CO2利用経路のための代理モデル：工業団地設計と企業全体の最適化の加速

科学分野:

• 化学工学
• 計算化学
• 持続可能な化学

背景:

• 二酸化炭素（CO2）の利用は、気候変動の緩和に不可欠である。
• CO2変換プロセスに効率的な計算ツールを開発することは不可欠である。
• 代理モデルは、プロセスシミュレーションと最適化を加速することができる。

研究 の 目的:

• CO2からのメタノール、アンモニア、尿素製造のための代理モデルを開発・検証すること。
• 様々なデータセットサイズと統計的指標にわたるモデルパフォーマンスをベンチマークすること。
• これらの代理モデルの計算効率と予測信頼性を評価すること。

主な方法:

• 代理モデル構築のためのデータを生成するために、Aspen Plusシミュレーションを利用した。
• データ生成には、Latin Hypercube Samplingを採用した。
• 統計的指標（R^2、調整済みR^2、予測R^2、交差検証R^2、RMSE、MAE）および信頼区間プロットを使用して、線形および二次代理モデルを開発・評価した。

主要な成果:

• 二次モデルは、特に大規模なデータセットにおいて、メタノールおよびアンモニア製造における非線形性をより良く表現する。
• 線形モデルは、尿素製造において強力な一般化と効率を示す。
• 二次モデルにおける過学習の特定には、予測R^2と交差検証が重要であった（サンプルサイズが小さい場合）。
• 堅牢な代理モデルのパフォーマンスには、十分なデータサンプリングが不可欠である。
• 代理モデルは、直接シミュレーションと比較して大幅な予測時間の節約を達成した。

結論:

• 検証された代理モデルは、CO2利用プロセスに標準化されたベンチマークを提供する。
• これらのモデルは、研究のための再利用可能なリソースとして機能し、工業用エコパークネットワークモデルに統合することができる。
• モデルは、予測精度を維持しながら計算負荷を軽減し、脱炭素化の取り組みを支援する。