Исследователи создали детальную модель всего U.S. энергетическая и промышленная система для проведения первого подробного экспертного исследования того, как достичь углеродной нейтральности к 2050 году. Согласно Межправительственной группе экспертов по изменению климата (МГЭИК), мир должен достичь нулевых чистых выбросов CO2 к середине века, чтобы ограничить глобальное потепление до 1.5 градусов по Цельсию и избежать самых опасных последствий изменения климата.
Исследователи разработали несколько возможных технологических путей, которые сильно различаются по остающемуся использованию ископаемого топлива, землепользованию, принятию потребителями, использованию ядерной энергии и биотоплива, но имеют общий набор ключевых стратегий. «Методически повышая энергоэффективность, переходя на электрические технологии, используя чистую электроэнергию (особенно ветровую и солнечную энергию) и внедряя небольшое количество технологий улавливания углерода, Соединенные Штаты могут достичь нулевого уровня выбросов», – пишут авторы в «Углеродно-нейтральных путях». для Соединенных Штатов », опубликованной недавно в научном журнале AGU Advances.
Преобразование инфраструктуры
"Декарбонизация U.S. Энергетическая система – это, по сути, преобразование инфраструктуры ", – сказала старший научный сотрудник Berkeley Lab Маргарет Торн, один из ведущих авторов исследования. «Это означает, что к 2050 году нам необходимо построить много гигаватт ветряных и солнечных электростанций, новые линии электропередачи, парк электромобилей и легких грузовиков, миллионы тепловых насосов для замены обычных печей и водонагревателей, а также более энергоэффективные здания. – продолжая исследовать и внедрять новые технологии."
При этом переходе очень небольшая инфраструктура будет нуждаться в «досрочном выходе на пенсию» или замене до конца своей экономической жизни. «Никто не просит потребителей менять их новенький автомобиль на электромобиль», – сказал Торн. "Дело в том, что необходимо использовать эффективные низкоуглеродные технологии, когда придет время заменить существующее оборудование."
Изученные пути имеют чистую стоимость в пределах от 0.2% к 1.2% ВВП, с более высокими затратами в результате определенных компромиссов, таких как ограничение количества земли, отданной под солнечные и ветряные электростанции. По самым дешевым направлениям около 90% электроэнергии производится за счет ветра и солнца. Один сценарий показал, что U.S. может удовлетворить все свои потребности в энергии за счет 100% возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой и биоэнергетики), но это будет стоить дороже и потребует большего землепользования.
«Мы были приятно удивлены, что стоимость трансформации сейчас ниже, чем в аналогичных исследованиях, которые мы проводили пять лет назад, даже несмотря на то, что это позволяет добиться гораздо более амбициозного сокращения выбросов углерода», – сказал Торн. «Основная причина в том, что стоимость ветровой и солнечной энергии и батарей для электромобилей снижалась быстрее, чем ожидалось."
Сценарии были созданы с использованием новых энергетических моделей с подробными сведениями о потреблении и производстве энергии, такими как весь U.S. строительный фонд, автопарк, электростанции и многое другое – для 16 географических регионов США.S. Затраты были рассчитаны с использованием прогнозов цен на ископаемое топливо и возобновляемые источники энергии из Ежегодного прогноза развития энергетики Министерства энергетики США и Ежегодного базового отчета по технологиям NREL.
Цифры затрат были бы еще ниже, если бы они включали экономические и климатические преимущества декарбонизации наших энергетических систем. Например, меньшая зависимость от нефти будет означать меньше денег, потраченных на нефть и меньшую экономическую неопределенность из-за колебаний цен на нефть.
Выгоды для климата включают предотвращение последствий изменения климата, таких как экстремальные засухи и ураганы, предотвращение загрязнения воздуха и воды в результате сжигания ископаемого топлива и улучшение здоровья населения.
Экономические затраты сценариев почти полностью представляют собой капитальные затраты на строительство новой инфраструктуры.
Но Торн отмечает, что у этих расходов есть экономический потенциал: «Вся эта инфраструктура приравнивается к рабочим местам, и, возможно, рабочим местам в США.S., в отличие от отправки денег за границу для покупки нефти из других стран. Нет никаких сомнений в том, что потребуется хорошо продуманная стратегия экономического перехода для отраслей и сообществ, основанных на ископаемом топливе, но также нет никаких сомнений в том, что для построения низкоуглеродной экономики есть много рабочих мест."
Следующие 10 лет
Важным выводом этого исследования является то, что действия, необходимые в следующие 10 лет, аналогичны независимо от долгосрочных различий между путями.
В ближайшем будущем нам необходимо увеличить производство и передачу возобновляемой энергии, убедиться, что вся новая инфраструктура, такая как автомобили и здания, является низкоуглеродной, и поддерживать текущие мощности по природному газу на данный момент для обеспечения надежности.
"Это очень важный вывод. Нам не нужно сейчас вести большую битву по таким вопросам, как ближайшее строительство атомных электростанций, потому что в ближайшие десять лет не требуется новых атомных электростанций, чтобы выйти на путь с нулевыми выбросами. Вместо этого мы должны проводить политику, направленную на то, чтобы предпринимать шаги, которые, как мы знаем, необходимы сейчас, одновременно ускоряя исследования и разработки и продолжая развивать наши варианты выбора, которые мы должны сделать, начиная с 2030-х годов », – сказал ведущий автор исследования Джим Уильямс, доцент кафедры управления энергетическими системами в USF и научный сотрудник лаборатории Беркли.
Чистый отрицательный случай
Еще одним важным достижением этого исследования является то, что это первая опубликованная работа, которая дает подробную дорожную карту того, как U.S. энергетическая и промышленная системы могут стать источником отрицательных выбросов CO2 к середине века, что означает, что из атмосферы уходит больше углекислого газа, чем добавляется.
Согласно исследованию, с более высокими уровнями улавливания углерода, биотоплива и электрического топлива, U.S. энергетическая и промышленная система может иметь «чистый минус» на сумму 500 метрических тонн CO2, удаляемого из атмосферы каждый год. (Это потребует увеличения производства электроэнергии, землепользования и межгосударственной передачи для достижения.Авторы подсчитали, что стоимость этого чистого отрицательного пути равна 0.6% ВВП – лишь немного выше, чем стоимость основного углеродно-нейтрального пути 0.4% ВВП. «Это доступно обществу только по соображениям энергетики», – сказал Уильямс.
Исследователи подсчитали, что в сочетании с увеличивающимся поглощением CO2 землей, в основном за счет изменения методов ведения сельского хозяйства и лесного хозяйства, сценарий чистых отрицательных выбросов поставит U.S. на пути к глобальной траектории по снижению концентрации CO2 в атмосфере до 350 частей на миллион (ppm) на некотором расстоянии в будущем.
Конечная точка 350 ppm этой глобальной траектории была описана многими учеными как то, что необходимо для стабилизации климата на уровнях, аналогичных доиндустриальным временам.
Исследование было частично поддержано Сетью решений в области устойчивого развития, инициативой Организации Объединенных Наций.