Сонячна ферма 32-мегаватт в Лонг-Айленді, Нью-Йорк, є одним кроком до переходу до енергетичної інфраструктури з низьким вмістом вуглецю. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

Будь-яке довгострокове рішення вимагатиме «декарбонізації» світової енергетичної економіки - тобто переходу до джерел енергії, які використовують мало або зовсім викопне паливо.

Як швидко це може статися, і що ми могли зробити, щоб прискорити цю зміну?

Погляд на історію інших інфраструктур пропонує деякі підказки.

Енергетична інфраструктура

Декарбонізація - це інфраструктурна проблема, з якою найбільше не стикалося людство. Він передбачає не тільки виробництво енергії, а й транспортування, освітлення, опалення, охолодження, приготування їжі та інші основні системи та послуги. Глобальна інфраструктура викопного палива включає не лише нафтові та газові свердловини, вугільні шахти, гігантські нафтові цистерни, трубопроводи та нафтопереробні заводи, а й мільйони автомобілів, АЗС, цистерни, склади, електростанції, вугільні потяги, системи опалення, печі і духовки.

Загальна вартість усієї цієї інфраструктури на суму 10 трлн. дол, або майже дві третини валового внутрішнього продукту в США. Нічого, що величезного і дорогого не замінить через рік, а то й через кілька років. Мине десятиліття.

І все ж є хороші новини, подібні до того, що вся інфраструктура врешті-решт зношується. А 2010 дослідження запитав: а якби діючої енергетичній інфраструктурі просто було дозволено прожити свій термін корисного використання, не замінюючись?

Дивовижна відповідь: якби кожну зношену електростанцію на вугіллі замінили на сонячну, вітрову або гідрогенераторну, а кожен мертвий автомобіль, що працює на газі, замінили на електричний і так далі, ми можемо просто залишитися в межах нашої планетарні межі.

Згідно з дослідженням, використання існуючої інфраструктури, поки вона не розпадеться, не підштовхне нас до глобального потепління градусів Цельсія 2, яке багато вчених вважають верхньою межею прийнятного зміни клімату.

Проблема, звичайно, полягає в тому, що ми цього ще не робимо. Натомість ми замінюємо зношені системи більш такими ж, а буріння, видобуток та будівництво ще більше. Але це може змінитися.

Зліт для розробки: Хронограма 30-100 за рік

історики інфраструктура як я спостерігаю типовий зразок. Більш повільна інноваційна фаза супроводжується фазою "зльоту", під час якої нові технічні системи швидко будуються та впроваджуються в усьому регіоні, поки інфраструктура не стабілізується при "розбудові".

Ця часова картина напрочуд схожа у всіх видах інфраструктури. У Сполучених Штатах проходить фаза зльоту каналів, залізниць, телеграфів, нафтопроводів та асфальтованих доріг тривав 30-100 років. Фази зльоту радіо, телефону, телебачення та Інтернету кожна тривав 30-50 років.

Історія інфраструктури свідчить про те, що «випуск» у виробництво відновлюваної електроенергії вже розпочався і зараз буде дуже швидко рухатися, особливо коли і де уряди підтримують цю мету.

Сонячні та вітрові електростанції в даний час виникають швидше, ніж будь-яке інше джерело електроенергії, зростаючи за щорічними темпами в світі 50% і 18% відповідно від 2009-2014. Ці джерела можуть реагувати на існуючу інфраструктуру, перекачуючи електроенергію в електромережі (хоча їх переривчасте виробництво електроенергії вимагає від керівників налаштувати їх методи балансування навантаження). Але вітер та сонячна енергія також можуть забезпечити енергію «відключенням» до окремих будинків, ферм та віддалених місць, надаючи цим джерелам унікальну гнучкість.

Деякі країни, зокрема Німеччина та Китай, взяли на себе великі зобов’язання щодо використання відновлюваних джерел енергії.

Німеччина тепер отримує понад 25% його електроенергії з відновлюваних джерел енергії, допомагаючи зменшити загальний викид вуглецю на більше% 25 відносно 1990. Китай уже виробляє більше сонячної електроенергії, ніж будь-яка інша країна, з встановленою базою понад 30 гігаватт і планує досягти 43 гігаватт до кінця цього року. В Австралії між 2010 і 2015 сонячна фотоелектрична потужність зростала від мегаватів 130 до гігаватт 4.7 - річний темп приросту 96%.

У поєднанні з додатковими технологіями, такими як електричні машини, ефективне світлодіодне освітлення та геотермальне опалення та охолодження, цей перехід може наблизити нас до нейтральності вуглецю.

Чи можна було б пришвидшити часовий графік розвитку інфраструктури 30-100? Деякі показники говорять про те, що відповідь може бути «так».

По-перше, що стосується електроенергії, замінити потребують лише джерела живлення; електромережі - полюси, дроти та інша передача, яка транспортує електроенергію - повинні керуватися по-різному, але не перебудовуватися з нуля. По-друге, менш розвинені країни можуть скористатися відновлюваними технологіями, щоб майже повністю «перестрибнути» над старими інфраструктурами.

Подібні речі траплялися і в недавньому минулому. Наприклад, 2000, наприклад, стільникові телефонні мережі охопили більшість країн, що розвиваються, - і одночасно уникали повільної, дорогої прокладки вразливих міських ліній, яких багато таких місць ніколи не будуватимуть за межами великих міст.

Паралельною енергією є живлення будівель, ферм, неформальних поселень та інших необхідних пунктів з портативними сонячними батареями та невеликими вітряками, які можна встановити майже де завгодно, не потребуючи далеколінійних ліній електропередач. Це теж уже відбувається у всьому світі, що розвивається.

Однак у розвиненому світі перехід до поновлюваних джерел енергії, швидше за все, займе значно більше часу.

У цих регіонах не лише обладнання, а й експертиза, освіта, фінанси, право, спосіб життя та інші соціокультурні системи підтримують і покладаються на енергетичну інфраструктуру на основі викопних палив. Вони теж повинні адаптуватися до змін.

Деякі - особливо величезна промисловість вугілля, нафти та природного газу - втрачають багато в результаті такого переходу. Ці історичні зобов'язання викликають рішучий політичний опір, як ми бачимо сьогодні у Сполучених Штатах.

Важливі проблеми, включаючи конкуренцію з викопним паливом

Енергетична інфраструктура, звичайно, не є єдиною проблемою. Дійсно, декарбонізація загрожує величезними технічними труднощами.

Ізоляція старих будівель, поліпшення економії палива та встановлення більш ефективних електричних передач - на сьогоднішній день найбільш економічно ефективні способи зменшити викиди вуглецю, але вони не можуть хвилювати людей, і їх не можна легко розпустити.

В даний час і в осяжному майбутньому жодне джерело енергії не може бути справді «нульовим вуглецем», оскільки пристрої, що працюють на викопному паливі, використовуються для видобутку сировини та транспортування готової продукції, включаючи системи відновлювальної енергетики, такі як сонячні батареї або вітрогенератори.

Електроенергія - дивовижно гнучка форма енергії, але її зберігання залишається головоломкою; сьогоднішній кращі технології акумуляторів потребують літій, відносно рідкісний елемент. І незважаючи на інтенсивні дослідження, батареї залишаються дорогими, важкими і заряджаються повільно.

Рідкісні землі - надзвичайно рідкісні елементи, знайдені лише в кількох місцях - наразі є критичними для вітрогенераторів та інших відновлюваних технологій, створюючи законні побоювання щодо майбутніх поставок.

Нарешті, за багатьох обставин спалювання нафти, вугілля та природного газу залишатиметься найпростішим та найменш дорогим засобом забезпечення електроенергією.

Наприклад, основні види транспорту, такі як трансконтинентальне судноплавство, авіаперевезення та перевезення на великі відстані, залишаються дуже важкими для перетворення на відновлювані джерела енергії. Біопаливо пропонує одну можливість зменшити викид вуглецю в ці транспортні системи, але багато рослин, вирощених як сировина для біопалива, конкурують з харчовими культурами та / або дикими землями.

Тим не менш, кінцева мета забезпечення всіх світових енергетичних потреб з поновлюваних джерел видається в принципі здійсненною. А основне нещодавнє дослідження з'ясували, що ці потреби можна легко задовольнити лише вітровою, водою та сонячною енергією за споживчими цінами, не вищими, ніж поточні енергетичні системи.

Інфраструктури як соціальні зобов'язання

Де все це залишає нас напередодні Парижа?

Прискорена декарбонізація не може бути досягнута лише технічними інноваціями, оскільки інфраструктура - це не просто технологічні системи. Вони являють собою складні мережі взаємно зміцнюючих фінансових, соціальних та політичних зобов'язань, кожен з яких має довгу історію та закріпився захисниками. З цієї причини великі зміни потребують значних культурних зрушень та політичної боротьби.

З культурної сторони одним гаслом, яке може надихнути на прискорені зміни, може бути "енергетична демократія”: Уявлення про те, що люди можуть і повинні виробляти власну енергію в невеликих масштабах, як вдома, так і в інших місцях.

Нові технології будівництва та низька вартість сонячних батарей принесли «чистий нуль» будинків (які виробляють стільки енергії, скільки споживають їх мешканці) в межах фінансових можливостей простих людей. Це одна з складових амбітних Німеччини Energiewendeабо країни перехід енергії подалі від викопних палив.

В історії інфраструктури фаза зльоту часто прискорювалася, коли нові технології вийшли з великих корпоративних та державних установок для прийняття приватними особами та меншими підприємствами. Електрична енергія на початку 20-го століття та використання Інтернету в 1990 є певними випадками.

У Квінсленді, Австралія, понад 20% будинків зараз виробляють власну електроенергію. Цей приклад говорить про можливість того, що в деяких місцях вже досягнуто «перекинутої точки» до нової соціальної норми сонячної даху. Насправді, a Недавнє дослідження з'ясували, що найкращим показником того, чи додає власник дому сонячні батареї в будинок, чи сусід вже мав їх.

Шматки головоломки

Багато різних підходів до політики можуть допомогти як зменшити споживання, так і збільшити частку відновлюваних джерел енергії в енергетичному поєднанні.

Будівельні норми можна поступово коригувати, щоб вимагати, щоб кожен дах генерував енергію та / або обґрунтовувався Норми "зеленого будівництва" LEED. Поступово збільшується податок на викиди вуглецю або система обмеження торгівлі (вже діє) у деяких націй) стимулює інновації, зменшуючи споживання викопного палива та сприяючи використанню відновлюваних джерел енергії.

У США, принаймні, ліквідують багатьох субсидії, які наразі надходять на викопні види палива може виявитися політично простішим, ніж оподаткування вуглецю, але надіслати аналогічний ціновий сигнал.

Адміністрація Обами План чистого живлення зменшення викидів вуглецю з вугільних електростанцій є правильним зміною політики. Це починає поступово, щоб дати комунальним компаніям час налагоджувати та ще зароджувані системи збору та зберігання вуглецю, щоб розробитись. За оцінками EPA, план призведе до отримання $ 20 мільярдів вигод від зміни клімату, а також користі для здоров'я в розмірі $ 14 - $ 34 мільярдів, при цьому коштувати набагато дешевше.

Оскільки парникові гази надходять з багатьох джерел, включаючи сільське господарство, тваринництво, холодоагенти та вирубування лісів (якщо сказати лише кілька), то для декарбонізації світової економіки можна значно більше, ніж перетворення на відновлювані джерела енергії.

Ця стаття стосується лише однієї частини цієї дуже великої загадки, але інфраструктурна перспектива може допомогти нам задуматися і над цими проблемами.

Історія інфраструктури говорить про те, що декарбонізація не відбудеться так швидко, як нам би хотілося. Але це також показує, що є способи прискорити зміни і є моменти, коли багато може трапитися дуже швидко.

Ми можемо бути на межі такої миті. По мірі розвитку паризьких переговорів щодо клімату шукайте натхнення у багатьох національних зобов'язаннях просунути цей процес вперед.

про автора

Пол Н Едвардс, професор інформації та історії Мічиганського університету. Він пише і викладає про знання та інформаційні інфраструктури. Едвардс є автором "Великої машини": "Комп'ютерні моделі, кліматичні дані" та "Політика глобального потепління" (MIT Press, 2010) та "Закритий світ: комп'ютери та політика дискурсу в Америці холодної війни" (MIT Press, 1996) та співредактор "Зміна атмосфери: знання експертів та екологічне управління" (MIT Press, 2001), а також численні статті.

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Пов’язана книга:

at InnerSelf Market і Amazon