32-мегаваттная солнечная ферма в Лонг-Айленде, Нью-Йорк, один шаг в переходе к низкоуглеродной энергетической инфраструктуре. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

Любое долгосрочное решение потребует «декарбонизации» мировой энергетической экономики, то есть перехода к источникам энергии, которые мало используют или не используют ископаемое топливо.

Как быстро это может произойти, и что мы можем сделать, чтобы ускорить этот сдвиг?

Взгляд на историю других инфраструктур дает некоторые подсказки.

Энергетические инфраструктуры

Декарбонизация - это проблема инфраструктуры, самая большая проблема, с которой когда-либо сталкивалось человечество. Он включает не только производство энергии, но и транспортировку, освещение, отопление, охлаждение, приготовление пищи и другие базовые системы и услуги. Глобальная инфраструктура ископаемого топлива включает в себя не только нефтяные и газовые скважины, угольные шахты, гигантские нефтяные танкеры, трубопроводы и нефтеперерабатывающие заводы, но также миллионы автомобилей, заправочных станций, автоцистерн, хранилищ, электростанций, угольных поездов, систем отопления, печей. и духовки.

Общая стоимость всей этой инфраструктуры порядка $ 10 трлн, или почти две трети валового внутреннего продукта США. Ничто из того, что огромный и дорогой будет заменено через год или даже несколько лет. Это займет десятилетия.

Но есть хорошая новость, что-то вроде того, что вся инфраструктура в конце концов изнашивается. исследование, проведенное в 2010 г. спросил: что, если нынешняя энергетическая инфраструктура просто позволила бы прожить свою полезную жизнь, не будучи замененной?

Удивительный ответ: если каждый изношенные угольные электростанции были обменены на энергии солнца, ветра или гидро, и каждый мертвый газоиспользующего автомобиль заменен на электрическую и так далее, мы могли бы просто остаться в нашей планетарные границы.

Согласно результатам исследования, используя существующую инфраструктуру, пока она не развалится не подталкивать нас мимо 2 градусов Цельсия глобального потепления, что многие ученые рассматривают как верхний предел допустимого изменения климата.

Проблема, конечно, в том, что мы не делаем это до сих пор. Вместо этого мы заменяем изношенные системы с больше того же самого, в процессе бурения, горнодобывающей промышленности и строительства еще больше. Но это может измениться.

Взлет, чтобы построить: 30-100-годовой график

Историки инфраструктура как я наблюдаю типичную картину. За более медленной стадией инноваций следует этап «взлета», в ходе которого новые технические системы быстро создаются и принимаются во всем регионе, пока инфраструктура не стабилизируется при «строительстве».

Эта временная схема удивительно похожа на все виды инфраструктуры. В Соединенных Штатах взлетная фаза каналов, железных дорог, телеграфов, нефтепроводов и мощеных дорог Длительность 30-100, Взлетная фазы радио, телефон, телевизор и интернет каждый Длительность 30-50.

История инфраструктуры предполагает, что "взлет" в области производства электроэнергии из возобновляемых источников уже началось и будет двигаться очень быстро сейчас, особенно когда и где правительства поддерживают эту цель.

Солнечные и ветряные энергетические установки в настоящее время возникают быстрее, чем любой другой источник электроэнергии, растет во всем мире годовые темпы 50% и 18% соответственно от 2009-2014, Эти источники могут контрейлерных на существующей инфраструктуре, насосная электроэнергии в электрических сетях (хотя их прерывистое производство электроэнергии требует от менеджеров корректировать свои методы балансировки нагрузки). Но ветер и солнечная также может обеспечить питание "вне сетки" для отдельных домов, ферм и отдаленных местах, давая этим источникам уникальную гибкость.

Некоторые страны, в частности Германия и Китай, взяли на себя серьезные обязательства в отношении возобновляемых источников энергии.

Германия в настоящее время получает более 25% его электроэнергии от возобновляемых источников энергии, что помогает сократить общий объем за% 25 относительно 1990. Китай уже производит больше солнечного электричества, чем в любой другой стране, с установленной базой более 30 гигаватт и планирует достичь 43 гигаватт к концу этого года, В Австралии между 2010 и 2015, солнечная фотоэлектрическая мощность выросла от мегаватт 130 до гигаватт 4.7 - Ежегодный темп роста 96%.

В сочетании с такими дополнительными технологиями, как электромобили, эффективное светодиодное освещение и геотермальное отопление и охлаждение, этот переход может приблизить нас к углеродной нейтральности.

Может ли ускоряться временная шкала 30-100-года для развития инфраструктуры? Некоторые индикаторы предполагают, что ответ может быть «да».

Во-первых, в случае с электричеством в замене нуждаются только источники энергии; Электрические сети - столбы, провода и другое оборудование, передающее электричество, - должны управляться по-другому, а не восстанавливаться с нуля. Во-вторых, менее развитые страны могут воспользоваться преимуществами возобновляемых источников энергии, чтобы почти полностью «перепрыгнуть» через старую инфраструктуру.

Подобные вещи произошли в недавнем прошлом. Так как 2000, например, сотовые телефонные сети достигли большей части развивающегося мира - и одновременно избегали медленной и дорогостоящей укладки уязвимых наземных линий, что многие такие места никогда не будут строить за пределами крупных городов.

Параллельно с этим в энергетике обеспечивается энергоснабжение зданий, ферм, неформальных поселений и других необходимых точек с помощью портативных солнечных панелей и небольших ветряных мельниц, которые можно установить практически в любом месте без необходимости прокладки линий электропередач на большие расстояния. Это тоже уже происходит во всем развивающемся мире.

В развитых странах, однако, переход к возобновляемым источникам энергии, вероятно, значительно больше времени.

В этих регионах не только оборудование, но и опыт, образование, финансы, право, образ жизни и другие социокультурные системы поддерживают и опираются на энергетическую инфраструктуру, основанную на ископаемом топливе. Они тоже должны приспосабливаться к изменениям.

Некоторые - особенно огромные угольные, нефтяные и газовые отрасли - теряют много в таком переходе. Эти исторические обязательства создают определенное политическое сопротивление, как мы видим сегодня в Соединенных Штатах.

Трудные проблемы, в том числе конкуренция со стороны видов ископаемого топлива

Энергетическая инфраструктура, конечно же, не является единственной проблемой. Действительно, декарбонизация чревата огромными техническими трудностями.

Изоляционный старых зданий, улучшая экономию топлива, и установка более эффективного электрического такелаж далеко наиболее рентабельные способы снижения углеродных следов, но они не могут возбуждать людей и не могут быть легко красными.

В настоящее время и в обозримом будущем ни один источник энергии не может быть поистине «нулевым углеродом», поскольку устройства с ископаемым топливом используются для добычи сырья и транспортировки готовой продукции, включая возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи или ветряные турбины.

Электричество является удивительно гибкая форма энергии, но хранить его остается загадкой; сегодняшних лучшие технологии аккумуляторов требуют лития, относительно редкий элемент. И, несмотря на интенсивные исследования, батареи остаются дорогими, тяжелыми и медленно перезаряжать.

Редкие земли - чрезвычайно редкие элементы, найденные всего в нескольких местах - в настоящее время имеют решающее значение для ветровых турбин и других возобновляемых технологий, создавая законные заботы о будущих поставках.

Наконец, во многих случаях сжигание нефти, угля и природного газа будет оставаться самым простым и наименее дорогостоящим средством обеспечения власти.

Например, основные виды транспорта, такие как трансконтинентальные морские перевозки, авиаперелеты и дальние грузовые перевозки, по-прежнему очень трудно преобразовать в возобновляемые источники энергии. Биотопливо предлагает одну возможность для уменьшения углеродного следа этих транспортных систем, но многие растения, выращиваемые в качестве сырья для биотоплива, конкурируют с продовольственными культурами и / или дикими землями.

Тем не менее, конечная цель обеспечения всех энергетических потребностей мира из возобновляемых источников представляется в принципе осуществимой. недавнее исследование обнаружили, что эти потребности могут легко быть удовлетворены только с ветром, водой и солнечной энергии, по потребительским ценам не выше текущих энергетических систем.

Инфраструктуры как социальные обязательства

Где все это оставляет нас в преддверии Парижа?

Ускоренной декарбонизации нельзя добиться только за счет технических инноваций, потому что инфраструктуры - это не просто технологические системы. Они представляют собой сложную сеть взаимоусиливающих финансовых, социальных и политических обязательств, каждая из которых имеет долгую историю и закоренелых защитников. По этой причине для серьезных изменений потребуются существенные культурные сдвиги и политическая борьба.

С культурной стороны один лозунг, который может вдохновить ускоренное изменение, может быть "энергетическая демократия»: Понятие о том, что люди могут и должны производить свою собственную энергию, в небольших масштабах, дома и в других местах.

Новые технологии строительства и низкая стоимость солнечных панелей привели к тому, что дома с нулевым нулевым уровнем (которые потребляют столько энергии, сколько потребляют их жители) в пределах финансового охвата обычных людей. Это один из компонентов амбициозного EnergiewendeИли в стране Переход энергии от ископаемых видов топлива.

В истории инфраструктуры этап взлета часто ускоряется, когда новые технологии выходят за рамки крупных корпоративных и государственных условий для принятия отдельными лицами и небольшими предприятиями. Электрическая мощность в начале X-XXX вв. И использование Интернета в 20s являются примерами.

В Квинсленде, Австралия, более 20% домов теперь генерируют собственное электричество. Этот пример свидетельствует о возможности того, что в некоторых местах уже достигнут «переломный момент» по отношению к новой социальной норме солнечной солнечной радиации. Фактически, Недавнее исследование Установлено, что лучший показатель добавляет ли данный владелец дома солнечные батареи для дома, является ли уже их сосед.

Кусочки головоломки

Много различных политических подходов может помочь, как сократить потребление и увеличить долю возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе.

Строительные нормы и правила могут быть постепенно регулировать, чтобы требовать, чтобы каждый на крыше генерировать энергию, и / или ужесточаться до LEED стандарты "зеленого строительства", Постепенно увеличивающаяся система налога на выбросы углерода или система ограничения и торговли (уже на месте в некоторых странах) будет стимулировать инновации, одновременно сокращая потребление ископаемого топлива и способствуя использованию возобновляемых источников энергии.

В Соединенных Штатах, по крайней мере, устранение многих субсидии, которые в настоящее время поток для ископаемого топлива может оказаться политически проще, чем облагать налогом углерод, но отправить аналогичный ценовой сигнал.

Администрация Обамы Чистый план питания сокращение выбросов углерода угольными электростанциями представляет собой правильное изменение политики. Он начинает действовать постепенно, чтобы дать коммунальным компаниям время на настройку, а еще только зарождающимся системам улавливания и хранения углерода - время на разработку. По оценкам Агентства по охране окружающей среды, этот план принесет выгоды от изменения климата в размере 20 миллиардов долларов, а также пользу для здоровья в размере 14-34 миллиардов долларов при гораздо меньших затратах.

Поскольку парниковые газы приходят из многих источников, включая сельское хозяйство, животноводство, хладагенты и обезлесение (назвать лишь некоторые из них), есть намного больше, чтобы декарбонизации мировой экономики, чем преобразования возобновляемых источников энергии.

В данной статье рассматривается только одна часть этой очень большой головоломки, но в перспективе инфраструктура может помочь нам думать о тех проблемах, а также.

История инфраструктуры говорит нам о том, что декарбонизация произойдет не так быстро, как нам бы хотелось. Но это также показывает, что есть способы ускорить изменение, и что есть моменты переломного момента, когда многое может произойти очень быстро.

Мы можем быть на грани такой момент. По мере развития климатических переговоров в Париже, искать вдохновение в многочисленных национальных обязательств по активизации данного процесса.

Об авторе

Пол Эдвардс, профессор информации и истории Мичиганского университета. Он пишет и преподает знания и информационные инфраструктуры. Эдвардс - автор книг «Огромная машина: компьютерные модели, климатические данные и политика глобального потепления» (MIT Press, 2010) и «Закрытый мир: компьютеры и политика дискурса в Америке холодной войны» (MIT Press, 1996) и соредактор журнала Changing the Atmosphere: Expert Knowledge and Environmental Governance (MIT Press, 2001), а также многочисленных статей.

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Связанные книги:

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon