Een 32-megawatt-zonne-boerderij in Long Island, New York, een stap in de overgang naar een koolstofarme energie-infrastructuur. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

Voor elke oplossing op de lange termijn is het nodig dat de wereldenergie-economie "koolstofvrij gemaakt" wordt - dat wil zeggen dat er geschakeld wordt naar energiebronnen die weinig of geen fossiele brandstof gebruiken.

Hoe snel kan dit gebeuren en wat kunnen we doen om deze verschuiving te versnellen?

Een blik op de geschiedenis van andere infrastructuren biedt enkele aanwijzingen.

Energie-infrastructuren

Ontkoling is een infrastructuur probleem, de grootste de mensheid ooit heeft gekend. Het gaat niet alleen de productie van energie, maar ook vervoer, verlichting, verwarming, koeling, koken en andere elementaire systemen en diensten. De wereldwijde fossiele brandstoffen infrastructuur omvat niet alleen olie en gas putten, kolenmijnen, reusachtige olietankers, pijpleidingen en raffinaderijen, maar ook miljoenen auto's, benzinestations, tankwagens, opslagplaatsen, elektriciteitscentrales, steenkool treinen, verwarming, kachels en ovens.

De totale waarde van al deze infrastructuur is in de orde van US $ 10 biljoen, of bijna tweederde van het bruto binnenlands product in de VS. Niets dat enorm en duur zal worden vervangen in een jaar, of zelfs een paar jaar. Het zal tientallen jaren duren.

Toch is er goed nieuws, in het feit dat alle infrastructuur uiteindelijk verslijt. EEN 2010 studie vroeg: wat als de huidige energie-infrastructuur gewoon zijn nuttige leven zou kunnen leiden zonder te worden vervangen?

Het verrassende antwoord: als elke versleten kolengestookte elektriciteitscentrale werden ingeruild voor zonne-, wind- of waterkracht, en elke dode gas aangedreven auto vervangen door een elektrische, en zo verder, we kunnen gewoon blijven binnen onze planetaire grenzen.

Volgens de studie, met de infrastructuur tenzij deze uiteenvalt ons niet zou gaan dan de 2 graden Celsius broeikaseffect dat veel wetenschappers zien als de bovengrens van de aanvaardbare klimaatverandering.

Het probleem is natuurlijk dat we dit nog doen. In plaats daarvan vervangen we versleten systemen met meer van hetzelfde, tijdens het boren, mijnbouw en de bouw zelfs meer. Maar dat kan veranderen.

Take-off om te bouwen: een 30-100-jaar tijdlijn

historici van infrastructuur zoals ik observeer een typisch patroon. Een langzamere innovatiefase wordt gevolgd door een "opstartfase", waarin nieuwe technische systemen snel worden gebouwd en goedgekeurd in een hele regio, totdat de infrastructuur zich stabiliseert bij "uitbouwen".

Dit temporele patroon is verrassend vergelijkbaar in alle soorten infrastructuur. In de Verenigde Staten, de startfase van kanalen, spoorwegen, telegraaf, oliepijpleidingen en verharde wegen duurde 30-100 jaar. De take-off fase van radio, telefoon, televisie en internet elke duurde 30-50 jaar.

De geschiedenis van de infrastructuur suggereert dat "take-off" in de productie van duurzame elektriciteit is al begonnen en zal nu zeer snel bewegen, vooral wanneer en waar overheden ondersteunen dat doel.

Zonne- en windenergie installaties zijn momenteel in opkomst sneller dan elke andere elektrische krachtbron, groeit wereldwijd jaarlijks de tarieven van de 50% en 18% van respectievelijk 2009-2014. Deze bronnen kunnen meeliften op de bestaande infrastructuur, het pompen van elektriciteit in elektriciteitsnetten (hoewel hun intermitterende elektriciteitsproductie managers nodig heeft om te passen hun load-balancing technieken). Maar wind en zonne-energie kan ook power "off-grid" om individuele woningen, boerderijen en afgelegen locaties, het geven van deze bronnen een unieke flexibiliteit.

Sommige landen, met name Duitsland en China, hebben belangrijke toezeggingen gedaan voor hernieuwbare energiebronnen.

Duitsland krijgt nu meer dan 25% van zijn elektriciteit uit duurzame bronnen, helpen om zijn totale koolstofoutput door te verminderen meer dan 25% ten opzichte van 1990. China produceert al meer zonne-elektriciteit dan welk ander land ook, met een installed base van meer dan 30 gigawatts en plannen om te bereiken 43 gigawatt tegen het einde van dit jaar. In Australië tussen 2010 en 2015, fotovoltaïsche zonne-capaciteit groeide van 130 megawatt naar 4.7 gigawatt - Een jaarlijkse groei van 96%.

Gecombineerd met complementaire technologieën zoals elektrische auto's, efficiënte LED-verlichting en geothermische verwarming en koeling, zou deze overgang ons dichter bij koolstofneutraliteit kunnen brengen.

Kan de 30-100-jaartijdlijn voor infrastructuurontwikkeling worden versneld? Sommige indicatoren suggereren dat het antwoord "ja" kan zijn.

Ten eerste moeten in het geval van elektriciteit alleen de krachtbronnen worden vervangen; elektriciteitsnetten - de palen, draden en andere versnellingen die elektriciteit transporteren - moeten anders worden beheerd, maar niet opnieuw worden opgebouwd. Ten tweede kunnen minder ontwikkelde landen profiteren van hernieuwbare technologieën om bijna volledig over te springen op oudere infrastructuren.

Soortgelijke dingen zijn in het recente verleden gebeurd. Sinds 2000 hebben bijvoorbeeld mobiele telefoonnetwerken het grootste deel van de ontwikkelingslanden bereikt - en vermeden tegelijkertijd de langzame, kostbare aanleg van kwetsbare vaste lijnen, die veel van dergelijke plaatsen nu nooit buiten de grote steden zullen bouwen.

De parallel in energie voedt gebouwen, boerderijen, informele nederzettingen en andere punten van nood met draagbare zonnepanelen en kleine windmolens, die bijna overal kunnen worden geïnstalleerd zonder dat er lange-afstandsleidingen nodig zijn. Ook dit gebeurt al in de hele ontwikkelingslanden.

In de ontwikkelde wereld, maar de overgang naar duurzame energie zal waarschijnlijk aanzienlijk langer.

In die regio's ondersteunen en vertrouwen niet alleen apparatuur, maar ook expertise, onderwijs, financiën, wetgeving, levensstijlen en andere sociaal-culturele systemen op fossiele brandstoffen gebaseerde energie-infrastructuur. Ook deze moeten zich aanpassen aan verandering.

Sommigen - met name de enorme kolen-, olie- en aardgasindustrieën - kunnen veel verliezen in een dergelijke overgang. Deze historische verplichtingen leveren vastberaden politiek verzet op, zoals we vandaag in de Verenigde Staten zien.

Taaie problemen, waaronder Concurrentie uit fossiele brandstoffen

Energie-infrastructuur is natuurlijk niet de enige uitdaging. Decarbonisatie is inderdaad beladen met enorme technische problemen.

Isolerende oudere gebouwen, het verbeteren van het brandstofverbruik, en het installeren van een meer efficiënte elektrische apparatuur is veruit de meest kosteneffectieve manieren om koolstofvoetafdrukken te verminderen, maar deze falen mensen te prikkelen en kunnen niet gemakkelijk worden geprikkeld.

Op dit moment en in de nabije toekomst kan geen enkele energiebron echt "zero carbon" zijn, aangezien apparaten op basis van fossiele brandstoffen worden gebruikt om grondstoffen te winnen en eindproducten te vervoeren, inclusief hernieuwbare energiesystemen zoals zonnepanelen of windturbines.

Elektriciteit is een heerlijk flexibele vorm van energie, maar het opslaan van het blijft een raadsel; vandaag beste batterijtechnologieën vereisen lithium, een relatief zeldzaam element. En ondanks intensief onderzoek, batterijen blijft voorlopig duur, zwaar en langzaam op te laden.

Zeldzame aardmetalen - uiterst zeldzame elementen die op slechts enkele plaatsen worden aangetroffen - zijn momenteel van cruciaal belang voor windturbines en andere hernieuwbare technologieën die worden gemaakt legitieme zorgen over toekomstige leveringen.

Ten slotte blijven brandende olie, steenkool en aardgas in veel omstandigheden de gemakkelijkste en minst dure manier om stroom te leveren.

Grote vervoerswijzen zoals transcontinentale scheepvaart, vliegreizen en langeafstandstransport blijven bijvoorbeeld erg moeilijk om te zetten in hernieuwbare energiebronnen. Biobrandstoffen bieden een mogelijkheid om de koolstofvoetafdruk van deze transportsystemen te verminderen, maar veel planten die als biobrandstofgrondstoffen worden gekweekt, concurreren met voedselgewassen en / of wilde gebieden.

Toch lijkt het uiteindelijke doel van het voorzien in alle energiebehoeften van de wereld uit hernieuwbare bronnen in principe haalbaar. EEN belangrijke recente studie bleek dat deze behoeften gemakkelijk kon worden voldaan met slechts wind, water en zonne-energie, tegen prijzen die de consument niet hoger dan de huidige energiesystemen.

Infrastructuren als sociale verplichtingen

Waar laat dit alles ons achter in de aanloop naar Parijs?

Versnelde ontkoling kan niet alleen worden bereikt door technische innovatie, omdat infrastructuren niet alleen technologische systemen zijn. Ze vertegenwoordigen complexe webben van elkaar versterkende financiële, sociale en politieke verplichtingen, elk met een lange geschiedenis en diepgewortelde verdedigers. Om deze reden zal grote verandering substantiële culturele verschuivingen en politieke strijd vereisen.

Wat de culturele kant betreft, kan één slogan die een versnelde verandering kan inspireren, zijn:energiedemocratie": Het idee dat mensen hun eigen energie kunnen en moeten produceren, op kleine schaal, thuis en ook elders.

Nieuwe bouwtechnieken en de lage kosten van zonnepanelen hebben "netto-nul" woningen (die evenveel energie produceren als hun inwoners verbruiken) binnen het financiële bereik van gewone mensen gebracht. Dit zijn een onderdeel van het ambitieuze Duitsland EnergiewendeOf het land energietransitie weg van fossiele brandstoffen.

In de geschiedenis van de infrastructuur is de startfase vaak versneld toen nieuwe technologieën uit de grote bedrijfs- en overheidsinstellingen werden verplaatst om door particulieren en kleinere bedrijven te worden overgenomen. Elektrische stroom in de vroege 20e eeuw en internetgebruik in de 1990s zijn hier voorbeelden van.

In Queensland, Australië, genereert meer dan 20% van de woningen nu hun eigen elektriciteit. Dit voorbeeld suggereert de mogelijkheid dat op sommige plaatsen al een "kantelmoment" naar een nieuwe sociale norm voor zonne-energie op het dak is bereikt. In feite, een recente studie vond dat de beste indicator van de vraag of een bepaalde huiseigenaar voegt zonnepanelen om een ​​huis is de vraag of een buurman hierover reeds beschikken.

Stukjes van een puzzel

Veel verschillende beleidsaanpak zou kunnen helpen, zowel om het verbruik te verminderen en het aandeel van hernieuwbare energie in de energiemix te vergroten.

Bouwvoorschriften zou geleidelijk worden aangepast om te eisen dat elke op het dak genereren energie en / of liep op tot LEED "green building" normen. Een geleidelijk toenemende CO2-belasting of cap-and-trade-systeem (reeds aanwezig in sommige landen) zou innovatie stimuleren, het verbruik van fossiele brandstoffen verminderen en het gebruik van hernieuwbare energie bevorderen.

In de Verenigde Staten, tenminste, het elimineren van de vele subsidies die op dit moment stromen naar fossiele brandstoffen kan politiek eenvoudiger blijken dan het belasten van koolstof, maar een vergelijkbaar prijssignaal sturen.

De administratie van Obama Clean Power Plan het verminderen van de koolstofoutput van kolencentrales vertegenwoordigt de juiste soort beleidsverandering. Het begint geleidelijk om nutsbedrijven tijd te geven om zich aan te passen en om nog steeds ontluikende systemen voor koolstofafvang en -opslag te ontwikkelen. De EPA schat dat het plan $ 20 miljard aan klimaatveranderingsvoordelen zal opleveren, evenals gezondheidsvoordelen van $ 14- $ 34 miljard, terwijl het veel minder kost.

Omdat broeikasgassen komen uit vele bronnen, met inbegrip van landbouw, veeteelt, koelmiddelen en ontbossing (om er maar een paar te noemen), er is veel meer te decarbonizing de wereldeconomie dan het omzetten naar hernieuwbare energiebronnen.

Dit artikel is gericht slechts een stukje van die zeer grote puzzel, maar een infrastructuur perspectief kan ons helpen na te denken over die problemen ook.

Infrastructuurgeschiedenis leert ons dat decarbonisatie niet zo snel zal gebeuren als we zouden willen. Maar het laat ook zien dat er manieren zijn om de verandering te versnellen en dat er kantelmomenten zijn waarop veel heel snel kan gebeuren.

We kunnen worden op de rand van zo'n moment. Als het Parijs klimaatonderhandelingen te ontwikkelen, op zoek naar inspiratie in de vele nationale toezeggingen om dit proces vooruit te duwen.

Over de auteur

Paul N Edwards, hoogleraar Informatie en Geschiedenis, University of Michigan. Hij schrijft en geeft les over kennis- en informatie-infrastructuren. Edwards is de auteur van A Vast Machine: computermodellen, klimaatgegevens en de politiek van Global Warming (MIT Press, 2010) en The Closed World: Computers and the Politics of Discourse in Cold War America (MIT Press, 1996) en co-editor van Changing the Atmosphere: Expert Knowledge and Environmental Governance (MIT Press, 2001), evenals tal van artikelen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Verwante Boek:

at InnerSelf Market en Amazon