Slimmere hulpmiddelen voor beleidsmakers: Onderzoekers richten zich op stedelijke CO2-uitstoot, gebouw voor gebouw
De status van de gebouwen in de regio Chicago
De koolstofemissies blijven stijgen tot recordniveaus, wat bijdraagt aan klimaatinstabiliteit en verslechtering van de luchtkwaliteit voor miljarden mensen in steden wereldwijd. Ondanks wereldwijde toezeggingen voor koolstofneutraliteit, hebben stedelijke beleidsmakers moeite om effectieve mitigatiestrategieën op stadsniveau te implementeren.
Onderzoekers van de School of Architecture van Notre Dame, de College of Engineering en het Lucy Family Institute for Data & Society werken nu aan de vermindering van koolstofemissies door middel van geavanceerde simulaties en een nieuw op kunstmatige intelligentie gebaseerd hulpmiddel, EcoSphere. “Ons doel is om hulpmiddelen te ontwikkelen die de potentiële vermindering van koolstofemissies en mitigatiemogelijkheden van de gebouwde omgeving kunnen beoordelen—zowel via renovatie als door verbeterde nieuwbouw. Op stadsniveau kan zo’n hulpmiddel gegevens bieden over gebouwcomponenten en levensduur ter ondersteuning van besluitvorming door beleidsmakers en stadsplanners,” aldus Ming Hu, de adjunct-decaan voor onderzoek aan de School of Architecture van Notre Dame.
Hu bestudeert hoe verankerde koolstof geanalyseerd kan worden om groenere steden te ontwikkelen. Vaak beschouwd als een blinde vlek in stedelijke duurzaamheid door beperkte gestandaardiseerde gegevens, omvat verankerde koolstof de koolstofdioxide die vrijkomt tijdens de bouw van gebouwen. Het vertegenwoordigt bijna 40% van de energiegerelateerde CO₂-emissies.
Door gebruik te maken van levenscyclusbeoordelingen en renovatietarieven van meer dan 1 miljoen gebouwen in Chicago, werkte Hu samen met Siavash Ghorbany, een doctoraalstudent civiele en milieutechniek aan Notre Dame, om een simulatie van de werkelijke stedelijke dynamiek te ontwikkelen. Het model en het hulpmiddel helpen beiden bij het identificeren van toekomstige mitigatiestrategieën voor het verminderen van koolstofemissies.
De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift npj Urban Sustainability. Hu en Ghorbany hanteerden een “bottom-up” benadering om het project aan te pakken, waarbij ze stedelijke emissies berekenden door gedetailleerde gegevens van individuele gebouwen te aggregeren, waaronder materialen, leeftijd en structurele kenmerken. Het onderzoek genereerde meer dan 350.000 gesimuleerde scenario’s en toonde aan dat strategieën gericht op renovatie en het verlengen van de levensduur van gebouwen de verankerde koolstofemissies aanzienlijk kunnen verminderen. De resultaten lieten zien dat nieuwbouw tot 7.500 keer meer CO₂ produceert.
Renovatie, suggereerde Hu, is vaak een duurzamer alternatief. “Hoewel nieuwbouw grotere onzekerheid met zich meebrengt in emissie-uitkomsten, tonen onze bevindingen aan dat strategische gebouwupdates—of het nu gaat om renovatie of zorgvuldig geplande nieuwe ontwikkeling—deze risico’s aanzienlijk kunnen verminderen. Een toename van de gebouwgrootte kan echter de potentiële koolstofbesparingen tenietdoen, wat het belang van stedelijke planningsbenaderingen benadrukt die renovatie, behoud en efficiëntie waar mogelijk prioriteit geven.”
Voor stadsplanners en lokale beleidsmakers kan toegang tot deze gegevens op een gebruiksvriendelijke manier leiden tot effectievere pleidooien voor beleid dat kan helpen de snelheid van koolstofemissies in steden te vertragen.
Onderzoekers van Notre Dame, waaronder Matthew Sisk, co-directeur van het Civic-Geospatial Analysis and Learning Lab en universitair docent aan het Lucy Family Institute for Data & Society, Chaoli Wang, professor in computerwetenschappen en engineering, en Siyuan Yao, postdoctoraal kandidaat in computerwetenschappen en engineering, werkten samen met Hu en Ghorbany om de scenario-gebaseerde simulaties om te vormen tot een op AI gebaseerd platform genaamd EcoSphere, met resultaten gepubliceerd in Automation in Construction.
EcoSphere integreert nationale bouwdatasets met gegevens over verankerde koolstof, Google Street View, satellietbeelden en geavanceerde machine learning-technieken om grafieken te genereren die stadsplanners en leken helpen bij het visualiseren van emissiegegevens. De interface van EcoSphere biedt informatie in een visualisatiedashboard, met de mogelijkheid om dieper in de simulatie-uitkomsten te duiken om de mogelijke kostenimplicaties, variabelen die simulatiescenario’s aandrijven, de impact van mitigatiestrategieën en kosten- en emissievergelijkingen te begrijpen.
Om de effectiviteit van het hulpmiddel te evalueren, werden casestudy’s uitgevoerd in Chicago en Indianapolis. In beide steden toonde EcoSphere aan hoe verschillende bouwmethoden en beleidsbeslissingen een significante impact kunnen hebben op de koolstofvoetafdruk en economische kosten van een stad. “EcoSphere gebruikt machine learning, niet alleen om deze grote datasets en beelden te verwerken, maar ook om ze te begrijpen,” zei Sisk. “Door computer vision, geospatiale analyse en grote taalmodellen te combineren, kunnen we gedetailleerde koolstofprofielen in realtime genereren voor hele steden, waardoor duurzaam stadsplanning sneller, slimmer en toegankelijker wordt.”
Buiten stadsplanning heeft EcoSphere bredere toepassingen als lesinstrument voor leerlingen om te verkennen hoe koolstof het milieu beïnvloedt. Daarnaast kan het worden geïntegreerd met slimme stads- en digitale tweelingplatforms voor realtime besluitvorming en monitoring. Overheden kunnen het gebruiken om de langetermijneffecten van beleidskeuzes te voorspellen en effectievere koolstofreductieregels te formuleren.
Hu is hoopvol dat de hulpmiddelen een positieve impact zullen hebben op steden in de VS, waar robuuste, datagestuurde strategieën kunnen helpen bij het neutraliseren van koolstofemissies. “Samen tonen deze studies aan hoe gedetailleerde gegevens en slimme software stadsplanners kunnen helpen om weloverwogen beslissingen te nemen voor een groenere toekomst,” zei Hu.
