Một trang trại năng lượng mặt trời 32-megawatt ở Long Island, New York, một bước trong việc chuyển sang cơ sở hạ tầng năng lượng carbon thấp. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

Bất kỳ giải pháp dài hạn nào cũng sẽ yêu cầu dịch vụ khử cacbon của nền kinh tế năng lượng thế giới - nghĩa là chuyển sang các nguồn năng lượng sử dụng ít hoặc không sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

Điều này có thể xảy ra nhanh đến mức nào, và chúng ta có thể làm gì để đẩy nhanh sự thay đổi này?

Một cái nhìn về lịch sử của các cơ sở hạ tầng khác cung cấp một số manh mối.

Cơ sở hạ tầng năng lượng

Khử cacbon là một vấn đề cơ sở hạ tầng, là nhân loại lớn nhất đã từng phải đối mặt. Nó không chỉ bao gồm sản xuất năng lượng, mà còn vận chuyển, chiếu sáng, sưởi ấm, làm mát, nấu ăn và các hệ thống và các dịch vụ cơ bản khác. Các cơ sở hạ tầng nhiên liệu hóa thạch toàn cầu không chỉ bao gồm các giếng dầu và khí đốt, các mỏ than, tàu chở dầu khổng lồ, đường ống và nhà máy lọc dầu, mà còn hàng triệu xe ô tô, trạm xăng, xe bồn, kho lưu trữ, nhà máy điện, xe lửa than, hệ thống sưởi, bếp lò và lò nướng.

Tổng giá trị của tất cả các cơ sở hạ tầng này là về trình tự của Mỹ 10 nghìn tỷ $, hoặc gần hai phần ba tổng sản phẩm quốc nội của Hoa Kỳ. Không có gì to lớn và đắt đỏ sẽ được thay thế trong một năm, hoặc thậm chí một vài năm. Nó sẽ mất nhiều thập kỷ.

Tuy nhiên, có một tin tốt, trong một loại, trong thực tế là tất cả các cơ sở hạ tầng cuối cùng bị hao mòn. Một 2010 nghiên cứu hỏi: điều gì xảy ra nếu cơ sở hạ tầng năng lượng hiện tại chỉ đơn giản được phép sống cuộc sống hữu ích của nó mà không bị thay thế?

Câu trả lời đáng ngạc nhiên: nếu mỗi nhà máy điện đốt than mòn được trao đổi lấy năng lượng mặt trời, gió, thủy điện, và mỗi chiếc xe hơi chạy bằng khí chết thay thế bằng một một điện, và như vậy, chúng ta chỉ có thể ở lại trong chúng tôi ranh giới hành tinh.

Theo nghiên cứu, sử dụng các cơ sở hạ tầng hiện có cho đến khi nó té ngã ngoài sẽ không đẩy chúng ta qua sự nóng lên toàn cầu bằng cấp 2 C mà nhiều nhà khoa học cho là giới hạn trên của biến đổi khí hậu có thể chấp nhận.

Vấn đề, tất nhiên, là chúng ta không làm điều này được nêu ra. Thay vào đó, chúng tôi thay thế các hệ thống mòn với nhiều hơn trong cùng, trong khi khoan, khai thác mỏ và xây dựng nhiều hơn. Nhưng đó có thể thay đổi.

Cất cánh để xây dựng: Dòng thời gian 30-100 năm

các nhà sử học của Cơ sở hạ tầng như bản thân tôi quan sát một mô hình điển hình. Một giai đoạn đổi mới chậm hơn được theo sau bởi một giai đoạn cất cánh của Keith, trong đó các hệ thống kỹ thuật mới nhanh chóng được xây dựng và áp dụng trên toàn bộ khu vực, cho đến khi cơ sở hạ tầng ổn định tại xây dựng.

Mô hình thời gian này là đáng ngạc nhiên tương tự trên tất cả các loại cơ sở hạ tầng. Tại Hoa Kỳ, giai đoạn cất cánh của kênh rạch, đường sắt, điện báo, đường ống dẫn dầu và đường trải nhựa kéo dài năm 30-100. Các giai đoạn cất cánh của đài phát thanh, điện thoại, truyền hình và internet mỗi kéo dài năm 30-50.

Lịch sử của cơ sở hạ tầng cho thấy rằng "cất cánh" trong sản xuất điện tái tạo đã bắt đầu và sẽ di chuyển rất nhanh chóng, nhất là khi nào và nơi mà các chính phủ hỗ trợ mục tiêu đó.

lắp đặt điện năng lượng mặt trời và gió đang nổi lên nhanh hơn so với bất kỳ nguồn điện khác, tăng trưởng ở mức hàng năm trên toàn thế giới 50% và 18% tương ứng từ 2009-2014. Các nguồn có thể cõng trên cơ sở hạ tầng hiện có, bơm điện vào lưới điện (dù sản xuất điện liên tục của họ đòi hỏi các nhà quản lý để điều chỉnh của họ kỹ thuật cân bằng tải). Nhưng gió và năng lượng mặt trời cũng có thể cung cấp năng lượng "off-lưới" cho nhà cá nhân, các trang trại và các địa điểm từ xa, cho những nguồn một sự linh hoạt độc đáo.

Một số quốc gia, đặc biệt là Đức và Trung Quốc, đã đưa ra các cam kết lớn đối với năng lượng tái tạo.

Đức bây giờ được trên 25% năng lượng điện từ năng lượng tái tạo, giúp giảm tổng sản lượng carbon của nó bằng cách hơn 25% liên quan đến 1990. Trung Quốc đã sản xuất nhiều điện mặt trời hơn bất kỳ quốc gia nào khác, với cơ sở được lắp đặt hơn gigawts gigUMX và có kế hoạch tiếp cận 43 GW vào cuối năm nay. Ở Úc giữa 2010 và 2015, công suất quang điện năng lượng mặt trời lớn từ megawts 130 đến gigawts 4.7 - Một tốc độ tăng trưởng hàng năm của 96%.

Kết hợp với các công nghệ bổ sung như ô tô điện, chiếu sáng LED hiệu quả, sưởi ấm và làm mát địa nhiệt, quá trình chuyển đổi này có thể đưa chúng ta đến gần hơn với tính trung lập của carbon.

Có thể đẩy nhanh tiến độ năm của 30-100 để phát triển cơ sở hạ tầng không? Một số chỉ số cho thấy câu trả lời có thể là có.

Thứ nhất, trong trường hợp điện, chỉ có các nguồn điện cần thay thế; lưới điện - các cực, dây điện và các thiết bị khác vận chuyển điện - phải được quản lý khác nhau, nhưng không được xây dựng lại từ đầu. Thứ hai, các nước kém phát triển hơn có thể tận dụng các công nghệ tái tạo để nhảy vọt gần như hoàn toàn trên các cơ sở hạ tầng cũ.

Những điều tương tự đã xảy ra trong quá khứ gần đây. Ví dụ, vì 2000, các mạng điện thoại di động đã đến hầu hết các nước đang phát triển - và đồng thời tránh được việc đặt các điện thoại cố định dễ bị chậm, tốn kém, mà nhiều nơi như vậy sẽ không bao giờ xây dựng bên ngoài các thành phố lớn.

Năng lượng song song là cung cấp năng lượng cho các tòa nhà, trang trại, khu định cư không chính thức và các điểm cần thiết khác với các tấm pin mặt trời di động và cối xay gió nhỏ, có thể được lắp đặt ở hầu hết mọi nơi mà không cần đường dây điện đường dài. Điều này cũng vậy, đã xảy ra trên khắp thế giới đang phát triển.

Trong thế giới phát triển, tuy nhiên, việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo có thể sẽ mất thời gian lâu.

Ở những khu vực đó, không chỉ thiết bị, mà cả chuyên môn, giáo dục, tài chính, luật pháp, lối sống và các hệ thống văn hóa xã hội khác đều hỗ trợ và dựa vào cơ sở hạ tầng năng lượng dựa trên nhiên liệu hóa thạch. Những điều này cũng vậy, phải thích ứng với sự thay đổi.

Một số - đặc biệt là các ngành công nghiệp than, dầu và khí đốt tự nhiên khổng lồ - sẽ mất rất nhiều trong quá trình chuyển đổi như vậy. Những cam kết lịch sử này tạo ra sự kháng cự chính trị quyết tâm, như chúng ta thấy ở Hoa Kỳ ngày nay.

Vấn đề khó khăn, bao gồm cả cạnh tranh từ nhiên liệu hóa thạch

Cơ sở hạ tầng năng lượng, tất nhiên, không phải là thách thức duy nhất. Thật vậy, quá trình khử cacbon gặp nhiều khó khăn kỹ thuật.

Cách điện tòa nhà cũ, cải thiện nền kinh tế nhiên liệu, và lắp đặt thiết bị điện hiệu quả hơn là bởi đến nay Những cách hiệu quả nhất để giảm lượng khí thải carbon, nhưng những điều này không gây hứng thú cho mọi người và không thể dễ dàng bị phô trương.

Hiện tại và trong tương lai gần, không có nguồn năng lượng nào có thể thực sự là carbon không, vì các thiết bị chạy bằng nhiên liệu hóa thạch được sử dụng để khai thác nguyên liệu thô và vận chuyển thành phẩm, bao gồm các hệ thống năng lượng tái tạo như tấm pin mặt trời hoặc tua-bin gió.

Điện là một hình thức tuyệt vời linh hoạt năng lượng, nhưng lưu trữ nó vẫn còn là một câu hỏi hóc búa; ngày nay công nghệ pin tốt nhất yêu cầu lithium, một yếu tố tương đối hiếm. Và mặc dù nghiên cứu chuyên sâu, pin vẫn còn đắt, nặng và chậm để nạp tiền.

Đất hiếm - nguyên tố cực kỳ hiếm chỉ được tìm thấy ở một vài nơi - hiện đang rất quan trọng đối với tuabin gió và các công nghệ tái tạo khác, tạo ra lo lắng chính đáng về nguồn cung trong tương lai.

Cuối cùng, trong nhiều trường hợp, đốt dầu, than và khí tự nhiên sẽ vẫn là phương tiện cung cấp điện dễ dàng nhất và ít tốn kém nhất.

Ví dụ, các chế độ vận chuyển chính như vận chuyển xuyên lục địa, du lịch hàng không và vận tải đường dài vẫn rất khó chuyển đổi thành các nguồn năng lượng tái tạo. Nhiên liệu sinh học cung cấp một khả năng để giảm lượng khí thải carbon của các hệ thống vận chuyển này, nhưng nhiều nhà máy được trồng làm nguyên liệu nhiên liệu sinh học cạnh tranh với cây lương thực và / hoặc vùng đất hoang dã.

Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng là cung cấp tất cả các nhu cầu năng lượng của thế giới từ các nguồn tái tạo dường như là khả thi về nguyên tắc. Một nghiên cứu lớn gần đây thấy rằng những nhu cầu dễ dàng có thể được đáp ứng với chỉ gió, nước và năng lượng mặt trời, với giá tiêu dùng không cao hơn so với các hệ thống năng lượng hiện nay.

Cơ sở hạ tầng như các cam kết xã hội

Nơi nào tất cả những điều này để lại cho chúng ta trong thời gian tới Paris?

Quá trình khử cacbon nhanh không thể đạt được chỉ bằng cách đổi mới kỹ thuật, bởi vì cơ sở hạ tầng không chỉ là hệ thống công nghệ. Chúng đại diện cho các mạng lưới phức tạp của việc củng cố lẫn nhau các cam kết tài chính, xã hội và chính trị, mỗi bên có lịch sử lâu dài và những người bảo vệ cố thủ. Vì lý do này, thay đổi lớn sẽ đòi hỏi sự thay đổi văn hóa đáng kể và đấu tranh chính trị.

Về mặt văn hóa, một khẩu hiệu có thể truyền cảm hứng cho sự thay đổi tăng tốc có thể làdân chủ năng lượngXấu: quan niệm rằng mọi người có thể và nên tự sản xuất năng lượng của mình, ở quy mô nhỏ, ở nhà và ở nơi khác nữa.

Các kỹ thuật xây dựng mới và chi phí thấp của các tấm pin mặt trời đã mang lại cho những ngôi nhà không có mạng (mà sản xuất nhiều năng lượng như người dân tiêu thụ) trong phạm vi tài chính của người dân. Đây là một thành phần của tham vọng của Đức EnergiewendeHoặc quốc gia của chuyển đổi năng lượng đi từ nhiên liệu hóa thạch.

Trong lịch sử cơ sở hạ tầng, giai đoạn cất cánh thường tăng tốc khi các công nghệ mới chuyển ra khỏi các cơ sở chính phủ và doanh nghiệp lớn để áp dụng cho các cá nhân và các doanh nghiệp nhỏ hơn. Năng lượng điện vào đầu thế kỷ 20 và sử dụng internet trong các 1990 là những trường hợp điển hình.

Ở Queensland, Australia, hơn 20% nhà cửa hiện đang tự tạo ra điện. Ví dụ này cho thấy khả năng một điểm tới hạn của người hướng tới một tiêu chuẩn xã hội mới về năng lượng mặt trời trên mái nhà đã đạt được ở một số nơi. Trong thực tế, một nghiên cứu gần đây thấy rằng các chỉ số tốt nhất cho dù chủ nhà cho biết thêm các tấm năng lượng mặt trời đến một ngôi nhà là liệu một người hàng xóm đã có chúng.

Pieces Of A Puzzle

Nhiều phương pháp chính sách khác nhau có thể giúp đỡ, cả hai để giảm tiêu thụ và tăng tỷ lệ năng lượng tái tạo trong cơ cấu năng lượng.

xây dựng mã số có thể được điều chỉnh dần dần để yêu cầu rằng mỗi mái nhà tạo ra năng lượng, và / hoặc khẩn cấp hơn để LEED "tòa nhà xanh" tiêu chuẩn. Một hệ thống thuế carbon hoặc thương mại tăng dần (đã có ở một số quốc gia) sẽ thúc đẩy sự đổi mới trong khi giảm mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch và thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tái tạo.

Ở Hoa Kỳ, ít nhất, loại bỏ nhiều trợ cấp hiện nay chảy vào nhiên liệu hóa thạch có thể chứng minh chính trị dễ dàng hơn so với đánh thuế carbon, nhưng gửi tín hiệu giá tương tự.

Chính quyền Obama Kế hoạch Power sạch để giảm sản lượng carbon từ các nhà máy nhiệt điện than đại diện cho loại thay đổi chính sách phù hợp. Nó khởi động dần dần để cung cấp cho các công ty tiện ích thời gian để điều chỉnh và hệ thống lưu trữ và thu giữ carbon còn non trẻ để phát triển. EPA ước tính rằng kế hoạch này sẽ tạo ra các lợi ích về biến đổi khí hậu, cũng như các lợi ích về sức khỏe của $ 20- $ 14 tỷ, trong khi chi phí thấp hơn nhiều.

Bởi vì khí nhà kính đến từ nhiều nguồn, bao gồm nông nghiệp, chăn nuôi, chất làm lạnh và phá rừng (tên chỉ là một vài), có rất nhiều chi tiết để decarbonizing nền kinh tế toàn cầu hơn là chuyển đổi các nguồn năng lượng tái tạo.

Bài viết này đã được giải quyết chỉ có một miếng mà đố rất lớn, nhưng một quan điểm cơ sở hạ tầng có thể giúp chúng ta suy nghĩ về những vấn đề là tốt.

Lịch sử cơ sở hạ tầng cho chúng ta biết rằng quá trình khử cacbon sẽ không xảy ra nhanh như chúng ta mong muốn. Nhưng nó cũng cho thấy có nhiều cách để tăng tốc thay đổi, và có những thời điểm tới hạn khi rất nhiều điều có thể xảy ra rất nhanh.

Chúng tôi có thể đứng trên bờ vực của một khoảnh khắc như vậy. Khi các cuộc đàm phán khí hậu Paris phát triển, tìm cảm hứng trong nhiều cam kết quốc gia để thúc đẩy quá trình chuyển tiếp này.

Giới thiệu về Tác giả

Paul N Edwards, Giáo sư Thông tin và Lịch sử, Đại học Michigan. Ông viết và dạy về kiến ​​thức và cơ sở hạ tầng thông tin. Edwards là tác giả của A Máy rộng lớn: Mô hình máy tính, Dữ liệu khí hậu và Chính trị của sự nóng lên toàn cầu (MIT Press, 2010) và Thế giới khép kín: Máy tính và Chính trị của diễn ngôn trong Chiến tranh lạnh Mỹ (MIT Press, 1996), và đồng biên tập của Thay đổi không khí: Kiến thức chuyên môn và Quản trị môi trường (MIT Press, 2001), cũng như nhiều bài viết.

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan:

at Thị trường InnerSelf và Amazon