Berapa Pantas Kami Boleh Berubah Ke Sistem Tenaga Rendah karbon? Ladang suria 32-megawatt di Long Island, New York, satu langkah untuk bergerak ke infrastruktur tenaga rendah karbon. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

Apa-apa penyelesaian jangka panjang akan memerlukan "decarbonizing" ekonomi tenaga dunia - iaitu, beralih kepada sumber kuasa yang menggunakan sedikit atau tiada bahan api fosil.

Berapa cepatkah ini berlaku, dan apa yang boleh kita lakukan untuk mempercepatkan peralihan ini?

Melihat sejarah infrastruktur lain menawarkan beberapa petunjuk.

Infrastruktur Tenaga

Decarbonization adalah masalah infrastruktur, terbesar satu kemanusiaan yang pernah dihadapi. Ia melibatkan bukan sahaja pengeluaran tenaga, tetapi juga pengangkutan, pencahayaan, pemanasan, penyejukan, memasak dan sistem dan perkhidmatan asas yang lain. Infrastruktur bahan api fosil global termasuk bukan sahaja telaga minyak dan gas, lombong arang batu, kapal tangki minyak gergasi, saluran paip dan loji penapisan, tetapi juga berjuta-juta kereta, stesen minyak, lori tangki, depot penyimpanan, loji kuasa elektrik, kereta api arang batu, sistem pemanasan, dapur dan ketuhar.


grafik langganan dalaman


Nilai keseluruhan semua infrastruktur ini adalah atas perintah US $ 10 trilion, atau hampir dua pertiga daripada keluaran dalam negara kasar AS. Tiada yang besar dan mahal akan diganti dalam setahun, atau bahkan beberapa tahun. Ia akan mengambil masa beberapa dekad.

Namun terdapat berita baik, semacamnya, pada akhirnya semua infrastruktur habis. A Kajian 2010 bertanya: bagaimana jika infrastruktur tenaga sekarang hanya dibenarkan menjalani kehidupan yang berguna, tanpa digantikan?

Jawapan yang mengejutkan: jika setiap loji kuasa arang batu usang telah ditukar untuk solar, angin atau hidro, dan setiap kereta berkuasa gas mati digantikan dengan satu elektrik, dan sebagainya, kita mungkin hanya tinggal dalam kami sempadan planet.

Menurut kajian itu, menggunakan infrastruktur sedia ada sehingga ia jatuh selain tidak akan menolak kita masa lalu pemanasan global darjah Celsius 2 bahawa ramai saintis lihat sebagai had atas perubahan iklim boleh diterima.

Masalahnya, sudah tentu, adalah bahawa kita tidak melakukan ini. Sebaliknya, kami akan menggantikan sistem usang dengan lebih daripada yang sama, manakala penggerudian, perlombongan dan pembinaan lebih. Tetapi yang boleh mengubah.

Pembasmian Untuk Pembuatan: Garis Masa 30-100 tahun

Ahli-ahli sejarah infrastruktur seperti diri saya memerhatikan corak tipikal. Tahap inovasi yang lebih perlahan diikuti dengan fasa "lepas landas", di mana sistem teknikal baru dibina dengan cepat dan diterima pakai di seluruh rantau, sehingga infrastruktur menstabilkan "bina".

Corak temporal ini menghairankan menyerupai semua jenis infrastruktur. Di Amerika Syarikat, fasa longgokan, rel kereta api, telegraf, paip minyak dan jalan raya berturap bertahan 30-100 tahun. Fasa-fasa berlepas radio, telefon, televisyen dan internet setiap bertahan 30-50 tahun.

Sejarah menunjukkan bahawa infrastruktur "take-off" dalam pengeluaran elektrik yang boleh diperbaharui telah pun bermula dan akan bergerak dengan cepat, terutamanya apabila dan di mana kerajaan menyokong matlamat tersebut.

pemasangan kuasa solar dan angin sedang muncul lebih cepat daripada mana-mana sumber kuasa elektrik yang lain, berkembang pada kadar tahunan di seluruh dunia 50% dan 18% masing-masing dari 2009-2014. Sumber-sumber ini boleh piggyback infrastruktur sedia ada, pam elektrik ke grid kuasa (walaupun pengeluaran kuasa terputus-putus mereka memerlukan pengurus untuk menyesuaikan mereka teknik pengimbangan beban). Tetapi angin dan solar juga boleh memberi kuasa "off-grid" ke rumah-rumah individu, ladang dan lokasi yang jauh, memberikan sumber-sumber ini fleksibiliti yang unik.

 

Sesetengah negara, terutamanya Jerman dan China, telah membuat komitmen utama kepada tenaga boleh diperbaharui.

Jerman kini mendapat lebih daripada 25% daripada kuasa elektriknya daripada tenaga boleh diperbaharui, membantu mengurangkan jumlah keluaran karbonnya oleh lebih% 25 berbanding dengan 1990. China telah menghasilkan lebih banyak tenaga solar daripada mana-mana negara lain, dengan asas dipasang lebih daripada gigawatt 30 dan merancang untuk mencapai 43 gigawatt menjelang akhir tahun ini. Di Australia antara 2010 dan 2015, kapasiti photovoltaic solar berkembang dari 130 megawatt ke gigawatt 4.7 - Kadar pertumbuhan tahunan 96%.

Digabungkan dengan teknologi pelengkap seperti kereta elektrik, lampu LED yang cekap, dan pemanasan dan penyejukan geothermal, peralihan ini dapat menggerakkan kita lebih dekat kepada neutraliti karbon.

Bolehkah garis masa 30-100 tahun untuk pembangunan infrastruktur dipercepatkan? Sesetengah penunjuk mencadangkan bahawa jawapannya mungkin "ya."

Pertama, dalam hal elektrik, hanya sumber tenaga perlu penggantian; grid kuasa - tiang, wayar dan peralatan lain yang mengangkut elektrik - mesti diuruskan secara berbeza, tetapi tidak dibina semula dari awal. Kedua, negara kurang maju mungkin memanfaatkan teknologi yang boleh diperbaharui untuk "melompat" hampir keseluruhannya dalam infrastruktur yang lebih tua.

Perkara serupa telah berlaku pada masa lalu. Sejak 2000, sebagai contoh, rangkaian telefon selular telah mencapai sebahagian besar dunia membangun - dan pada masa yang sama mengelakkan lambat talian mahal yang mahal, yang mana banyak tempat seperti ini tidak akan pernah membina di luar bandar-bandar utama.

Selari dalam tenaga adalah menyalakan bangunan, ladang, penempatan tidak formal dan keperluan lain dengan panel solar mudah alih dan kincir angin kecil, yang boleh dipasang hampir di mana saja tanpa memerlukan talian kuasa jarak jauh. Ini juga telah berlaku di seluruh dunia membangun.

Di negara maju, bagaimanapun, peralihan kepada tenaga boleh diperbaharui akan mungkin mengambil jauh lebih lama.

Di rantau itu, bukan sahaja peralatan, tetapi juga kepakaran, pendidikan, kewangan, undang-undang, gaya hidup dan sistem sosiokultural lain yang menyokong dan bergantung kepada infrastruktur tenaga berasaskan bahan bakar fosil. Ini juga mesti menyesuaikan diri dengan perubahan.

Sesetengahnya - terutamanya industri arang batu, minyak, dan gas asli - banyak kehilangan banyak peralihan seperti itu. Komitmen bersejarah ini menghasilkan ketahanan politik yang ditentukan, seperti yang kita lihat di Amerika Syarikat hari ini.

Masalah Sukar, Termasuk Persaingan daripada bahan api fosil

Infrastruktur tenaga tentu saja bukan satu-satunya cabaran. Sesungguhnya, decarbonization adalah penuh dengan masalah teknikal yang besar.

Penebat bangunan lama, meningkatkan ekonomi bahan api, dan memasang gear elektrik yang lebih cekap yang jauh cara yang paling kos efektif untuk mengurangkan jejak kaki karbon, tetapi ini gagal untuk merangsang orang dan tidak mudah diketengahkan.

Pada masa ini dan pada masa depan yang tidak dijangka, tiada sumber tenaga boleh menjadi benar-benar "sifar karbon," kerana peranti fosil-bahan api digunakan untuk melombong bahan mentah dan untuk mengangkut produk siap, termasuk sistem tenaga boleh diperbaharui seperti panel solar atau turbin angin.

Elektrik adalah satu bentuk hebat fleksibel tenaga, tetapi menyimpan ia tetap satu teka-teki; hari ini teknologi bateri terbaik memerlukan litium, elemen yang agak jarang berlaku. Dan walaupun penyelidikan intensif, bateri kekal mahal, berat, dan perlahan untuk menenangkan fikiran.

Nadir bumi - unsur-unsur yang sangat jarang ditemui dalam hanya beberapa tempat - pada masa ini kritikal untuk turbin angin dan teknologi lain yang boleh diperbaharui, mewujudkan kebimbangan yang sah mengenai bekalan masa depan.

Akhirnya, dalam banyak keadaan, pembakaran minyak, arang batu dan gas asli akan kekal sebagai cara paling mudah dan paling murah untuk menyediakan kuasa.

Sebagai contoh, mod pengangkutan utama seperti perkapalan transcontinental, perjalanan udara dan trak jarak jauh tetap sangat sukar untuk ditukar kepada sumber kuasa yang boleh diperbaharui. Biofuels menawarkan satu kemungkinan untuk mengurangkan jejak karbon sistem pengangkutan ini, tetapi banyak tumbuh-tumbuhan yang ditanam sebagai bahan bakar biofuel bersaing dengan tanaman makanan dan / atau tanah liar.

Walau bagaimanapun, matlamat utama untuk menyediakan semua keperluan tenaga dunia dari sumber yang boleh diperbaharui nampaknya boleh dilaksanakan pada dasarnya. A kajian baru-baru ini mendapati bahawa keperluan tersebut boleh mudah dicapai dengan hanya angin, air dan tenaga solar, pada harga pengguna tidak lebih tinggi daripada sistem tenaga semasa.

Infrastruktur Sebagai Komitmen Sosial

Di manakah semua ini meninggalkan kita di larian ke Paris?

Decarbonization yang dipercepat tidak boleh dicapai oleh inovasi teknikal sahaja, kerana infrastruktur bukan hanya sistem teknologi. Mereka mewakili web yang kompleks untuk komitmen kewangan, sosial dan politik yang saling menguatkan, masing-masing dengan sejarah panjang dan pembela yang kuat. Atas sebab ini, perubahan besar akan memerlukan peralihan budaya yang substansial dan perjuangan politik.

Di sisi budaya, satu slogan yang boleh memberi inspirasi kepada perubahan pantas mungkin "demokrasi tenaga": Tanggapan bahawa orang boleh dan harus menghasilkan tenaga sendiri, pada skala kecil, di rumah dan di tempat lain juga.

Teknik pembinaan baru dan kos rendah panel solar membawa "rumah bersih-sifar" (yang menghasilkan tenaga sebanyak penduduknya) dalam jangkauan kewangan orang biasa. Ini adalah salah satu komponen dari Jerman yang bercita-cita tinggi Energiewende, Atau desa Peralihan tenaga jauh daripada bahan api fosil.

Dalam sejarah infrastruktur, fasa lepas telah sering dipercepat apabila teknologi baru dipindahkan dari tetapan korporat dan kerajaan yang besar untuk diterima pakai oleh individu dan perniagaan yang lebih kecil. Kuasa elektrik pada abad 20th awal dan penggunaan internet di 1990s adalah kes-kes yang tepat.

Di Queensland, Australia, lebih daripada 20% rumah kini menjana elektrik mereka sendiri. Contoh ini menunjukkan kemungkinan bahawa "titik kritikal" terhadap norma sosial solar di atas bumbung telahpun dicapai di beberapa tempat. Malah, a kajian baru-baru mendapati bahawa penunjuk terbaik sama ada pemilik rumah yang diberikan menambah panel solar untuk rumah adalah sama ada jiran yang sudah mempunyai mereka.

Pieces Of A Puzzle

Banyak pendekatan dasar yang berbeza boleh membantu, kedua-dua untuk mengurangkan penggunaan dan untuk meningkatkan bahagian tenaga boleh diperbaharui dalam campuran tenaga.

kod bangunan boleh secara beransur-ansur diselaraskan untuk menghendaki bahawa setiap atas bumbung menjana tenaga, dan / atau ratcheted sehingga LEED "bangunan hijau" standard. Secara beransur-ansur meningkatkan cukai karbon atau cap-and-trade system (sudah ada di beberapa negara) akan mendorong inovasi semasa mengurangkan penggunaan bahan api fosil dan mempromosikan penggunaan tenaga boleh diperbaharui.

Di Amerika Syarikat, sekurang-kurangnya, menghilangkan banyak subsidi yang kini mengalir kepada bahan api fosil boleh membuktikan secara politis lebih mudah daripada mengecualikan karbon, namun menghantar isyarat harga yang sama.

Pentadbiran Obama Pelan Power Clean untuk mengurangkan keluaran karbon dari loji janakuasa arang batu mewakili perubahan dasar yang betul. Ia bermula secara beransur-ansur untuk memberi masa kepada syarikat utiliti untuk menyesuaikan dan menstabilkan sistem penangkapan dan penyimpanan karbon yang masih baru. EPA menganggarkan bahawa pelan itu akan menjana $ 20 bilion dalam manfaat perubahan iklim, serta faedah kesihatan $ 14- $ 34 bilion, sementara kosnya lebih rendah.

Oleh kerana gas rumah hijau datang daripada pelbagai sumber, termasuk pertanian, penternakan, penyejuk dan pembasmian hutan (untuk menamakan adil beberapa), ada banyak lagi untuk decarbonizing ekonomi global daripada menukar kepada sumber tenaga boleh diperbaharui.

Artikel ini telah ditangani hanya sekeping teka-teki yang sangat besar, tetapi perspektif infrastruktur boleh membantu kita berfikir tentang masalah mereka juga.

Sejarah infrastruktur memberitahu kita bahawa decarbonization tidak akan berlaku hampir secepat mungkin. Tetapi ia juga menunjukkan bahawa ada cara untuk mempercepatkan perubahan itu, dan ada saat-saat tipping-point apabila banyak boleh berlaku dengan cepat.

Kita mungkin di ambang waktu itu. Sebagai iklim rundingan Paris membangunkan, mencari inspirasi dalam komitmen negara yang menolak proses ini ke hadapan.

Tentang PengarangPerbualan

edwards paulPaul N Edwards, Profesor Maklumat dan Sejarah, Universiti Michigan. Beliau menulis dan mengajar tentang infrastruktur pengetahuan dan maklumat. Edwards adalah pengarang A Vast Machine: Model Komputer, Data Iklim, dan Politik Pemanasan Global (MIT Press, 2010) dan The Closed World: Komputer dan Politik Wacana dalam Perang Dingin Amerika (MIT Press, 1996), dan co-editor of Changing the Atmosphere: Pengetahuan Ahli dan Tadbir Urus Persekitaran (MIT Press, 2001), serta pelbagai artikel.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.


Tempah berkaitan:

at InnerSelf Market dan Amazon