Farma słoneczna 32 o mocy megawata na Long Island w Nowym Jorku, krok do przejścia na infrastrukturę energetyczną o niskiej emisji dwutlenku węgla. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

Każde długoterminowe rozwiązanie będzie wymagało „dekarbonizacji” światowej gospodarki energetycznej - to znaczy przejścia na źródła energii, które zużywają niewiele paliw kopalnych lub nie zużywają ich wcale.

Jak szybko to może się zdarzyć i co możemy zrobić, aby przyspieszyć tę zmianę?

Rzut oka na historię innych infrastruktur dostarcza wskazówek.

Infrastruktury energetyczne

Dekarbonizacja jest problemem infrastrukturalnym, największym, z jakim ludzkość kiedykolwiek się spotkała. Dotyczy to nie tylko produkcji energii, ale także transportu, oświetlenia, ogrzewania, chłodzenia, gotowania i innych podstawowych systemów i usług. Globalna infrastruktura paliw kopalnych obejmuje nie tylko odwierty naftowe i gazowe, kopalnie węgla, gigantyczne tankowce, rurociągi i rafinerie, ale także miliony samochodów, stacje benzynowe, cysterny, magazyny, elektrownie, pociągi węglowe, systemy grzewcze, piece i piekarniki.

Całkowita wartość całej tej infrastruktury wynosi na bilion USD 10lub prawie dwie trzecie amerykańskiego produktu krajowego brutto. Nic tak wielkiego i kosztownego nie zostanie zastąpione za rok, a nawet za kilka lat. To zajmie dekady.

Są jednak dobre wiadomości, że cała infrastruktura zużywa się. ZA Badanie 2010 zapytano: co by było, gdyby obecna infrastruktura energetyczna mogła po prostu przeżyć swój okres użytkowania bez konieczności jej wymiany?

Zaskakująca odpowiedź: gdyby każda zużyta elektrownia węglowa została wymieniona na energię słoneczną, wiatrową lub wodną, ​​a każdy samochód na gaz martwy zastąpiony samochodem elektrycznym i tak dalej, moglibyśmy pozostać w obrębie naszego granice planet.

Według badań korzystanie z istniejącej infrastruktury do czasu jej rozpadu nie zepchnęłoby nas poza globalne ocieplenie 2 stopni Celsjusza, które wielu naukowców uważa za górną granicę dopuszczalnych zmian klimatu.

Problem polega oczywiście na tym, że jeszcze tego nie robimy. Zamiast tego zastępujemy zużyte systemy bardziej podobnymi, a wiercenia, wydobywania i budowania jeszcze więcej. Ale to może się zmienić.

Start do budowy: Oś czasu 30-100-rok

Historycy z infrastruktura jak ja obserwuję typowy wzór. Po wolniejszej fazie innowacji następuje faza „startu”, podczas której nowe systemy techniczne są szybko budowane i wdrażane w całym regionie, dopóki infrastruktura nie ustabilizuje się na „etapie budowy”.

Ten wzór czasowy jest zaskakująco podobny we wszystkich rodzajach infrastruktury. W Stanach Zjednoczonych faza startowa kanałów, linii kolejowych, telegrafu, rurociągów naftowych i dróg utwardzonych trwał 30-100 lat. Fazy ​​startu radia, telefonu, telewizji i Internetu trwał 30-50 lat.

Historia infrastruktury sugeruje, że „start” w produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych już się rozpoczął i będzie się teraz poruszał bardzo szybko, zwłaszcza kiedy i gdzie rządy wspierają ten cel.

Instalacje energii słonecznej i wiatrowej pojawiają się obecnie szybciej niż jakiekolwiek inne źródło energii elektrycznej, rosnąc w tempie rocznym na całym świecie 50% i 18% odpowiednio z 2009-2014. Źródła te mogą nakładać się na istniejącą infrastrukturę, pompując energię elektryczną do sieci elektroenergetycznych (chociaż ich przerywana produkcja energii wymaga od menedżerów dostosowania ich techniki równoważenia obciążenia). Ale wiatr i słońce mogą również dostarczać energię „poza siecią” do indywidualnych domów, gospodarstw i odległych lokalizacji, zapewniając tym źródłom wyjątkową elastyczność.

Niektóre kraje, zwłaszcza Niemcy i Chiny, podjęły poważne zobowiązania w zakresie energii odnawialnej.

Niemcy teraz dostają ponad 25% energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, pomagając zmniejszyć całkowitą produkcję węgla o nad% 25 w stosunku do 1990. Chiny już produkują więcej energii słonecznej niż jakikolwiek inny kraj, z zainstalowaną bazą ponad gigawatów 30 i planują dotrzeć Gigawaty 43 do końca tego roku. W Australii między 2010 i 2015 wzrosła wydajność fotowoltaicznej energii słonecznej od megawatów 130 do gigawatów 4.7 - roczna stopa wzrostu w wysokości 96%.

W połączeniu z komplementarnymi technologiami, takimi jak samochody elektryczne, wydajne oświetlenie LED oraz geotermalne ogrzewanie i chłodzenie, przejście to może przybliżyć nas do neutralności węglowej.

Czy można przyspieszyć roczny harmonogram 30-100 na rozwój infrastruktury? Niektóre wskaźniki sugerują, że odpowiedź może brzmieć „tak”.

Po pierwsze, w przypadku energii elektrycznej tylko źródła energii wymagają wymiany; sieci elektroenergetyczne - słupy, druty i inny sprzęt transportujący prąd - muszą być zarządzane w różny sposób, ale nie mogą być odbudowywane od zera. Po drugie, kraje słabiej rozwinięte mogą wykorzystać technologie odnawialne, aby „przeskoczyć” prawie całkowicie nad starszą infrastrukturą.

Podobne rzeczy miały miejsce w niedawnej przeszłości. Od 2000, na przykład, sieci telefonii komórkowej dotarły do ​​większości rozwijającego się świata - i jednocześnie unikały powolnego, kosztownego układania wrażliwych linii naziemnych, których wiele takich miejsc nigdy nie zbuduje poza dużymi miastami.

Równolegle w energii zasila się budynki, farmy, nieformalne osiedla i inne potrzebne miejsca za pomocą przenośnych paneli słonecznych i małych wiatraków, które można zainstalować prawie wszędzie bez potrzeby stosowania długodystansowych linii energetycznych. To samo dzieje się już w całym rozwijającym się świecie.

Jednak w rozwiniętym świecie przejście na odnawialne źródła energii prawdopodobnie potrwa znacznie dłużej.

W tych regionach nie tylko sprzęt, ale także wiedza specjalistyczna, edukacja, finanse, prawo, styl życia i inne systemy społeczno-kulturowe wspierają i opierają się na infrastrukturze energetycznej opartej na paliwach kopalnych. Te też muszą się dostosować do zmian.

Niektóre - szczególnie duże gałęzie przemysłu węglowego, naftowego i gazu ziemnego - mogą dużo stracić w takim przejściu. Te historyczne zobowiązania wywołują zdecydowany opór polityczny, co widzimy dzisiaj w Stanach Zjednoczonych.

Trudne problemy, w tym konkurencja ze strony paliw kopalnych

Oczywiście infrastruktura energetyczna nie jest jedynym wyzwaniem. W rzeczywistości dekarbonizacja jest obarczona ogromnymi trudnościami technicznymi.

Zdecydowanie izolujemy starsze budynki, zmniejszamy zużycie paliwa i instalujemy bardziej wydajne urządzenia elektryczne najbardziej opłacalne sposoby zmniejszenia śladu węglowego, ale nie podniecają ludzi i nie można ich łatwo obnosić.

Obecnie i w dającej się przewidzieć przyszłości żadne źródło energii nie może być naprawdę „zerowe”, ponieważ urządzenia zasilane paliwami kopalnymi są wykorzystywane do wydobywania surowców i transportu gotowych produktów, w tym systemów energii odnawialnej, takich jak panele słoneczne lub turbiny wiatrowe.

Energia elektryczna jest cudownie elastyczną formą energii, ale jej magazynowanie pozostaje zagadką; dzisiaj najlepsze technologie akumulatorowe wymagają litu, stosunkowo rzadkiego pierwiastka. Mimo intensywnych badań akumulatory pozostają drogie, ciężkie i wolno się ładują.

Ziem rzadkich - niezwykle rzadkie pierwiastki występujące tylko w kilku miejscach - mają obecnie kluczowe znaczenie dla turbin wiatrowych i innych odnawialnych technologii uzasadnione obawy o przyszłe dostawy.

Wreszcie w wielu okolicznościach spalanie ropy naftowej, węgla i gazu ziemnego pozostanie najłatwiejszym i najtańszym sposobem dostarczania energii.

Na przykład główne rodzaje transportu, takie jak żegluga międzykontynentalna, podróże lotnicze i transport długodystansowy, nadal są bardzo trudne do przejścia na odnawialne źródła energii. Biopaliwa oferują jedną możliwość zmniejszenia śladu węglowego tych systemów transportu, ale wiele roślin uprawianych jako surowce biopaliw konkuruje z uprawami żywności i / lub dzikimi ziemiami.

Nadal jednak ostateczny cel, jakim jest zaspokojenie całego zapotrzebowania na energię ze źródeł odnawialnych, wydaje się w zasadzie wykonalny. ZA główne ostatnie badanie ustalono, że potrzeby te można łatwo zaspokoić jedynie energią wiatrową, wodną i słoneczną, po cenach konsumpcyjnych nie wyższych niż obecne systemy energetyczne.

Infrastruktury jako zobowiązania społeczne

Gdzie to wszystko nas czeka w drodze do Paryża?

Przyspieszonej dekarbonizacji nie można osiągnąć jedynie za pomocą innowacji technicznych, ponieważ infrastruktura to nie tylko systemy technologiczne. Reprezentują złożone sieci wzajemnie wzmacniających się zobowiązań finansowych, społecznych i politycznych, każde z długą historią i zakorzenionymi obrońcami. Z tego powodu poważna zmiana będzie wymagać znacznych zmian kulturowych i walki politycznej.

Jeśli chodzi o kulturę, jednym z haseł, które mogą zainspirować przyspieszone zmiany, może być „demokracja energetyczna”: Pogląd, że ludzie mogą i powinni wytwarzać własną energię na małą skalę, w domu i poza nim.

Nowe techniki budowy i niski koszt paneli słonecznych sprawiły, że domy „zero netto” (które wytwarzają tyle energii, ile konsumują ich mieszkańcy) są w zasięgu finansowym zwykłych ludzi. To jeden z elementów ambitnych Niemiec rewolucja energetycznalub kraju transformacja energetyczna z dala od paliw kopalnych.

W historii infrastruktury faza startu często ulegała przyspieszeniu, gdy nowe technologie wyprowadzały się z dużych korporacyjnych i rządowych placówek w celu ich przyjęcia przez osoby fizyczne i mniejsze firmy. Przykładem jest energia elektryczna na początku 20 wieku i korzystanie z Internetu w 1990-ach.

W Queensland w Australii ponad 20% domów wytwarza teraz własną energię elektryczną. Ten przykład sugeruje, że w niektórych miejscach osiągnięto już „punkt krytyczny” w kierunku nowej normy społecznej słonecznej energii na dachu. W rzeczywistości a Ostatnie badania odkrył, że najlepszym wskaźnikiem tego, czy dany właściciel domu dodaje panele słoneczne do domu, jest to, czy sąsiad już je miał.

Kawałki Układanki

Wiele różnych podejść politycznych mogłoby pomóc, zarówno w zmniejszeniu zużycia, jak i zwiększeniu udziału odnawialnych źródeł energii w koszyku energetycznym.

Kody budowlane można stopniowo dostosowywać, tak aby wymagały, aby każdy dach generował energię i / lub zwiększał prędkość Standardy „zielonego budynku” LEED. Stopniowo rosnący podatek od emisji dwutlenku węgla lub system limitów i handlu (już obowiązujący w niektórych narodach) pobudziłoby innowacje, jednocześnie zmniejszając zużycie paliw kopalnych i promując wykorzystanie odnawialnych źródeł energii.

Przynajmniej w Stanach Zjednoczonych, eliminując wiele dotacje, które obecnie płyną na paliwa kopalne może okazać się politycznie łatwiejsze niż opodatkowanie emisji dwutlenku węgla, ale wysłać podobny sygnał cenowy.

Administracja Obamy Czysty plan zasilania ograniczenie produkcji węgla z elektrowni węglowych stanowi właściwy rodzaj zmiany polityki. Zaczyna się stopniowo, aby dać przedsiębiorstwom użyteczności publicznej czas na dostosowanie i wciąż powstający system wychwytywania i składowania dwutlenku węgla. EPA szacuje, że plan wygeneruje miliard dolarów 20 na korzyści związane ze zmianami klimatu, a także korzyści zdrowotne na poziomie 14 - miliardów dolarów 34, przy jednoczesnym koszcie znacznie mniejszym.

Ponieważ gazy cieplarniane pochodzą z wielu źródeł, w tym z rolnictwa, hodowli zwierząt, czynników chłodniczych i wylesiania (by wymienić tylko kilka), dekarbonizacja światowej gospodarki jest czymś więcej niż przejście na odnawialne źródła energii.

W tym artykule omówiono tylko jeden kawałek tej bardzo dużej układanki, ale perspektywa infrastruktury może pomóc nam również pomyśleć o tych problemach.

Historia infrastruktury mówi nam, że dekarbonizacja nie nastąpi tak szybko, jak byśmy tego chcieli. Ale pokazuje również, że istnieją sposoby na przyspieszenie zmiany i że istnieją momenty krytyczne, w których wiele może się wydarzyć bardzo szybko.

Możemy być na krawędzi takiej chwili. W miarę rozwoju negocjacji klimatycznych w Paryżu poszukaj inspiracji w wielu krajowych zobowiązaniach do przyspieszenia tego procesu.

O autorze

Paul N Edwards, profesor informacji i historii, University of Michigan. Pisze i uczy o wiedzy i infrastrukturach informacyjnych. Edwards jest autorem A Vast Machine: Computer Models, Climate Data and the Politics of Global Warming (MIT Press, 2010) oraz The Closed World: Computers and Politics of Discourse in Cold War America (MIT Press, 1996), oraz współredaktor „Change the Atmosphere: Expert Knowledge and Environmental Governance” (MIT Press, 2001), a także licznych artykułów.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązana książka:

at Rynek wewnętrzny i Amazon