通过创新的健康和可持续性材料设计安全地满足对可再生能源的需求

碲化镉太阳能电池组件

2017年，布法罗大学材料设计与创新系，清洁生产行动和Niagara Share创建了一个再生环境合作组织（CoRE）。CoRE将材料设计方面的学术专家与非营利性企业家组织召集在一起，以加速可再生能源经济中的清洁生产和可持续材料。我们创新的协作和数据驱动工具使企业，政府和非营利组织的领导人能够识别和选择本质上更安全的化学品和可持续材料，以实现健康的可再生能源经济。在过去三年中，CoRE专注于太阳能行业及其供应链。

目前缺乏：积极，系统的方法

许多可再生能源行业（包括太阳能）都依靠危险化学品和新型材料来降低成本并优化效率。但是，其中一些化学物质对环境和人类健康是不安全的。例如，太阳能技术依赖于有毒化学物质，例如太阳能电池中的铅和制造过程中使用的氢氟酸，这使工人在整个供应链中（从提取和制造到回收和处置可再生能源技术）尤其暴露于有害化学物质中。当前发布的有关太阳能制造生命周期技术的数据本质上是回顾性的和“取证的”；他们提供有关事后制造和加工策略影响的信息。尽管很重要，但这种方法充其量只能帮助补救，但不能预防这些问题。我们需要在可再生能源技术的设计和开发中进行系统性更改，以加速发现更安全的材料而不损害性能。只有在设计，开发和采用可再生能源技术的所有方面同时考虑技术，环境和社会因素，才能实现这一目标。

循环制造

循环制造是光伏杂志UP计划当前季度主题的重点。我们已经研究了采用循环方法是否可以创造竞争优势并获得财务和声誉回报，以及调查太阳能行业中已经做的事情。您可以在这里浏览我们的报道。

确定加快解决方案的新途径

CoRE的目标是到2030年将可再生能源经济的化学足迹减少50％，从而在实现联合国可持续发展目标中取得显着进步，这些目标包括《联合国健康与福祉》（＃3），清洁水与卫生（＃6）和可持续消费和生产（＃12）。CoRE正在通过与企业，政府，非营利组织和学术界领袖合作并与之合作，来开发一个实现此目标的框架，以在高性能材料设计和清洁制造的前端将环境和人类健康方面的考虑因素广泛纳入太阳能领域的流程。CoRE通过以下方式提供帮助：

确定加快安全和清洁技术解决方案使所有利益攸关方受益的途径；减少制造业，可再生能源部门及其供应链的化学足迹；建立在我们的知识基础架构上，以支持研究平台并根据利益相关者的需求翻译知识；和使用多种方式和途径与各种利益相关者社区互动并共享项目结果。

这种方法为开发和部署能够提供更好的流程，产品和结果的技术提供了潜力。

使用数据加速发现

尽管新功能材料的开发通常需要数十年的时间，但CoRE寻求通过数据驱动工具来加速这一发现，这些工具可以评估，处理，集成和内部化技术，环境和社会因素，并纳入新高性能材料的设计和开发中。CoRE通过利用通用的“货币”数据建立了开发可持续可再生能源技术所需的整体材料设计策略，从而整合了三个平台。这些平台相互支持并相互告知，使CoRE可以更及时地开发更多创新的解决方案。

科学平台：通过推进利用人工智能（AI）和数据驱动技术以及材料的物理，化学和工程学原理的最先进的材料信息学，加快安全材料的发现和开发。工具平台：组织和简化复杂的数据，从而使决策者和变革推动者能够评估和测量化学足迹并进行更安全的替代。利益相关者平台：召集多个利益相关者团体共同创建，传播和实施切实可行的解决方案，以加快业务，非营利组织和政府的决策和政策，以实现更安全的化学品和材料创新。

这三个平台的集成有助于在可再生能源经济中加速开发和使用更安全的化学品和可持续材料。

科学平台：使用人工智能解决技术和人员需求

我们进行材料发现和设计的方法是利用先进的材料信息学和建模技术来确定减少和消除已知高度关注的化学品和材料的使用的途径，并在不损害功能的前提下用本质上更安全，更健康的替代品替代它们。我们已经开发了一个多方面的数据分析工具库，该工具库将计算材料科学和实验数据与机器学习方法结合在一起，以可靠但加速的方式融合信息。

这种称为材料信息学的方法使我们能够（i）评估所选材料及其使用的总体影响； （ii）提供用于寻找替代方案的参数和进行更改的目标领域； （iii）模拟材料的特性，结构和性能。具体来说，我们将人工智能（AI）工具与实验和计算数据结合使用，以提供对材料的结构-属性关系的新见解，从而在对控制此类行为的机制具有并行理解的基础上，大大加快了新材料的发现和设计。

科学平台有两个广泛的目标：

部署先进的材料建模和信息技术，以找出合理设计可再生技术新材料化学的途径，从而在不损害功能的情况下将对环境和人类健康的不利影响降至最低。合理设计是一个过程，其中我们预测各种材料化学的性能，然后创建具有所需行为的分子。CoRE致力于为最先进的太阳能设备确定新的无铅材料化学，例如钙钛矿系列材料，这些材料被用于增强太阳能系统的性能。要寻找符合多种功能指标（最小化危害和增强的工程性能）的合适化学材料，我们需要探索一个化学搜索空间，而该空间太大了，无法使用传统方法在合理的时间内进行探索（并做出重要发现）。CoRE通过应用材料信息学和基于物理的建模来填补科学知识的空白来应对这一挑战，然后指导太阳能技术的加速材料发现和设计。开发数据驱动的筛选工具，这些工具可以估算潜在毒性并为设计更安全的替代品提供信息。CoRE正在利用先进的机器学习方法来帮助解决与太阳能设备制造中使用的新兴化学品有关的信息的复杂性。我们的建模工具可以帮助您深入了解控制有害化学物质毒性的分子尺度机制。例如，我们已经开发了持久性和危险化学品（例如PFAS化合物）和其他用于合成新型高性能太阳能设备的有机化学物质的分类模型。此外，这些工具还提供了一些准则，可用于识别更安全的材料化学的潜在候选者。

工具平台：将市场从有毒化学品转变为更安全的化学品

CoRE的工具平台在实现我们减少有毒化学品使用量的策略方面发挥了关键作用。利用来自科学平台的发现，包括一套可视化工具，CoRE与利益相关者共同开发了基于证据的决策能力。在需求方面，我们为投资者，零售商，政府，卫生保健组织和非营利组织提供工具，以简化和阐明他们对产品，制造运营和供应链中更安全的化学品的需求。在供应方面，我们的工具可协助制造商及其供应商制定公司范围内的化学品管理政策和计划，确定有毒化学品以及更安全的替代品，测量其化学足迹，设定化学足迹减少目标，并将其进展报告给利益相关者和顾客。

作为化学足迹项目的一部分，化学足迹轮将各种利益相关者的主要利益可视化。