Quanto velocemente possiamo passare a un sistema energetico a basse emissioni di carbonio? Una fattoria solare 32-megawatt a Long Island, New York, un passo avanti verso l'infrastruttura energetica a basse emissioni di carbonio. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

Qualsiasi soluzione a lungo termine richiederà la "decarbonizzazione" dell'economia mondiale dell'energia, ovvero il passaggio a fonti energetiche che utilizzano poco o nessun combustibile fossile.

Quanto velocemente può accadere e cosa potremmo fare per accelerare questo cambiamento?

Uno sguardo alla storia di altre infrastrutture offre alcuni indizi.

Infrastrutture energetiche

Decarbonizzazione è un problema di infrastrutture, il più grande l'umanità abbia mai affrontato. Si tratta non solo la produzione di energia, ma anche il trasporto, l'illuminazione, il riscaldamento, il raffreddamento, la cucina e altri sistemi e servizi di base. L'infrastruttura di combustibile fossile globale include non solo i pozzi di petrolio e gas, miniere di carbone, giganti petroliere, oleodotti e raffinerie, ma anche milioni di automobili, stazioni di servizio, autobotti, depositi di stoccaggio, impianti di energia elettrica, treni di carbone, impianti di riscaldamento, stufe e forni.


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Il valore totale di tutta questa infrastruttura è sull'ordine di US $ 10 miliardi, o quasi i due terzi del prodotto interno lordo degli Stati Uniti. Nulla di così enorme e costoso sarà sostituito in un anno o addirittura in pochi anni. Ci vorranno decenni.

Eppure ci sono buone notizie, in un certo senso, nel fatto che tutte le infrastrutture alla fine si logorano. UN uno studio del 2010 ha chiesto: e se l'attuale infrastruttura energetica fosse semplicemente autorizzata a vivere la sua vita utile, senza essere sostituita?

La risposta sorprendente: se ogni centrale elettrica a carbone logoro sono stati scambiati per energia solare, eolica o idroelettrica, e ogni macchina alimentata a gas morto sostituito con uno elettrico, e così via, si potrebbe semplicemente rimanere all'interno della nostra confini planetari.

Secondo lo studio, utilizzando l'infrastruttura esistente fino a quando non cade a pezzi non sarebbe spingerci oltre il riscaldamento globale gradi Celsius 2 che molti scienziati vedono come il limite superiore del cambiamento climatico accettabile.

Il problema, naturalmente, è che non abbiamo ancora facendo questo. Invece, stiamo sostituendo sistemi logori con più dello stesso, durante la perforazione, estrazione e costruzione anche di più. Ma questo potrebbe cambiare.

Take-off To build-out: una cronologia 30-100-year

Gli storici di infrastruttura come me, osservo uno schema tipico. Una fase di innovazione più lenta è seguita da una fase di "decollo", durante la quale i nuovi sistemi tecnici vengono rapidamente costruiti e adottati in un'intera regione, finché l'infrastruttura non si stabilizza in "build-out".

Questo modello temporale è sorprendentemente simile a tutti i tipi di infrastrutture. Negli Stati Uniti, la fase di decollo di canali, ferrovie, telegrafi, oleodotti e strade asfaltate durato 30-100 anni. Le fasi di decollo di radio, telefono, televisione e Internet ogni durato 30-50 anni.

La storia delle infrastrutture suggerisce che "decollo" di produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili è già iniziata e si muoverà molto rapidamente ora, soprattutto quando e dove i governi sostenere questo obiettivo.

impianti di energia solare ed eolica sono attualmente emergendo più velocemente di qualsiasi altra fonte di energia elettrica, che cresce a tassi annuali di tutto il mondo 50% e 18% rispettivamente da 2009-2014. Queste fonti possono piggyback su infrastrutture esistenti, pompando l'elettricità in reti elettriche (anche se la loro produzione di energia intermittente richiede ai manager di adeguare la loro tecniche di bilanciamento del carico). Ma eolica e solare possono anche fornire energia "off-grid" per singole abitazioni, aziende agricole e sedi remote, dando queste fonti una flessibilità unica.

 

Alcuni paesi, in particolare Germania e Cina, hanno assunto importanti impegni in materia di energie rinnovabili.

Germania ora ottiene oltre il 25% della sua energia elettrica da fonti rinnovabili, contribuendo a ridurre la sua produzione di carbonio totale entro oltre% 25 relativo a 1990. La Cina produce già più energia solare di qualsiasi altro paese, con una base installata di oltre gigawatt 30 e piani da raggiungere 43 gigawatt entro la fine di quest'anno. In Australia tra il 2010 e 2015, la capacità solare fotovoltaico è cresciuto dai megawatt 130 ai gigawatt 4.7 - Un tasso di crescita annuo del 96%.

Combinata con tecnologie complementari come auto elettriche, illuminazione a LED efficiente e riscaldamento e raffreddamento geotermico, questa transizione potrebbe avvicinarci alla neutralità del carbonio.

Potrebbe essere accelerata la tempistica 30-100-anno per lo sviluppo dell'infrastruttura? Alcuni indicatori suggeriscono che la risposta potrebbe essere "sì".

Innanzitutto, nel caso dell'elettricità, solo le fonti di energia devono essere sostituite; le reti elettriche - i pali, i cavi e gli altri attrezzi che trasportano l'elettricità - devono essere gestiti in modo diverso, ma non ricostruiti da zero. In secondo luogo, i paesi meno sviluppati possono trarre vantaggio dalle tecnologie rinnovabili per "scavalcare" quasi interamente sulle infrastrutture più vecchie.

Cose simili sono successe nel recente passato. Dato che 2000, ad esempio, le reti telefoniche cellulari hanno raggiunto la maggior parte del mondo in via di sviluppo - e contemporaneamente evitato la posa lenta e costosa di linee fisse vulnerabili, che molti di questi posti ora non costruiranno mai fuori dalle grandi città.

Il parallelo di energia sta alimentando edifici, fattorie, insediamenti informali e altri punti di necessità con pannelli solari portatili e piccoli mulini a vento, che possono essere installati praticamente ovunque senza bisogno di linee elettriche a lunga distanza. Anche questo sta già accadendo in tutto il mondo in via di sviluppo.

Nel mondo sviluppato, tuttavia, la transizione alle fonti rinnovabili sarà probabilmente richiedere molto più tempo.

In quelle regioni, non solo le attrezzature, ma anche le competenze, l'educazione, la finanza, la legge, gli stili di vita e altri sistemi socioculturali supportano e fanno affidamento su infrastrutture energetiche basate sui combustibili fossili. Anche questi devono adattarsi al cambiamento.

Alcuni - in particolare l'enorme industria del carbone, del petrolio e del gas naturale - rischiano di perdere molto in questa transizione. Questi impegni storici producono una resistenza politica determinata, come vediamo oggi negli Stati Uniti.

Problemi difficili, compreso concorrenza da combustibili fossili

L'infrastruttura energetica, ovviamente, non è l'unica sfida. In effetti, la decarbonizzazione è piena di enormi difficoltà tecniche.

Isolante vecchi edifici, il consumo di carburante, e l'installazione di attrezzi elettrici più efficienti sono di gran lunga i modi più economici per ridurre le emissioni di carbonio, ma questi non riescono ad eccitare le persone e non possono essere facilmente sfoggiato.

Attualmente e per il prossimo futuro, nessuna fonte di energia può essere veramente "zero carbonio", poiché i dispositivi alimentati con combustibili fossili sono utilizzati per estrarre materiali grezzi e trasportare prodotti finiti, inclusi sistemi di energia rinnovabile come pannelli solari o turbine eoliche.

L'elettricità è una forma straordinariamente flessibile di energia, ma la memorizzazione rimane un enigma; di oggi le migliori tecnologie per le batterie richiedono litio, un elemento relativamente raro. E nonostante un'intensa attività di ricerca, le batterie rimangono costoso, pesante e lento a ricaricarsi.

Terre rare - elementi estremamente rari presenti in pochi posti - sono attualmente fondamentali per le turbine eoliche e altre tecnologie rinnovabili, creando preoccupazioni legittime sulle forniture future.

Infine, in molte circostanze, la combustione di petrolio, carbone e gas naturale resterà il mezzo più semplice e meno costoso per fornire energia.

Ad esempio, le principali modalità di trasporto come la navigazione transcontinentale, il trasporto aereo e il trasporto su lunga distanza rimangono molto difficili da convertire in fonti di energia rinnovabile. I biocarburanti offrono una possibilità per ridurre l'impronta di carbonio di questi sistemi di trasporto, ma molte piante coltivate come materie prime per i biocarburanti competono con colture alimentari e / o terre selvagge.

Tuttavia, l'obiettivo finale di fornire tutto il fabbisogno energetico mondiale da fonti rinnovabili sembra essere fattibile in linea di principio. UN importante studio recente hanno scoperto che tali esigenze potrebbero facilmente essere soddisfatte solo con il vento, l'acqua e l'energia solare, a prezzi al consumo non superiore a sistemi energetici attuali.

Infrastrutture come impegni sociali

Dove ci lascia tutto questo alla vigilia di Parigi?

La decarbonizzazione accelerata non può essere ottenuta solo con l'innovazione tecnica, perché le infrastrutture non sono solo sistemi tecnologici. Rappresentano reti complesse di impegni finanziari, sociali e politici che si rafforzano a vicenda, ciascuno con una lunga storia e difensori radicati. Per questa ragione, un grande cambiamento richiederà sostanziali cambiamenti culturali e lotte politiche.

Dal lato culturale, uno slogan che potrebbe ispirare un cambiamento accelerato potrebbe essere "democrazia energetica": L'idea che le persone possano e debbano produrre la propria energia, su piccole scale, a casa e anche altrove.

Le nuove tecniche di costruzione e il basso costo dei pannelli solari hanno portato le case "zero-zero" (che producono tanta energia quanti ne consumano gli abitanti) nella portata economica della gente comune. Questi sono una componente dell'ambizioso tedesco Energiewende, O il Paese del transizione energetica lontano da combustibili fossili.

Nella storia dell'infrastruttura, la fase di decollo ha spesso accelerato quando le nuove tecnologie hanno abbandonato le grandi strutture aziendali e governative per l'adozione da parte di individui e piccole imprese. L'energia elettrica all'inizio del 20esimo secolo e l'uso di Internet negli 1990 sono casi emblematici.

Nel Queensland, in Australia, oltre il 20% delle case ora genera la propria energia elettrica. Questo esempio suggerisce la possibilità che in alcuni punti sia già stato raggiunto un "punto di svolta" verso una nuova norma sociale del solare sul tetto. In effetti, a recente studio ha scoperto che il miglior indicatore del fatto che una determinata casa aggiunge pannelli solari per una casa è se un vicino di casa già li aveva.

Pezzi di un puzzle

Molti approcci politici diversi potrebbero aiutare, sia per ridurre i consumi e per aumentare la quota di energie rinnovabili nel mix energetico.

codici di costruzione potrebbero essere gradualmente adeguato al bisogno che ogni tetto produrre energia, e / o ratcheted fino a LEED standard "green building". Una tassa sul carbonio o un sistema cap-and-trade progressivamente crescente (già in essere in alcune nazioni) stimolerebbe l'innovazione riducendo il consumo di combustibili fossili e promuovendo l'uso delle energie rinnovabili.

Negli Stati Uniti, almeno, eliminando i molti sussidi che attualmente scorrono ai combustibili fossili potrebbe rivelarsi politicamente più facile della tassazione del carbonio, ma inviare un segnale di prezzo simile.

L'amministrazione Obama Clean Power Plan ridurre la produzione di carbonio dalle centrali elettriche a carbone rappresenta il giusto tipo di cambiamento delle politiche. Si avvicina gradualmente per dare tempo alle società di servizi di adeguarsi e ai sistemi di acquisizione e stoccaggio del carbonio ancora nascenti. L'EPA stima che il piano genererà $ 20 miliardi in benefici per i cambiamenti climatici, così come benefici per la salute di $ 14- $ 34 miliardi, pur costando molto meno.

Poiché i gas serra provengono da molte fonti, tra cui l'agricoltura, la zootecnia, refrigeranti e la deforestazione (per citarne solo alcuni), c'è molto di più per decarbonizzazione dell'economia globale di conversione alle fonti di energia rinnovabili.

Questo articolo ha affrontato solo un pezzo di quel grande puzzle, ma un punto di vista delle infrastrutture può aiutare a riflettere su questi problemi pure.

La storia delle infrastrutture ci dice che la decarbonizzazione non avverrà quasi alla stessa velocità che vorremmo. Ma mostra anche che ci sono modi per accelerare il cambiamento, e che ci sono momenti di punta quando molti possono accadere molto velocemente.

Potremmo essere sull'orlo di un momento simile. Come si sviluppano i negoziati sul clima di Parigi, cercare ispirazione nei numerosi impegni nazionali per spingere avanti questo processo.

Circa l'autoreThe Conversation

Edwards PaulPaul N Edwards, professore di informazione e storia, Università del Michigan. Scrive e insegna sulla conoscenza e le infrastrutture informative. Edwards è l'autore di A Vast Machine: Computer Models, Climate Data e Politics of Global Warming (MIT Press, 2010) e The Closed World: Computers and the Politics of Discourse in Cold War America (MIT Press, 1996), e co-editore di Changing the Atmosphere: Expert Knowledge and Environmental Governance (MIT Press, 2001), oltre a numerosi articoli.

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.


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