieten. Ich denke, hier müssen wir hin. Wie kann die Produktion Teil von Ökosystemleistungen sein, damit sie das Ökosystem nicht schwächen, sondern stärken oder verbessern? Dies kann auch bei Gerechtigkeitsproblemen helfen, damit wir die Wasservorräte nicht beschädigen oder die Luft für die Gemeinden verschmutzen.
Wie gehen wir Ihrer Meinung nach mit diesen Herausforderungen um?
Es wird einiges getan, aber wir haben noch einen langen Weg vor uns.
Während Ihrer NREL-Karriere haben Sie viele verschiedene Produkte analysiert, darunter Kunststoffe und Solarmodule. Sind Sie für einen bestimmten Menschen leidenschaftlicher?
Sie sind alle sehr wichtig. Offensichtlich gibt es viele Neuigkeiten über den schrecklichen Plastikmüll im Meer und wie schrecklich wir mit dem Recycling sind, insbesondere Einwegplastik. Plastik bietet einen Wert, wie Lebensmittelverpackungen, die unsere Lebensmittelverschwendung reduzieren. Aber wir machen keinen guten Job, das zu managen. Wie machen wir das besser?
Photovoltaik [for solar panels] sind eine andere Herausforderung. Es ist ein anderer Wert, nicht wahr? Solarenergie ist der Weg zu einer dekarbonisierten Wirtschaft. Aber die Platten sind nicht einfach zu recyceln. Also, wie schafft man das? Das Gleiche könnte man für die Windenergietechnologie sagen, die uns bei der Dekarbonisierung helfen wird, aber Windkraftanlagen sind enorm. Sie sind alle einzigartig und erfordern unterschiedliche Ansätze, unterschiedliche Technologielösungen und unterschiedliche logistische Lösungen, um die Materialien herzustellen und zu recyceln. Es gibt keine One-Size-Fits-All-Lösung.
Welchen Rat würden Sie einem jungen Wissenschaftler geben, der eine Karriere im Umweltingenieurwesen in Erwägung zieht?
Stellen Sie sicher, dass Sie bei der Arbeit mit Leidenschaft arbeiten, denn sie ist herausfordernd und kann mühsam sein. Solange Sie das Gefühl haben, dass es wertvoll und wichtig ist, sind Sie an der richtigen Stelle. Und sei neugierig und offen. Es ist eine Einbahnstraße. Sie lernen nicht nur von Ihren Kollegen, sondern lehren Ihre Kollegen auch, also sollten Sie keine Angst haben, sich zu äußern. Seien Sie bereit, Fragen zu stellen und neugierig zu sein, was Sie hören. Wir brauchen all diese Stimmen, um sicherzustellen, dass wir nicht unsere eigene Kool-Aid trinken.
Dieses Profil ist Teil der Manufacturing Mastermind-Reihe, in der einige der herausragenden Forscher des NREL in fortschrittliche Fertigung.
NREL ist Beitrag zur Reduzierung von CO2-Emissionen und Kosten im Zusammenhang mit Herstellung und Lieferketten Gleichzeitig wird der Übergang zu einer zu 100 % sauberen Energiezukunft erleichtert. Unsere Forscher analysieren Globale saubere Energieerzeugung — einschließlich Sonnenkollektoren und Windkraftanlagen — untersuchen die Material- und Energiebedarf der verarbeitenden Industrie, und verfolgen Sie den Produktlebenszyklus, um Abfall zu reduzieren, das Recycling zu steigern und eine Kreislaufwirtschaft aufzubauen.
Artikel mit freundlicher Genehmigung von Nationales Labor für erneuerbare Energien.
Ausgewähltes Bild mit freundlicher Genehmigung von NREL, Birdie Carpenter.
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