Środowisko to jedna zła wiadomość za drugą. Ocean Spokojny ociepla się w szybkim tempie szybciej niż cokolwiek widzianego w ciągu ostatnich 10,000 120,000 lat i możemy mieć najcieplejszą Arktykę od ostatnich XNUMX XNUMX lat. Mówi się nam, abyśmy przygotowywali się na coraz poważniejsze susze, powodzie, fale upałów i burze. Społeczności przybrzeżne mogą zniknąć z podnoszących się mórz, a całe narody wyspiarskie upadają. Jeśli to wszystko nie było wystarczająco złe, istnieje globalny wino niedobór.
Dobra strona jest taka, że nie jesteśmy oślepieni przez nieznanego wroga: nasze nieustanne spalanie paliw kopalnych jest główną rzeczą, która popycha nas na krawędź. Wydawałoby się więc, że rozwiązanie pozwalające nam wydostać się z tego bałaganu byłoby całkiem oczywiste.
Dlatego dobrze, że są tacy ludzie Mark Z. Jacobson, profesor inżynierii lądowej i środowiskowej na Uniwersytecie Stanforda. Choć stwierdzenie, że chcemy zaprzestać spalania paliw kopalnych to jedno, Jacobson (wraz z zespołem badaczy) mówi nam, jak to zrobić.
Jacobson wystąpił niedawno w programie „David Letterman Show”, gdzie ogłosił, że mamy dość energii wiatrowej i słonecznej, aby zasilić świat.
Czy ma rację? Czy odnawialne źródła energii rzeczywiście mogą zastąpić paliwa kopalne? Jeśli tak, czy jesteśmy gotowi zrobić wszystko, co konieczne, aby się tam dostać? Przyjrzyjmy się jego pracy i kilku innym nowym osiągnięciom.
Odnawialny świat
W 2009 roku Jacobson i Marka A. Delucchi, naukowiec z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis Institute of Transportation Studies, opublikował okładkę historia in Scientific American przedstawiający plan zasilania 100 procent światowej energii (do wszystkich celów) przy użyciu technologii wiatrowych, wodnych i słonecznych (w skrócie WWS). Ich lista akceptowalnych technologii obejmuje kilka różnych rodzajów energii słonecznej, lądowe i morskie turbiny wiatrowe, energię geotermalną, energię pływów i energię wodną. Bez broni nuklearnej, bez gazu ziemnego, bez etanolu – tylko prawdziwe odnawialne źródła energii.
„Nasz plan zakłada miliony turbin wiatrowych, maszyn wodnych i instalacji słonecznych” – napisali. „Liczby są duże, ale skala nie jest przeszkodą nie do pokonania; społeczeństwo przeszło już wcześniej ogromne przemiany”, w tym nasz ogromny system autostrad i rozwój przemysłu podczas II wojny światowej.
Ich plan, który zapewniałby energię do wszystkiego – transportu, ogrzewania/chłodzenia, elektryczności i przemysłu – zakładałby, że 51 procent energii będzie pochodzić z wiatru, a konkretnie z 3.8 miliona 5-megawatowych turbin wiatrowych. Brzmi jak dużo? „Warto zauważyć, że na świecie produkuje się 73 miliony samochodów osobowych i lekkich ciężarówek każdego roku," piszą. Ponadto ich powierzchnia byłaby mniejsza niż powierzchnia Manhattanu i oczywiście nie wszystkie byłyby skupione na tym samym obszarze.
Kolejnym dużym źródłem energii jest energia słoneczna — 40% pochodzi z połączenia 89,000 900 ogniw fotowoltaicznych (takich jak te, które montuje się na dachu domu lub firmy) i skoncentrowanych elektrowni słonecznych, które zwykle wykorzystują lustra do skupiania światła i przekształcania go w ciepło. i wytwarzanie energii elektrycznej za pomocą turbin parowych. Dodajmy do tego 70 elektrowni wodnych, z których 4 procent już mamy, a około XNUMX procent wykorzystuje energię geotermalną i pływową, a świat będzie zasilany energią odnawialną!
W każdym razie taki jest plan. Jeśli wydaje się to zbyt duże do zrozumienia, spójrzmy na poziom państwa. Jacobson współpracował z zespołami badawczymi przy opracowywaniu planów dla Nowego Jorku i Kalifornii i ma nadzieję sporządzić po jednym dla każdego stanu w kraju.
Połączenia planu Kalifornia dąży do „całej nowej energii zasilanej przez WWS do roku 2020, wymiany 80–85 procent istniejącej energii do roku 2030 i wymiany 100 procent do roku 2050”.
Odkryli, że „elektryfikacja plus skromne środki zwiększające efektywność zmniejszyłyby zapotrzebowanie Kalifornii na energię końcową o 44 procent i ustabilizowały ceny energii, ponieważ koszty paliwa WWS wynoszą zero”. Jest to częste odkrycie badaczy zajmujących się elektryzacją systemów energetycznych przy użyciu odnawialnych źródeł energii — w rezultacie otrzymujemy znacznie wydajniejsze systemy, więc potrzebujemy jeszcze mniej energii.
Jeden z możliwych scenariuszy, jakie przedstawiają dla Kalifornii, wygląda następująco:
- 25 proc. z lądowej energetyki wiatrowej (22,900 5 turbin o mocy XNUMX MW)
- 10 proc. z morskiej energetyki wiatrowej (7,233 turbin wiatrowych o mocy 5 MW)
- 15 procent ze skoncentrowanych elektrowni słonecznych (1,080 elektrowni o mocy 100 MW)
- 15 procent z elektrowni fotowoltaicznych (1,820 elektrowni o mocy 50 MW)
- 10 procent z fotowoltaiki na dachach budynków mieszkalnych (16.2 miliona systemów o mocy 5 kW)
- 15 procent z komercyjnych/rządowych instalacji fotowoltaicznych na dachach (1.15 miliona systemów o mocy 100 kW)
- 5 proc. z elektrowni geotermalnych (81 elektrowni o mocy 100 MW)
- 4 proc. z elektrowni wodnych (11 elektrowni o mocy 1,300 MW, z czego 90 proc. już mamy)
- 0.5 proc. z fali (4,360 urządzeń o mocy 0.75 MW)
- 5 procent z pływów (2,960 turbin o mocy 1 MW)
Badania wykazały, że w ciągu 856,000 lat utworzy to 20 137,000 stanowisk pracy w branży budowlanej i XNUMX XNUMX stałych miejsc pracy netto. Inne korzyści obejmują ochronę zaopatrzenia w wodę przed niebezpiecznymi wyciekami, oczyszczanie powietrza z zanieczyszczeń (w tym zapobieganie tysiącom przedwczesnych zgonów rocznie) oraz redukcję emisji gazów cieplarnianych.
Jeśli chodzi o Nowy Jork, największą różnicą w stosunku do Kalifornii jest nieco mniej skoncentrowana energia słoneczna i znacznie więcej morskiego wiatru. To jest ich planu Nowego Jorku:
- 10 proc. wiatr na lądzie (4020 turbin o mocy 5 MW)
- 40 procent morskiej energetyki wiatrowej (12,700 5 turbin o mocy XNUMX MW)
- 10% skoncentrowana energia słoneczna (387 elektrowni o mocy 100 MW)
- 10% elektrowni fotowoltaicznych (828 elektrowni o mocy 50 MW)
- 6% fotowoltaika na dachach budynków mieszkalnych (5 milionów systemów o mocy 5 kW)
- 12% komercyjnej/rządowej fotowoltaiki na dachach (500,000 100 systemów o mocy XNUMX kW)
- 5% energia geotermalna (36 elektrowni o mocy 100 MW)
- Fala 0.5 procent (1910 urządzeń 0.75 MW)
- 1 procent pływów (2600 turbin o mocy 1 MW)
- 5.5 proc. Wodna (6.6 elektrowni o mocy 1300 MW, z czego 89 proc. istnieje)
Skoro mamy już liczby, musimy zadać sobie pytanie: czy jest to w ogóle wykonalne?
Przeszkody do pokonania?
Mark Jacobson i firma uważają, że ich praca taka jest technicznie wykonalne, aczkolwiek nie pozbawione znaczących wyzwań (więcej na ten temat poniżej). Nie obejmuje to przeszkód społecznych i politycznych, które są ustawione dość wysoko. W tej chwili wydaje się to niemożliwym skokiem. Nie umniejsza to jednak znaczenia wizji Jacobsona. Być może nie osiągniemy jego celu, ale wskazał nam właściwy kierunek.
Więc ma Wasilis Fthenakis, starszy pracownik naukowy i adiunkt na Uniwersytecie Columbia, który opracował plan wykorzystujący energię słoneczną do zasilania 69 procent krajowej energii elektrycznej i 35 procent całego naszego zapotrzebowania na energię do roku 2050, przy czym 90 procent całej energii w USA będzie pochodzić z energii słonecznej do koniec stulecia.
„W przeciwieństwie do planu Jacobsona Fthenakis i jego koledzy badacze koncentrują się na budowie dużej liczby fotowoltaicznych i termoelektrycznych elektrowni słonecznych w najbardziej nasłonecznionych częściach Stanów Zjednoczonych – głównie na południowym zachodzie – i wykorzystaniu transmisji prądu stałego wysokiego napięcia do połączenia tych elektrowni źródeł z resztą kraju”, wyjaśnia Lakis Polycarpou dla Instytutu Ziemi Uniwersytetu Columbia.
Jacobson bardziej stawia na wiatr, podczas gdy Fthenakis stawia na energię słoneczną. Ale do budowy obu potrzeba surowców, co może być problematyczne. Wszystkie turbiny wiatrowe i panele słoneczne zaczynają się od materiałów, które trzeba będzie wykopać z ziemi na czyimś podwórku. Moglibyśmy zamienić naszą zależność od bliskowschodniej ropy na metale ziemne z Chin, lit z Boliwii czy miedź z Konga.
„Ludzkość wpadła w błędne koło: przejście na energię odnawialną spowoduje zastąpienie jednego surowca nieodnawialnego (paliwa kopalnego) innym (metale i minerały)” napisał badacze Olivier Vida, Bruno Goffe i Nicholas Arndt w Geonauka przyrodnicza. „Potencjalny przyszły niedobór nie ogranicza się do rzadkich metali zaawansowanych technologii, którym poświęcono wiele uwagi. Zapotrzebowanie na metale nieszlachetne, takie jak żelazo, miedź i aluminium, a także minerały przemysłowe, również będzie gwałtownie rosnąć.
Nie oznacza to – piszą – że należy porzucić dążenie do odnawialnych źródeł energii; po prostu, że potrzebujemy kompleksowej strategii na naszej drodze do przodu.
Jedną z zalet inwestycji w infrastrukturę odnawialną jest to, że choć jej budowa może zająć wiele lat (i wymaga wielu materiałów), będzie ona również trwała przez dziesięciolecia. Nie musimy ciągle dostarczać stali do już działającej turbiny wiatrowej, w przeciwieństwie do głodnych bestii paliw kopalnych, które bez końca pożerają węgiel, ropę i gaz.
Załóżmy, że pokonamy pierwszą przeszkodę związaną z materiałami, co z innymi wyzwaniami związanymi z odnawialnymi źródłami energii? Najbardziej pobierana jest praca przerywana – słońce nie świeci lub wiatr nie wieje, kiedy najbardziej potrzebujesz energii. Co wtedy?
„Łącząc energię wiatrową i słoneczną oraz wykorzystując energię wodną do wypełnienia luk”, można tego dokonać, Jacobson powiedział AlterNet. „W przypadku Kalifornii odkryliśmy, że można to zrobić całkiem prosto, wiatr i energia słoneczna bardzo się uzupełniają: jeśli w ciągu dnia nie wieje wiatr, często świeci słońce i odwrotnie. Jeśli masz wystarczającą ilość wody w sieci, co ma miejsce na zachodnim wybrzeżu, możesz uzupełnić braki. Można także wykorzystać skoncentrowaną energię słoneczną.”
A potem jest lokalizacja; a co jeśli wieje wiatr lub słońce świeci najmocniej tam, gdzie masz najmniejsze zapotrzebowanie na energię? „Technicznie rzecz biorąc, transmisja nie stanowi żadnej bariery” – powiedział Jacobson. „Być może trzeba będzie zmienić zagospodarowanie terenu, ludzie na ogół nie lubią dodawać linii przesyłowych. Można jednak wykorzystać wiele istniejących linii i zwiększyć ich przepustowość, co ograniczyłoby problem konieczności zakładania nowych linii.
Część z nich jest już w toku. Projekt polegający na zainstalowaniu 3,600 mil nowe linie przesyłowe dobiega końca w Teksasie i ma połączyć wietrzny zachodni region stanu z dużymi skupiskami ludności w pozostałej części stanu. Zrównoważony biznes zgłaszane że zwiększy to moc państwa w zakresie energetyki wiatrowej o 50 proc.
Inne projekt który ma rozpocząć budowę w przyszłym roku, byłby w stanie przesyłać energię z wietrznego Wyoming, oddalonego o 725 mil, do Las Vegas w stanie Nevada.
Aby uzyskać jak największą wydajność procesu transmisji, możesz użyć HDVC, prąd stały wysokiego napięcia, duża część planów fotowoltaicznych Fthenakisa. W przeciwieństwie do obecnie używanego prądu przemiennego, HDVC przesyła energię elektryczną z mniejszymi stratami na duże odległości.
Drugim poważnym problemem są koszty. „Jeśli spojrzymy na historię wszystkich paliw kopalnych, zauważymy, że ich ilość stale rośnie” – powiedział Jacobson. „Podczas gdy koszty energii wiatrowej i słonecznej w większości spadają. Na przykład w ciągu ostatnich czterech lat koszty instalacji wiatrowych spadły o 50 procent. Ceny energii słonecznej w zeszłym roku spadły o kolejne 6 do 14 procent i stopniowo spadają.
Paliwa kopalne mogą jednak nadal drożeć. Wiercimy na głębokość kilkudziesięciu tysięcy stóp. Pokonujemy mile w pionie, a potem w poziomie, po gaz i ropę. Jeśli spojrzeć na technologię stosowaną obecnie do wykonywania poziomego szczelinowania na dużą skalę w przypadku gazu łupkowego i ropy zamkniętej, jest to dość skomplikowana sprawa. Nie będziemy już po prostu wrzucać słomy do ziemi. Im trudniej jest to uzyskać, tym więcej energii zużywamy na to. To nie tylko droższe; zużywamy także więcej energii na wydobycie niż w poprzednich dziesięcioleciach.
Następnie pojawia się oczywista kwestia, do której nie chcemy się odnosić. Spalanie paliw kopalnych jest czynnikiem napędzającym zmiany klimatyczne, a mimo to dajemy branży wolną rękę w zakresie efektów zewnętrznych. Historia w Natura ustalił cenę samych skutków uwolnienia metanu z topniejącej Arktyki na $ 60 biliona. To tylko wierzchołek góry lodowej. Łączna liczba klęsk żywiołowych w samych Stanach Zjednoczonych w ubiegłym roku to łącznie $ 110 mld. Jeśli częstotliwość i dotkliwość ekstremalnych warunków pogodowych będzie nadal rosła zgodnie z przewidywaniami, liczba ta może znacznie wzrosnąć.
Dobra wiadomość dla odnawialnych źródeł energii
Niezależnie od konkretnych planów nakreślonych przez badaczy, istnieją podstawy do optymizmu, jeśli chodzi o przyszłość OZE
W sierpniu Departament Energii ogłosił że w 2012 r. głównym źródłem nowej energii elektrycznej w kraju był wiatr, a w roku poprzednim było to dwukrotnie więcej energii wiatrowej. „Od 22 r. łączna zainstalowana moc energii wiatrowej w kraju wzrosła ponad 2000-krotnie” – stwierdził departament. I nie chodzi tylko o energię, to także miejsca pracy – prawie trzy czwarte całego sprzętu turbinowego w kraju powstaje w domu.
To nie wszystko. „Cena energii wiatrowej w ramach długoterminowych umów zakupu energii podpisanych w 2011 i 2012 r. wynosiła średnio 4 centy za kilowatogodzinę, co czyni energię wiatrową konkurencyjną w porównaniu z hurtowymi cenami energii elektrycznej obserwowanymi w 2012 r.” – Departament Energii Raporty.
Potencjał morskiej energetyki wiatrowej w USA jest ogromny, ale jeszcze nie stał się rzeczywistością. Być może wkrótce się to zmieni, tak jak ma to miejsce obecnie projekty 11 w zaawansowanych stadiach – jeden w Wielkich Jeziorach, dwa u wybrzeży Zatoki Teksasskiej, a reszta na Atlantyku od Wirginii na północ do Massachusetts.
Niestety ogromne zyski energetyki wiatrowej mogą zostać w przyszłym roku osłabione, jeśli ulga podatkowa na produkcję, która wspiera rozwój energetyki wiatrowej, zostanie wygasać pod koniec grudnia. Podobnie branża fotowoltaiczna stoi w obliczu federalnej ulgi podatkowej, która wygasa z końcem 2016 r., co może zahamować ogromny wzrost w tym obszarze. W tej chwili słońce jest gorące. Stowarzyszenie Przemysłu Energii Słonecznej raportże w USA co cztery minuty instalowany jest nowy system fotowoltaiczny, a cena systemu fotowoltaicznego spadła o 50 procent od 2010 roku. Chociaż ilość energii pochodzącej z energii słonecznej wykorzystywanej przez elektrownie wynosi tylko 1 procent, prawdopodobnie tak się stanie ulegnie zmianie wraz z pojawieniem się większych zakładów w ciągu najbliższych kilku lat.
Większość osób działających w branży odnawialnych źródeł energii postrzega te ulgi podatkowe jako pomoc w wyrównaniu szans z paliwami kopalnymi, które pomimo tego, że są jedną z najbardziej dochodowych gałęzi przemysłu na świecie, nadal otrzymują ogromne dotacje. A raport opublikowane w tym roku przez Międzynarodowy Fundusz Walutowy wykazały, że globalne dotacje przed opodatkowaniem dla przemysłu paliw kopalnych osiągnęły w 480 r. 2011 miliardów dolarów (dotacje po opodatkowaniu wynoszą prawie 2 biliony dolarów).
Optymistyczna ocena przyszłości fotowoltaiki wg Deutsche Bank przewiduje, że w skali globalnej rynek energii słonecznej będzie całkowicie zrównoważony i nie będzie potrzebował dotacji już za dwa lata. W zależności od kraju sytuacja będzie się oczywiście różnić.
Największa przeszkoda
Jacobson powiedział niedawno w „Pokaz Davida Lettermana”, „Nie ma ograniczeń technologicznych ani ekonomicznych w rozwiązywaniu tych problemów; jest to przede wszystkim kwestia społeczna i polityczna”.
To nie są małe problemy. Mamy Kongres, który nie może nawet dojść do porozumienia, jak zawiązać sobie sznurowadła, nie mówiąc już o tym, jak rozwiązać największe zagrożenie stojące przed ludzkością. Konserwatyści przepracowali ok wojna z odnawialnymi źródłami energii, próbując wycofać wymagania państwa dotyczące energii odnawialnej, ale nie zawsze kończyły się one sukcesem. Ponieważ coraz więcej czerwonych stanów, takich jak Teksas, czerpie korzyści z energii wiatrowej, może to być dla nich strategia przegrana (podobnie jak w przypadku zaciekłego negacjonisty klimatycznego Kena Cuccinellego, który właśnie przegrał wyścig o stanowisko kolejnego gubernatora Wirginii).
Połączenia Washington Post opublikował wyniki nowego Pew poll z którego wynika, że jedynie zwolennicy Tea Party nadal trzymają się antynaukowych poglądów na temat zmian klimatycznych; 25 procent Republikanów z Tea Party wierzy w zmiany klimatyczne, w porównaniu z 61 procentami Republikanów spoza Partii Tea i 84 procentami Demokratów.
Pomimo odstającego (choć głośnego) konserwatywnego marginesu, powoli zmierzamy we właściwym kierunku. Czas jest najważniejszy. Czy zmiana może nastąpić wystarczająco szybko?
„Myślę, że w niektórych sektorach będzie to naturalnie ewoluować bardzo szybko, podobnie jak samochody elektryczne, ponieważ są tak wydajne” – powiedział Jacobson. „W innych sektorach, jeśli nie będziemy naciskać szybciej, zmiany będą po prostu skromne lub niewystarczająco szybkie. Jestem dość optymistyczny, że kiedy ludzie zrozumieją, co się dzieje z problemami w zakresie klimatu, zanieczyszczeń i bezpieczeństwa energetycznego, a kiedy zrozumieją, że dostępne są rozwiązania techniczne i rozwiązania ekonomiczne, zaczną się skupiać na tych rozwiązaniach”.
Wszystkie wytykania palcami nie mogą być kierowane wyłącznie na naszych wybranych urzędników – potrzebne jest szerokie poparcie społeczne. Projekty dotyczące odnawialnych źródeł energii powinny w dalszym ciągu podlegać przeglądowi środowiskowemu, ale poza tym nie można już akceptować twierdzenia, że turbiny wiatrowe lub panele słoneczne są zbyt brzydkie, aby na nie patrzeć, szczególnie w przypadku ludzi, którzy czerpią energię elektryczną z węgla, ropy i gazu, a mimo to nie podzielają żadnego z nich ciężar jego wydobycia lub spalenia.
Kiedy mówimy o zasilaniu naszej przyszłości energią odnawialną, musimy zrozumieć, że wciąż mówimy o skutkach, ale musimy je porównać ze skutkami dalszego zasilania naszego świata coraz bardziej ekstremalnymi metodami wydobycia paliw kopalnych.
Nie chodzi tu tylko o zmianę sposobu pozyskiwania energii. Oznacza to zmianę dynamiki władzy w tym kraju (i na całym świecie) i dosłownie oddanie władzy z powrotem w ręce poszczególnych ludzi i społeczności.
W tym momencie optymistyczny cel Marka Jacobsona, jakim jest 100% energii odnawialnej do 2030 r., a nawet 2050 r., wydaje się nieosiągalny. Ale co by było, gdybyśmy na początek postawili na 50 procent i skupili naszą gospodarkę na odporności, a nie na niekończącym się wzroście? Prawica może kopać i krzyczeć, ale wątpię, czy nastąpi koniec świata. Jeśli jednak nadal będziemy spalać paliwa kopalne, nasz los prawdopodobnie nie będzie zbyt przyjemny.
Tara Lohan, starsza redaktorka w AlterNet, właśnie uruchomiła nowy projekt Uderzenie w dom, opisujący ekstremalne pozyskiwanie energii. Jest redaktorką dwóch książek na temat światowego kryzysu wodnego, w tym ostatniej pt. Woda ma znaczenie: dlaczego musimy działać teraz, aby ocalić nasze najważniejsze zasoby. Śledź ją na Twitterze @TaraLohan.
ZNetwork jest finansowany wyłącznie dzięki hojności swoich czytelników.
Darowizna