À quelle vitesse pouvons-nous passer à un système énergétique à faible émission de carbone?

À quelle vitesse pouvons-nous passer à un système énergétique à faible émission de carbone? Une ferme solaire 32-mégawatt à Long Island, New York, une étape vers le passage à une infrastructure énergétique à faible émission de carbone. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

Toute solution à long terme exigera la «décarbonisation» de l'économie mondiale de l'énergie, c'est-à-dire le passage à des sources d'énergie utilisant peu ou pas de combustibles fossiles.

À quelle vitesse cela peut-il arriver et que pouvons-nous faire pour accélérer ce changement?

Un regard sur l'histoire des autres infrastructures offre quelques indices.

Infrastructures énergétiques

Décarbonisation est un problème d'infrastructure, la plus grande humanité ait jamais été confrontée. Elle implique non seulement la production d'énergie, mais aussi le transport, l'éclairage, le chauffage, le refroidissement, la cuisine et d'autres systèmes et services de base. L'infrastructure mondiale de combustibles fossiles comprend non seulement des puits de pétrole et de gaz, les mines de charbon, les pétroliers géants, les pipelines et les raffineries, mais aussi des millions d'automobiles, stations d'essence, les camions-citernes, des dépôts de stockage, les centrales électriques, les trains de charbon, les systèmes de chauffage, poêles et les fours.

La valeur totale de toute cette infrastructure est de l'ordre de US $ 10 trillions, soit près des deux tiers du produit intérieur brut américain. Rien de si énorme et cher ne sera remplacé dans un an, voire quelques années. Cela prendra des décennies.

Pourtant, il y a de bonnes nouvelles, en quelque sorte, dans le fait que toutes les infrastructures finissent par s'user. UNE étude de 2010 demandé: et si l'infrastructure énergétique actuelle était simplement autorisée à vivre sa vie utile, sans être remplacée?

La réponse surprenante: si toutes les centrales au charbon usé ont été échangées pour l'énergie solaire, éolienne ou hydraulique, et chaque voiture à essence morte remplacé par un électrique, et ainsi de suite, nous pourrions tout simplement rester au sein de notre limites planétaires.

Selon l'étude, en utilisant l'infrastructure existante jusqu'à ce qu'il tombe en morceaux ne serait pas nous pousser au-delà du réchauffement climatique degrés Celsius 2 que de nombreux scientifiques considèrent comme la limite supérieure du changement climatique acceptable.

Le problème, bien sûr, est que nous ne faisons pas cela encore. Au lieu de cela, nous remplaçons les systèmes usés avec plus de la même, tandis que le forage, l'exploitation minière et la construction encore plus. Mais cela pourrait changer.


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Décollage pour la construction: un calendrier 30-100-year

Les historiens de la infrastructure comme moi, j'observe un schéma typique. Une phase d'innovation plus lente est suivie d'une phase de «décollage», au cours de laquelle de nouveaux systèmes techniques sont rapidement construits et adoptés dans toute une région, jusqu'à ce que l'infrastructure se stabilise au «build-out».

Ce modèle temporel est étonnamment similaire dans tous les types d'infrastructures. Aux États-Unis, la phase de décollage des canaux, des voies ferrées, du télégraphe, des oléoducs et des chaussées revêtues a duré 30-100 années. Les phases de décollage de la radio, le téléphone, la télévision et l'Internet chaque a duré 30-50 années.

L'histoire de l'infrastructure suggère que «take-off" dans la production d'électricité renouvelable a déjà commencé et se déplace très rapidement maintenant, surtout quand et où les gouvernements soutiennent cet objectif.

installations d'énergie solaire et éolienne émergent actuellement plus rapidement que toute autre source d'alimentation électrique, de plus en plus à des taux dans le monde entier annuels de 50% et 18% respectivement à partir de 2009-2014. Ces sources peuvent se greffer sur les infrastructures existantes, le pompage de l'électricité dans les réseaux électriques (bien que leur production d'énergie intermittente oblige les gestionnaires à adapter leur techniques d'équilibrage de charge). Mais le vent et l'énergie solaire peuvent également fournir de l'énergie "hors réseau" pour les maisons individuelles, les fermes et les régions éloignées, donnant à ces sources une flexibilité unique.

 

Certains pays, notamment l'Allemagne et la Chine, ont pris d'importants engagements en faveur des énergies renouvelables.

Allemagne obtient maintenant plus de 25% de son énergie électrique issue d'énergies renouvelables, en aidant à réduire sa production totale de carbone par plus% 25 par rapport à 1990. La Chine produit déjà plus d'électricité solaire que tout autre pays, avec une base installée de plus de gigawatts 30 et prévoit d'atteindre 43 gigawatts d'ici la fin de cette année. En Australie, entre 2010 et 2015, la capacité solaire photovoltaïque a augmenté des mégawatts 130 aux gigawatts 4.7 - Un taux de croissance annuel de 96%.

Combinée à des technologies complémentaires telles que les voitures électriques, l'éclairage LED efficace et le chauffage et le refroidissement géothermiques, cette transition pourrait nous rapprocher de la neutralité carbone.

Le calendrier 30-100-année pour le développement de l'infrastructure pourrait-il être accéléré? Certains indicateurs suggèrent que la réponse peut être "oui".

Premièrement, dans le cas de l'électricité, seules les sources d'énergie doivent être remplacées; les réseaux électriques - les poteaux, les fils et autres équipements qui transportent l'électricité - doivent être gérés différemment, mais pas reconstruits à partir de zéro. Deuxièmement, les pays moins développés peuvent tirer parti des technologies renouvelables pour «sauter» presque entièrement au-dessus des infrastructures plus anciennes.

Des choses semblables se sont produites dans un passé récent. Depuis 2000, par exemple, les réseaux de téléphonie cellulaire ont atteint la plus grande partie du monde en développement et évité en même temps la pose lente et coûteuse de lignes terrestres vulnérables, que beaucoup de ces endroits ne construiront plus en dehors des grandes villes.

Le parallèle dans l'énergie alimente les bâtiments, les fermes, les établissements informels et d'autres points de besoin avec des panneaux solaires portables et de petits moulins à vent, qui peuvent être installés presque n'importe où sans besoin de lignes électriques à longue distance. Cela se produit déjà dans tous les pays en développement.

Dans le monde développé, cependant, la transition vers les énergies renouvelables va probablement prendre beaucoup plus.

Dans ces régions, non seulement l'équipement, mais aussi l'expertise, l'éducation, la finance, le droit, les modes de vie et d'autres systèmes socioculturels soutiennent et s'appuient sur des infrastructures énergétiques basées sur les combustibles fossiles. Ceux-ci aussi doivent s'adapter au changement.

Certains - en particulier les grandes industries du charbon, du pétrole et du gaz naturel - risquent de perdre beaucoup dans une telle transition. Ces engagements historiques produisent une résistance politique déterminée, comme on le voit aux États-Unis aujourd'hui.

Problèmes difficiles, y compris la concurrence provenant des combustibles fossiles

L'infrastructure énergétique, bien sûr, n'est pas le seul défi. En effet, la décarbonisation comporte d'énormes difficultés techniques.

L'isolation des bâtiments anciens, l'amélioration de l'économie de carburant, et d'installer des appareils électriques plus efficaces sont de loin les moyens les plus rentables de réduire les empreintes carbone, mais ceux-ci ne parviennent pas à exciter les gens et ne peuvent pas être facilement affichés.

À l'heure actuelle et dans un avenir prévisible, aucune source d'énergie ne peut être véritablement «zéro carbone», car les combustibles fossiles sont utilisés pour extraire les matières premières et transporter les produits finis, y compris les systèmes d'énergie renouvelable comme les panneaux solaires ou les éoliennes.

L'électricité est une forme merveilleusement souple de l'énergie, mais le stockage il reste une énigme; aujourd'hui meilleures technologies de batterie besoin de lithium, un élément relativement rare. Et en dépit de recherches intensives, les batteries restent chères, lourdes, et lent à recharger.

Les terres rares - des éléments extrêmement rares que l'on ne trouve que dans quelques endroits - sont actuellement essentielles aux éoliennes et à d'autres technologies inquiétudes légitimes sur les futurs approvisionnements.

Enfin, dans de nombreuses circonstances, brûler du pétrole, du charbon et du gaz naturel restera le moyen le plus simple et le moins coûteux de fournir de l'électricité.

Par exemple, les principaux modes de transport tels que le transport maritime transcontinental, le transport aérien et le camionnage longue distance demeurent très difficiles à convertir en sources d'énergie renouvelables. Les biocarburants offrent une possibilité de réduire l'empreinte carbone de ces systèmes de transport, mais de nombreuses plantes cultivées comme biocarburants concurrencent les cultures vivrières et / ou les terres sauvages.

Pourtant, l'objectif ultime de fournir tous les besoins énergétiques du monde à partir de sources renouvelables semble être réalisable en principe. UNE étude récente majeure ont constaté que ces besoins pourraient facilement être satisfaites avec seulement le vent, l'eau et l'énergie solaire, à des prix à la consommation ne dépassant pas les systèmes énergétiques actuels.

Les infrastructures en tant qu'engagements sociaux

Où tout cela nous laisse-t-il dans la course à Paris?

La décarbonisation accélérée ne peut pas être atteinte uniquement par l'innovation technique, car les infrastructures ne sont pas seulement des systèmes technologiques. Ils représentent des réseaux complexes d'engagements financiers, sociaux et politiques qui se renforcent mutuellement, chacun ayant de longs antécédents et des défenseurs enracinés. Pour cette raison, un changement majeur nécessitera des changements culturels importants et une lutte politique.

Du point de vue culturel, un slogan qui pourrait inspirer un changement accéléré pourrait être "démocratie énergétique": La notion que les gens peuvent et doivent produire leur propre énergie, à petite échelle, à la maison et ailleurs aussi.

Les nouvelles techniques de construction et le faible coût des panneaux solaires ont permis à des ménages «nets-zéro» (qui produisent autant d'énergie que leurs habitants) de se rendre à la portée financière des gens ordinaires. Ce sont une composante de l'ambitieux de l'Allemagne EnergiewendeOu le pays de transition d'énergie des combustibles fossiles.

Dans l'histoire de l'infrastructure, la phase de décollage s'est souvent accélérée lorsque les nouvelles technologies ont quitté les grandes entreprises et les administrations pour être adoptées par les particuliers et les petites entreprises. L'énergie électrique au début du 20ème siècle et l'utilisation d'Internet dans les 1990 en sont des exemples.

Dans le Queensland, en Australie, plus de 20% des foyers produisent maintenant leur propre électricité. Cet exemple suggère la possibilité qu'un «point de basculement» vers une nouvelle norme sociale de toit solaire a déjà été atteint dans certains endroits. En fait, un étude récente a constaté que le meilleur indicateur de savoir si un propriétaire donné ajoute des panneaux solaires pour une maison est de savoir si un voisin déjà eu.

Pièces d'un puzzle

Beaucoup de différentes approches politiques pourraient contribuer, à la fois pour réduire la consommation et d'augmenter la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique.

Les codes du bâtiment pourraient être ajustés progressivement pour exiger que tous les toits produire de l'énergie, et / ou à cliquet jusqu'à normes LEED "bâtiment vert". Une taxe sur le carbone ou un système de plafonnement et d'échange progressivement en hausse (déjà en place dans certaines nations) stimulerait l'innovation tout en réduisant la consommation de combustibles fossiles et en encourageant l'utilisation des énergies renouvelables.

Aux États-Unis, au moins, en éliminant les nombreux subventions qui découlent actuellement aux combustibles fossiles peut s'avérer politiquement plus facile que de taxer le carbone, mais envoyer un signal de prix similaire.

L'administration Obama Clean gestion de l'alimentation réduire la production de carbone des centrales électriques au charbon représente le bon type de changement de politique. Il intervient graduellement pour donner aux entreprises de services publics le temps de s'adapter et de développer des systèmes de capture et de stockage du carbone encore naissants. L'EPA estime que le plan générera des milliards de dollars 20 dans les bénéfices du changement climatique, ainsi que des bénéfices pour la santé de 14 $ 34 milliards, tout en coûtant beaucoup moins.

Parce que les gaz à effet de serre proviennent de nombreuses sources, y compris l'agriculture, l'élevage, les réfrigérants et la déforestation (pour ne citer que quelques-uns), il y a beaucoup plus à décarboniser l'économie mondiale que la conversion à des sources d'énergie renouvelables.

Cet article a adressé un seul morceau de ce très grand puzzle, mais un point de vue de l'infrastructure peut nous aider à réfléchir à ces problèmes.

L'histoire de l'infrastructure nous dit que la décarbonisation ne se fera pas aussi vite que nous le voudrions. Mais cela montre aussi qu'il y a des moyens d'accélérer le changement, et qu'il y a des moments de bascule où beaucoup peut arriver très vite.

Nous pouvons être sur le point d'un tel moment. Alors que les négociations sur le climat de Paris se développent, chercher l'inspiration dans les nombreux engagements nationaux à avancer ce processus.

A propos de l'auteurLa Conversation

edwards paulPaul N Edwards, professeur d'information et d'histoire, Université du Michigan. Il écrit et enseigne sur les infrastructures de la connaissance et de l'information. Edwards est l'auteur de A Vast Machine: modèles informatiques, données climatiques et politique du réchauffement climatique (MIT Press, 2010) et Le monde fermé: les ordinateurs et la politique du discours dans l'Amérique froide (MIT Press, 1996), et co-éditeur de Changing the Atmosphere: Expert Knowledge et Environmental Governance (MIT Press, 2001), ainsi que de nombreux articles.

Cet article a été publié initialement le La Conversation. Lis le article original.


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