{h1}
miljö + energi

Hur snabbt kan vi övergå till ett koldioxidutsläpp?

Anonim

Starta senare i månaden kommer världens nationer att samla i traumatiserad Paris för att hamra ut åtaganden för att sakta ner globala klimatförändringar. En eventuell långsiktig lösning kommer att kräva att "koldisera" världsekonomins ekonomi - det vill säga växla till kraftkällor som använder lite eller inget fossilt bränsle.

Hur fort kan det hända, och vad kan vi göra för att påskynda detta skifte?

En titt på historien om annan infrastruktur erbjuder några ledtrådar.

Energinläggningar

Dekarbonisering är ett infrastrukturproblem, den största mänskligheten någonsin har mött. Det omfattar inte bara energiproduktion utan även transport, belysning, värme, kylning, matlagning och andra grundläggande system och tjänster. Den globala infrastrukturen för fossila bränslen inbegriper inte bara olje- och gasbrunnar, kolgruvor, jätte oljetankfartyg, rörledningar och raffinaderier, men också miljontals bilar, bensinstationer, tankbilar, förrådslokaler, elkraftverk, koltåg, värmesystem, eldstäder och ugnar.

Det totala värdet av all denna infrastruktur är i storleksordningen US $ 10 biljoner, eller nästan två tredjedelar av den amerikanska bruttonationalprodukten. Inget så stort och dyrt kommer att ersättas om ett år, eller till och med några år. Det kommer att ta årtionden.

Ändå finns det goda nyheter, av ett slag, i det faktum att all infrastruktur slutligen slits ut. En studie från 2010 frågade: Vad händer om den nuvarande energiinfrastrukturen bara kunde leva ut sitt användbara liv utan att ersättas?

Det överraskande svaret: Om alla utslitna koleldade kraftverk byttes ut för sol, vind eller vatten, och varje död gasdriven bil ersätts med en elektrisk och så vidare kan vi bara stanna inom våra planetgränser.

Enligt studien skulle den befintliga infrastrukturen tills den faller ifrån varandra inte skjuta oss över den globala uppvärmningen på 2 grader Celsius som många forskare ser som den övre gränsen för acceptabla klimatförändringar.

Problemet är givetvis att vi inte gör det ännu. Istället ersätter vi slitna system med mer av samma, medan borrning, gruvdrift och byggnad ännu mer. Men det kan förändras.

Start för att bygga ut: en 30-100-årig tidslinje

Historiker av infrastruktur som jag själv observerar ett typiskt mönster. En långsammare innovationsfas följs av en startfas, under vilken nya tekniska system snabbt byggs och antas över hela regionen tills infrastrukturen stabiliseras vid "utbyggnad".

Detta temporala mönster överraskande liknar alla typer av infrastruktur. I USA var startfasen av kanaler, järnvägar, telegraf, oljeledningar och asfalterade vägbanor 30-100 år. Startfasen av radio, telefon, tv och internet varade var 30-50 år.

Infrastrukturens historia tyder på att "start" i förnybar elproduktion redan har börjat och kommer att gå mycket snabbt nu, särskilt när och var regeringar stöder det målet.

Sol- och vindkraftverk uppstår för närvarande snabbare än någon annan elkraftkälla, som växer globalt med 50% respektive 18% från 2009-2014. Dessa källor kan piggyback på befintlig infrastruktur, pumpning av el till elnät (även om deras intermittenta kraftproduktion kräver att chefer anpassar sina lastbalanseringstekniker). Men vind och sol kan också ge makt "off-grid" till enskilda hem, gårdar och avlägsna platser, vilket ger dessa källor en unik flexibilitet.

Vissa länder, särskilt Tyskland och Kina, har gjort stora engagemang för förnybar energi.

Tyskland får nu över 25% av sin elkraft från förnybara energikällor, vilket bidrar till att minska sin totala koldioxidutgång med över 25% jämfört med 1990. Kina producerar redan mer solkraft än något annat land med en installerad bas på över 30 gigawatt och planerar att nå 43 gigawattar i slutet av detta år. I Australien mellan 2010 och 2015 växte solvolymerna från 130 megawatt till 4, 7 gigawatt - en årlig tillväxttakt på 96%.

Kombinerade med komplementära teknologier som elbilar, effektiv LED-belysning och geotermisk uppvärmning och kylning, kan denna övergång flytta oss närmare koldioxidneutraliteten.

Kan den 30-100 åriga tidslinjen för infrastrukturutveckling accelereras? Vissa indikatorer tyder på att svaret kan vara "ja".

För det första, i fallet med el behöver endast strömkällorna ersättas. elnät - polerna, ledningarna och andra redskap som transporterar el - måste hanteras annorlunda men inte byggas om från början. För det andra kan mindre utvecklade länder utnyttja förnybar teknik för att "hoppa" nästan helt över äldre infrastrukturer.

Liknande saker har hänt nyligen. Sedan 2000 har mobiltelefonnäten till exempel nått de flesta utvecklingsländerna - och samtidigt undvikit det långsamma och kostsamma läggandet av utsatta fasta telefoner, vilket många sådana platser aldrig kommer att bygga utanför större städer.

Parallell i energi drivs byggnader, gårdar, informella bosättningar och andra behov med bärbara solpaneler och små väderkvarnar, som kan installeras nästan var som helst utan behov av långdistansledningar. Detta sker också redan över hela världen.

I den utvecklade världen kommer övergången till förnybara energikällor sannolikt att ta betydligt längre tid.

I dessa regioner stödjer och inte bara utrustning, men också expertis, utbildning, ekonomi, lag, livsstil och andra sociokulturella system energibaserad energiinfrastruktur. Dessa måste också anpassa sig till förändringen.

Vissa - särskilt de stora kol-, olje- och naturgasindustrin - står för att förlora mycket i en sådan övergång. Dessa historiska åtaganden ger bestämda politiska motstånd, som vi ser i Förenta staterna idag.

Tuffa problem, inklusive konkurrens från fossila bränslen

Energiinfrastruktur är naturligtvis inte den enda utmaningen. Faktum är att koldioxideringen är fylld med enorma tekniska svårigheter.

Isolering av äldre byggnader, förbättrad bränsleekonomi och installation av effektivare elektriska redskap är överlägset de mest kostnadseffektiva sätten att minska koldioxidutsläpp, men de misslyckas med att excitera människor och kan inte lätt flappas.

För närvarande och under överskådlig framtid kan ingen energikälla vara "nollkol", eftersom fossila bränsledrivna enheter används för att råa ut råmaterial och transportera färdiga produkter, inklusive förnyelsebara energisystem som solpaneler eller vindkraftverk.

Elektricitet är en underbart flexibel form av energi, men lagring av det är fortfarande ett sammandrag; dagens bästa batteriteknik kräver litium, ett relativt sällsynt element. Och trots intensiv forskning är batterierna dyra, tunga och långsamma att ladda.

Sällsynta jordarter - extremt sällsynta element som finns på några få ställen - är för närvarande kritiska för vindkraftverk och annan förnybar teknik, vilket skapar legitima bekymmer för framtida leveranser.

Slutligen, under många omständigheter, kommer brinnande olja, kol och naturgas att förbli det enklaste och billigaste sättet att tillhandahålla kraft.

Till exempel är de stora transportsätten som t ex transcontinental sjöfart, flyg och långdistansfordon fortfarande mycket svåra att omvandla till förnyelsebara energikällor. Biobränslen erbjuder en möjlighet att minska koldioxidavtrycket för dessa transportsystem, men många växter som odlas som biobränslefoder konkurrerar med livsmedelsgrödor och / eller vilda områden.

Ändå verkar det ultimata målet att tillhandahålla alla världens energibehov från förnybara källor i princip vara genomförbart. En stor ny studie visade att dessa behov lätt kunde tillgodoses med vind, vatten och solkraft, till konsumentpriser som inte var högre än nuvarande energisystem.

Infrastrukturer som sociala åtaganden

Var lämnar vi allt här i Paris?

Accelererad avkolning kan inte uppnås genom teknisk innovation ensam, eftersom infrastrukturer inte bara är tekniska system. De representerar komplexa nät av ömsesidigt förstärkande ekonomiska, sociala och politiska åtaganden, var och en med långa historier och förankrade försvarare. Av denna anledning kommer stora förändringar kräva väsentliga kulturella förändringar och politisk kamp.

På den kulturella sidan kan en slogan som inspirerar till accelererad förändring vara "energidemokrati": tanken att människor kan och bör producera sin egen energi, i små vågar, både hemma och på andra håll.

Nybyggnadstekniker och låga kostnader för solpaneler har medfört "nät-noll" bostäder (som producerar så mycket energi som deras invånare konsumerar) inom vanliga människors ekonomiska räckvidd. Dessa är en del av Tysklands ambitiösa Energiewende, eller landets energitransition bort från fossila bränslen.

I infrastrukturhistoriken har startfasen ofta accelererat när ny teknik flyttas ut ur stora företags- och regeringsinställningar för adoption av enskilda och mindre företag. Elkraft i början av 1900-talet och internetanvändning på 1990-talet är fall i sak.

I Queensland, Australien, genererar över 20% av bostäder sin egen el. Det här exemplet föreslår möjligheten att en "tipppunkt" mot en ny social norm för soltaket redan har uppnåtts på vissa ställen. Faktum är att en ny studie visade att den bästa indikatorn på huruvida en viss husägare lägger solpaneler till ett hus är om en granne redan hade dem.

Delar av ett pussel

Många olika politiska tillvägagångssätt skulle kunna bidra till att minska konsumtionen och öka andelen förnybara energikällor i energimixen.

Byggkoder kan gradvis anpassas för att kräva att varje tak skapar energi och / eller ratcheted upp till LEED "green building" -standarder. En gradvis ökande kolskatt eller keps och handel system (redan på plats i vissa nationer) skulle stimulera innovation samtidigt som fossila bränsleförbrukningen minskas och användning av förnybara energikällor främjas.

I Förenta staterna kan åtminstone eliminering av de många subventioner som för närvarande flyter till fossila bränslen vara politiskt lättare än att beskatta kol, men ändå skicka en liknande prissignal.

Obama-administrationens Clean Power Plan för att minska koldioxidutsläppen från koleldade kraftverk representerar rätt typ av förändring av politiken. Det sparkar gradvis in för att ge verktygsföretagens tid att anpassa och ständigt växande kolavskiljnings- och lagringssystem tid att utvecklas. EPA uppskattar att planen kommer att generera 20 miljarder dollar i förmåner för klimatförändringar, liksom hälsoeffekterna på 14 till 34 miljarder dollar, medan de kostar mycket mindre.

Eftersom växthusgaser kommer från många källor, inklusive jordbruk, djurhållning, köldmedier och avskogning (för att bara nämna några), finns det mycket mer att koldioxidera den globala ekonomin än att omvandla till förnybara energikällor.

Denna artikel har bara tagit upp en del av det mycket stora pusslet, men ett infrastrukturperspektiv kan hjälpa oss att tänka på dessa problem också.

Infrastrukturhistoria berättar för oss att koldioxideringen inte kommer att hända nästan så fort som vi kanske tycker om det. Men det visar också att det finns sätt att påskynda förändringen och att det finns tippunktsmoment när mycket kan hända mycket snabbt.

Vi kan vara på randen i ett ögonblick. När klimatförhandlingarna i Paris utvecklas, leta efter inspiration i de många nationella åtagandena för att driva denna process framåt.

Rekommenderas

Varför Volvo går "all-electric" är inte lika revolutionerande som det verkar

Varför fred i Ukraina inte kommer att rädda den ryska ekonomin

Hur Florida hjälper till att träna nästa generations cybersecurity-proffs