El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de EE. UU. se encuentra a la vanguardia de la investigación sobre biocombustibles, combustibles de aviación sostenibles (SAF) y energías renovables, utilizando herramientas avanzadas como la dinámica de sistemas para desentrañar las complejidades de estas tecnologías. “Cuando se trata de energía renovable, no todo es lineal”, señala Swaroop Atnoorkar, analista de NREL, destacando la necesidad de comprender los sistemas limpios en su totalidad.

Una herramienta clave en este proceso es la dinámica de sistemas, una metodología de modelado que permite examinar el comportamiento de sistemas complejos a lo largo del tiempo, evaluando factores como la oferta, la demanda, los ciclos de retroalimentación y los flujos de materiales. Este enfoque, desarrollado en la década de 1950 por Jay W. Forrester en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), se ha utilizado en múltiples disciplinas, desde la gestión empresarial hasta la salud pública y, más recientemente, en las energías renovables.

Modelado de Biocombustibles y el Desafío del Combustible de Aviación Sostenible (SAF)

El modelo de escenarios bioenergéticos (BSM, por sus siglas en inglés), desarrollado por NREL, ha sido una de las herramientas más valiosas para evaluar el mercado de biocombustibles en EE. UU. Este modelo galardonado, financiado por la Oficina de Tecnologías Bioenergéticas del DOE, permite simular la cadena de suministro de biocombustibles y estudiar los efectos de factores como las fluctuaciones en los precios del petróleo, la demanda de biocombustibles y la disponibilidad de tierras para cultivos energéticos. Gracias a este enfoque dinámico, los investigadores pueden explorar estrategias para superar las barreras que impiden una adopción masiva de estos combustibles limpios.

Uno de los mayores retos actuales es la expansión de los combustibles de aviación sostenibles (SAF, por sus siglas en inglés). El Gran Desafío del SAF, una iniciativa conjunta entre varias agencias federales de EE. UU., incluyendo el DOE, el Departamento de Agricultura y el Departamento de Transporte, tiene como objetivo reducir al menos un 50% de las emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo del ciclo de vida del combustible y satisfacer el 100% de la demanda de combustible de aviación para 2050. En este contexto, el BSM se está utilizando para identificar los obstáculos que podrían surgir en el camino hacia estos objetivos y encontrar soluciones para superarlos.

Además, Atnoorkar y su equipo han comenzado a aplicar la dinámica de sistemas a escala regional, a través del Modelo Regional de Bioeconomía (RBEM, por sus siglas en inglés). Este modelo se centra en decisiones de inversión en biorrefinerías locales, permitiendo un análisis más detallado de la producción de biocombustibles en áreas específicas, como aeropuertos que buscan fuentes de SAF sostenibles.

La Dinámica de Sistemas en la Cadena de Suministro de Baterías y Energías Renovables

Otro campo en el que la dinámica de sistemas está demostrando ser esencial es en la cadena de suministro de baterías, especialmente en la producción y reciclaje de baterías de iones de litio, clave para la transición hacia un futuro con más vehículos eléctricos (EV). NREL ha desarrollado modelos como LIBRA, que permite a los investigadores examinar los efectos a largo plazo de los cambios en la cadena de suministro de baterías, incluyendo la disponibilidad de materiales críticos como el cobalto, el níquel y el litio.

El modelo LIBRA, junto con otros como RING, ayuda a proyectar cómo el reciclaje de baterías podría reducir la necesidad de nuevos materiales y disminuir la dependencia de recursos extranjeros. Estos modelos son fundamentales para guiar la toma de decisiones políticas y empresariales en el sector de las energías limpias, y permiten anticipar las necesidades de producción y las implicaciones de la economía circular en las cadenas de suministro.

Un Futuro Energético Sostenible a Través de la Dinámica de Sistemas

La capacidad de la dinámica de sistemas para modelar interacciones complejas en tiempo real está permitiendo a NREL y a otros investigadores avanzar hacia un sistema energético descarbonizado y resiliente. Según Bobby Jeffers, gerente del programa de integración de sistemas energéticos de NREL, esta metodología está ayudando a identificar ciclos virtuosos que impulsan el crecimiento sostenible y a mitigar los ciclos negativos que podrían obstaculizar el progreso.

En resumen, la dinámica de sistemas es una herramienta crítica para comprender y abordar los retos en la producción de biocombustibles, el SAF y la cadena de suministro de baterías, proporcionando una visión holística de cómo los cambios en un factor pueden repercutir en todo el sistema. Con esta tecnología, NREL está liderando el camino hacia un futuro energético más limpio y eficiente, impulsando soluciones innovadoras que pueden transformar la forma en que producimos y consumimos energía.

Fuente: NREL