Um novo modelo de pesquisa desenvolvido por cientistas chineses aborda o desafio crítico de equilibrar conservação de água, redução de emissões de carbono e preservação de ecossistemas aquáticos no setor industrial da China, minimizando custos. A abordagem de dupla orientação por mecanismo e dados combina modelagem híbrida de processos de uso e tratamento de água com otimização de superestrutura para identificar caminhos ideais para otimização de redes industriais de água.
Yuehong Zhao e Hongbin Cao do Instituto de Engenharia de Processos da Academia Chinesa de Ciências criaram o modelo para resolver o complexo problema da relação água-carbono-economia enfrentado pela indústria chinesa. A pesquisa, detalhada no estudo publicado na Water & Ecology (doi:https://doi.org/10.1016/j.wateco.2025.100003), integra compreensão mecanicista dos processos hídricos com técnicas orientadas por dados para melhorar a interpretabilidade e capacidade de generalização dos modelos, mesmo com conjuntos de dados de treinamento limitados.
A abordagem de modelagem híbrida baseia-se no profundo entendimento dos processos típicos de uso de água, tratamento de efluentes e reúso dentro de parques industriais. Ao combinar conhecimento mecanicista com tecnologias de aprendizado de máquina e IA, o modelo representa um método eficaz para promover técnicas computacionais avançadas no setor industrial. No entanto, os pesquisadores observam que a teoria e metodologia sistemáticas para modelagem híbrida permanecem subdesenvolvidas, com desafios importantes incluindo como selecionar mecanismos apropriados e suas expressões para integração com aprendizado de máquina.
O modelo de otimização de superestrutura construído como parte do framework abrange tecnologias unitárias viáveis, suas interconexões e restrições relevantes para identificar soluções ótimas. Algoritmos de otimização determinística foram aplicados para alcançar soluções globais ótimas com custo mínimo de uso de água. Em estudos de caso, os pesquisadores estabeleceram uma metodologia de otimização multiescala para conservação de água em parques industriais, levando ao desenvolvimento de ferramentas de software práticas aplicadas com sucesso em empresas siderúrgicas.
A eficácia do modelo em equilibrar benefícios econômicos e ambientais foi confirmada através de estudos de caso. Como explica Zhao, "Ao resolver o modelo de otimização obtido, o caminho técnico ideal para conservação simultânea de água e redução de emissões de carbono com custo mínimo de uso de água pode ser identificado. Ele fornece informações valiosas para apoiar a tomada de decisões sobre otimização de redes de água dentro de parques industriais."
A pesquisa, apoiada por uma bolsa do Programa Chave da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (51934006), oferece implicações significativas para a sustentabilidade industrial. Segundo Cao, "O modelo pode fornecer uma solução que equilibra benefícios locais e gerais, bem como benefícios econômicos e impactos ambientais." Esta abordagem representa um avanço crucial no enfrentamento dos desafios interconectados de escassez de água, emissões de carbono e preservação ecológica em ambientes industriais, podendo servir como modelo para aplicações similares em todo o mundo. A pesquisa original está disponível em https://doi.org/10.1016/j.wateco.2025.100003.
