Studenti MIT se učí, jak dosáhnout dekarbonizace – od laboratoře po globální energetický trh

Studenti MIT jsou zdatní v produkci špičkového výzkumu a inovací ve svých oborech. Adresace problému takového rozsahu, jako jsou klimatické změny, však vyžaduje pochopení světové energetické krajiny i toho, jak se energetické technologie vyvíjejí v čase.

Od roku 2010 kurz IDS.521/IDS.065 (Energetické systémy pro zmírnění klimatických změn) vybavuje studenty dovednostmi potřebnými k vyhodnocení různých dostupných cest dekarbonizace energie. Práce je navržena tak, aby jim pomohla maximalizovat jejich dopad na světové emise lepším rozhodováním na jejich profesních cestách.

„Otázka, která vede mé učení a výzkum, zní: Jak řešíme velké společenské výzvy pomocí technologie a jak můžeme být cílevědomější při vývoji a podpoře technologií, které nás k tomu dovedou?“ říká profesorka Jessika Trancik, která kurz zahájila, aby vyplnila mezeru ve znalostech o tom, jak se technologie vyvíjejí a škálují v čase.

Od svého vzniku v roce 2010 kurz přilákal postgraduální studenty z pěti fakult MIT. Nedávno byl kurz otevřen i pro studenty bakalářského studia a byl přizpůsoben pro online kurz pro profesionály.

Hodiny se střídají mezi přednáškami a diskusí studentů, které vedou k semestrálním projektům, v nichž skupiny studentů zkoumají specifické strategie a technologie pro snižování globálních emisí. Letošní projekty zahrnují několik témat, včetně rychlosti rozšiřování přenosové infrastruktury, vztahu mezi emisemi uhlíku a lidským rozvojem a dekarbonizace výroby klíčových chemikálií.

Učební plán je navržen tak, aby pomohl studentům identifikovat nejslibnější způsoby zmírnění klimatických změn, ať už plánují být vědci, inženýry, politiky, investory, urbanisty nebo jen informovanějšími občany.

„Přistupujeme k tomuto problému z obou stran,“ vysvětluje Trancik, která je součástí Institutu pro data, systémy a společnost MIT. „Inženýři jsou zvyklí navrhovat technologii, která bude fungovat co nejlépe tady a teď, ale ne vždy myslí na delší časový horizont, na vývoj technologie a její úspěch na globálním trhu. Na druhou stranu, u studentů na makromolekulární úrovni, často studie v oblasti politiky a ekonomiky technologických změn neberou v úvahu fyzikální a technická omezení rychlosti zlepšování. Ale všechny tyto informace vám umožňují činit lepší rozhodnutí.“

Překonání propastí

Jako mladá výzkumnice pracující na nízkouhlíkových polymerech a elektrodních materiálech pro solární články se Trancik vždycky zajímala, jak se materiály, na kterých pracovala, budou škálovat v reálném světě. Mohly by dosahovat slibných výkonnostních benchmarků v laboratoři, ale skutečně by mohly něco změnit v oblasti zmírňování klimatických změn? Později se začala stále více soustředit na vývoj metod pro předvídání vývoje technologií.

„Vždycky mě zajímaly jak makro, tak mikro, nebo dokonce nano úrovně,“ říká Trancik. „Chtěla jsem vědět, jak propojit tyto nové technologie, na kterých pracujeme, s celkovým obrazem, kam chceme jít.“

Trancik popsala svůj technologický přístup k dekarbonizaci v článku, který tvořil základ pro IDS.065. V článku představila způsob, jak vyhodnocovat energetické technologie proti cílům zmírnění klimatických změn, přičemž se zaměřila na vývoj technologie.

„To byl odklon od předchozích přístupů, které říkaly: Vzhledem k těmto technologiím s pevnými charakteristikami a předpoklady o jejich rychlosti změn, jak si vybrat nejlepší kombinaci?“ vysvětluje Trancik. „Místo toho jsme se zeptali: Vzhledem k cíli, jak vyvinout nejlepší technologie, které splní tento cíl? To převrátí problém způsobem, který je užitečný pro inženýry vyvíjející tyto technologie, ale také pro politiky a investory, kteří chtějí využít vývoj technologií jako nástroj pro dosažení svých cílů.“

V minulém semestru se kurz konal každý úterý a čtvrtek v učebně v prvním patře Stata Center. Studenti pravidelně vedli diskuse, kde přemýšleli o týdenních materiálech a nabízeli své vlastní postřehy.

„Studenti vždy sdílí své závěry a mohou klást otevřené otázky třídě,“ říká Megan Herrington, doktorandka na Katedře chemického inženýrství. „Pomáhá vám to pochopit texty na hlubší úrovni, protože lidé s různým zázemím mohou sdílet své perspektivy na stejné otázky a problémy. Každý přijde do třídy se svým vlastním pohledem a třída je nastavena tak, aby zdůraznila tyto rozdíly.“

Semestr začíná přehledem klimatické vědy, původem cílů snižování emisí a rolí technologie při dosahování těchto cílů. Studenti se poté učí, jak vyhodnocovat technologie v souvislosti s cíli dekarbonizace.

Technologie však nejsou statické a ani svět není statický. Pozdější lekce pomáhají studentům zohlednit změnu technologií v čase, identifikovat mechanismy této změny a dokonce předvídat rychlost změn.

Studenti se také učí o roli vládní politiky. Letošní rok Trancik sdílela své zkušenosti z cesty na konferenci OSN o změně klimatu COP29.

„Nejde jen o technologii,“ říká Trancik. „Jde také o chování, které vyvíjíme, a o volby, které děláme. Technologie však hraje hlavní roli při určování toho, jaké volby můžeme dělat.“

Z učebny do světa

Studenti kurzu říkají, že jim dal nový pohled na zmírnění klimatických změn.

„Opravdu jsem si užila možnost nahlédnout za výzkum, který lidé dělají v laboratoři,“ říká Herrington. „Je zajímavé vidět, jak některé materiály nebo technologie, které ještě nejsou škálovatelné, mohou zapadat do větší transformace v dodávkách a spotřebě energie. Bylo také zajímavé odhalit analytické systémy energie, abychom pochopili, kde se berou metriky, které citujeme ve výzkumu souvisejícím s energií, a předvídat trajektorie vznikajících technologií.“

Onur Talu, student prvního ročníku magisterského studia v programu Technologie a politika, říká, že kurz ho učinil optimističtějším.

„Přišel jsem do toho poměrně pesimisticky, co se týče klimatu,“ říká Talu, který v minulosti pracoval pro startupy v oblasti čistých technologií. „Tento kurz mě naučil různé způsoby, jak se dívat na problém zmírnění klimatických změn a rozvíjení obnovitelných technologií. Také mi to pomohlo uvědomit si, kolik jsme už dosáhli.“

Několik studentských projektů z kurzu v průběhu let bylo zpracováno do článků publikovaných v recenzovaných časopisech. Byly také přeměněny na nástroje, jako je carboncounter.com, který vykresluje emise a náklady na auta a byl představen v The New York Times.

Bývalí studenti kurzu také založili startupy; například Joel Jean SM '13, PhD '17, založil Swift Solar. Jiní využili materiál z kurzu k rozvoji působivých kariér ve vládě a na akademické půdě, jako například Patrick Brown PhD '16 v Národní laboratoři pro obnovitelné energie a Leah Stokes SM '15, PhD '15 na Kalifornské univerzitě v Santa Barbaře.

Celkově studenti říkají, že kurz jim pomáhá zaujmout informovanější přístup k aplikaci svých dovedností při řešení klimatických změn.

„Nestačí jen vědět, jak špatné by klimatické změny mohly být,“ říká Yu Tong, student prvního ročníku magisterského studia stavebního a environmentálního inženýrství. „Je také důležité pochopit, jak technologie může fungovat při zmírňování klimatických změn z technologického i tržního hlediska. Jde o to, abychom technologie použili k řešení těchto problémů, nikoliv o to, abychom pracovali ve vakuu.“