Hur snabbt kan vi övergå till ett system med lågt koldioxidutsläpp? En 32-megawatt solanläggning i Long Island, New York, ett steg i att flytta till en kolväteinfrastruktur. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

En eventuell långsiktig lösning kommer att kräva att "koldisera" världens energibehov, det vill säga övergång till kraftkällor som använder lite eller inget fossilt bränsle.

Hur fort kan det hända, och vad kan vi göra för att påskynda detta skifte?

En titt på historien om annan infrastruktur erbjuder några ledtrådar.

Energiinfrastruktur

Avkolning är ett infrastrukturproblem, den största mänskligheten någonsin har stått inför. Det handlar inte bara energiproduktionen, men också transport, belysning, uppvärmning, kylning, matlagning och andra grundläggande system och tjänster. Den globala fossila bränslen infrastruktur omfattar inte bara olje- och gaskällor, kolgruvor, oljetankers jätte, rörledningar och raffinaderier, men också miljontals bilar, bensinstationer, tankbilar, lagerlokaler, kraftverk, kol tåg, värmesystem, spisar och ugnar.


innerself prenumerera grafik


Det totala värdet av all denna infrastruktur är i storleksordningen US $ 10 biljoner, eller nästan två tredjedelar av den amerikanska bruttonationalprodukten. Inget så stort och dyrt kommer att ersättas om ett år, eller till och med några år. Det kommer att ta årtionden.

Ändå finns det goda nyheter, av ett slag, i det faktum att all infrastruktur slutligen slits ut. en 2010 studie frågade: vad händer om den nuvarande energiinfrastrukturen bara kunde leva ut sitt användbara liv utan att ersättas?

Den överraskande svaret: om alla slitna koleldade kraftverk byttes mot sol, vind eller vattenkraft, och varje död gasdrivna bil ersätts med en elektrisk ett, och så vidare, vi kan bara hålla sig inom vår planet gränser.

Enligt studien, med hjälp av den befintliga infrastrukturen tills den faller isär skulle inte driva oss förbi 2 grader Celsius global uppvärmning som många forskare ser som den övre gränsen för acceptabel klimatförändringar.

Problemet är naturligtvis att vi inte gör detta ännu. Istället ska vi ersätta utslitna system med mer av samma, medan borrning, gruvdrift och bygga ännu mer. Men det kan förändras.

Start för att bygga ut: En 30-100-års tidslinje

historiker infrastruktur som jag själv observera ett typiskt mönster. En långsammare innovationsfas följs av en startfas, under vilken nya tekniska system snabbt byggs och antas över hela regionen tills infrastrukturen stabiliseras vid "utbyggnad".

Detta temporala mönster överraskande liknar alla typer av infrastruktur. I USA, startfasen av kanaler, järnvägar, telegraf, oljeledningar och asfalterade vägar varade 30-100 år. Starten faser av radio, telefon, TV och internet var varade 30-50 år.

Historien om infrastruktur tyder på att "take-off" i förnybar elproduktion har redan påbörjats och kommer att röra sig mycket snabbt nu, särskilt när och där regeringarna stöder detta mål.

Sol- och vindkraft installationer för närvarande fram snabbare än någon annan elektrisk kraftkälla, växer på global årstakt 50% respektive 18% från 2009-2014. Dessa källor kan kombitrafik på befintlig infrastruktur, pumpa el till kraftnät (även om deras intermittent kraftproduktion kräver chefer att anpassa sina lastbalanseringstekniker). Men vindkraft och solenergi kan också ge ström "off-grid" till enskilda bostäder, gårdar och avlägsna platser, vilket ger dessa källor en unik flexibilitet.

 

Vissa länder, särskilt Tyskland och Kina, har gjort stora engagemang för förnybar energi.

Tyskland blir nu över 25% av sin elkraft från förnybara energikällor, vilket bidrar till att minska sin totala koldioxidproduktion med över 25% i förhållande till 1990. Kina producerar redan mer solkraft än något annat land, med en installerad bas av över 30-gigawatt och planerar att nå 43 gigawatt i slutet av detta år. I Australien mellan 2010 och 2015 växte solceller kapacitet från 130 megawatt till 4.7 gigawatt - En årlig tillväxttakt på 96%.

Kombinerade med komplementära teknologier som elbilar, effektiv LED-belysning och geotermisk uppvärmning och kylning, kan denna övergång flytta oss närmare koldioxidneutraliteten.

Kan 30-100-årets tidslinje för infrastrukturutveckling accelereras? Vissa indikatorer tyder på att svaret kan vara "ja".

För det första, i fallet med el behöver endast strömkällorna ersättas. elnät - polerna, ledningarna och andra redskap som transporterar el - måste hanteras annorlunda men inte byggas om från början. För det andra kan mindre utvecklade länder utnyttja förnybar teknik för att "hoppa" nästan helt över äldre infrastrukturer.

Liknande saker har hänt nyligen. Sedan 2000 har till exempel mobiltelefonnät nått de flesta utvecklingsländerna - och samtidigt undviker det långsamma och kostsamma läggandet av sårbara fasta telefoner, vilket många sådana platser aldrig kommer att bygga utanför större städer.

Parallell i energi drivs byggnader, gårdar, informella bosättningar och andra behov av behov med bärbara solpaneler och små väderkvarnar, som kan installeras nästan var som helst utan behov av långdistansledningar. Detta sker också redan över hela världen.

I den utvecklade världen, men övergången till förnybara energikällor kommer sannolikt att ta betydligt längre tid.

I dessa regioner stödjer och inte bara utrustning, men också expertis, utbildning, ekonomi, lag, livsstil och andra sociokulturella system energibaserad energiinfrastruktur. Dessa måste också anpassa sig till förändringen.

Vissa - särskilt de stora kol-, olje- och naturgasindustrin - står för att förlora mycket i en sådan övergång. Dessa historiska åtaganden ger bestämda politiska motstånd, som vi ser i Förenta staterna idag.

Tuffa problem, bland annat konkurrens från fossila bränslen

Energiinfrastruktur är naturligtvis inte den enda utmaningen. Faktum är att koldioxideringen är fylld med enorma tekniska svårigheter.

Isolerande äldre byggnader, förbättra bränsleekonomin, och installera effektivare elektrisk växel är överlägset De mest kostnadseffektiva sätten att minska kolspåren, men dessa misslyckas med att excitera människor och kan inte lätt flauntas.

För närvarande och under överskådlig framtid kan ingen energikälla vara "nollkol", eftersom fossila bränsledrivna enheter används för att råa ut råmaterial och transportera färdiga produkter, inklusive förnyelsebara energisystem som solpaneler eller vindkraftverk.

Elektricitet är en underbart flexibel form av energi, men lagra det fortfarande en gåta; dagens bästa batteriteknik kräver litium, en relativt sällsynt inslag. Och trots intensiv forskning, batterier fortfarande dyra, tunga och långsamma att ladda.

Sällsynta jordarter - extremt sällsynta element som finns på några få ställen - är för närvarande kritiska för vindkraftverk och annan förnybar teknik, vilket skapar legitima bekymmer om framtida leveranser.

Slutligen, under många omständigheter, kommer brinnande olja, kol och naturgas att förbli det enklaste och billigaste sättet att tillhandahålla kraft.

Till exempel är de stora transportsätten som t ex transcontinental sjöfart, flyg och långdistansfordon fortfarande mycket svåra att omvandla till förnyelsebara energikällor. Biobränslen erbjuder en möjlighet att minska koldioxidavtrycket för dessa transportsystem, men många växter som odlas som biobränslefoder konkurrerar med livsmedelsgrödor och / eller vilda områden.

Ändå verkar det ultimata målet att tillhandahålla alla världens energibehov från förnybara källor i princip vara genomförbart. en stor ny studie funnit att dessa behov lätt kan uppfyllas med bara vind, vatten och solenergi på konsumentpriserna inte högre än dagens energisystem.

Infrastrukturer som sociala åtaganden

Var lämnar vi allt här i Paris?

Accelererad avkolning kan inte uppnås genom teknisk innovation ensam, eftersom infrastrukturer inte bara är tekniska system. De representerar komplexa nät av ömsesidigt förstärkande ekonomiska, sociala och politiska åtaganden, var och en med långa historier och förankrade försvarare. Av denna anledning kommer stora förändringar kräva väsentliga kulturella förändringar och politisk kamp.

På den kulturella sidan kan en slogan som inspirerar till accelererad förändring vara "energidemokrati": Den uppfattningen att människor kan och bör producera sin egen energi, i små vågar, hemma och på andra håll.

Nybyggnadstekniker och låga kostnader för solpaneler har medfört "nät-noll" bostäder (som producerar så mycket energi som deras invånare konsumerar) inom vanliga människors ekonomiska räckvidd. Dessa är en del av Tysklands ambitiösa EnergiewendeEller landets energiövergång bort från fossila bränslen.

I infrastrukturhistoriken har startfasen ofta accelererat när ny teknik flyttas ut ur stora företags- och regeringsinställningar för adoption av enskilda och mindre företag. Elkraft i början av 20th century och internetanvändning i 1990s är fall i punkt.

I Queensland, Australien, genererar över 20% av hem nu sin egen el. Det här exemplet föreslår möjligheten att en "tippunkt" mot en ny social norm för soltaket redan har uppnåtts på vissa ställen. Faktum är att a färsk studie funnit att den bästa indikatorn på huruvida en given husägare lägger solpaneler till ett hus är om en granne redan hade dem.

Pusselbitar

Många olika strategier kan hjälpa till, både för att minska konsumtionen och öka andelen förnybar energi i energimixen.

Byggnormer kan gradvis justeras för att kräva att varje taket generera energi, och / eller skruvats upp till LEED "grön byggnad" normer. En gradvis ökande kolskatt eller keps-och-handel system (redan på plats i vissa nationer) skulle stimulera innovation samtidigt som konsumtionen av fossila bränslen minskas och att användningen av förnybara energikällor främjas.

I USA eliminerar åtminstone de många subventioner som för närvarande flyter till fossila bränslen kan visa sig politiskt lättare än att beskatta kol, men ändå skicka en liknande prissignal.

Obama administrationens Clean Power Plan Att minska koldioxidutsläppen från koleldade kraftverk representerar rätt typ av förändring av politiken. Det sparkar gradvis in för att ge verktygsföretagens tid att anpassa och ständigt växande kolavskiljnings- och lagringssystem tid att utvecklas. EPA uppskattar att planen kommer att generera $ 20-miljarder i förmåner för klimatförändringar, samt hälsoeffekter av $ 14- $ 34 miljarder, men kostar mycket mindre.

Eftersom växthusgaser kommer från många källor, bland annat jordbruk, djurhållning, köldmedia och avskogning (för att nämna några), det finns mycket mer att decarbonizing den globala ekonomin än konvertering till förnybara energikällor.

Den här artikeln har tagit upp endast en del av det mycket stora pussel, men ett infrastrukturperspektiv kan hjälpa oss att tänka på dessa problem.

Infrastrukturhistoria berättar för oss att koldioxideringen inte kommer att hända nästan så fort som vi kanske tycker om det. Men det visar också att det finns sätt att påskynda förändringen och att det finns tippunktsmoment när mycket kan hända mycket snabbt.

Vi kan vara på randen till ett sådant ögonblick. Som klimatförhandlingarna Paris utvecklas, leta efter inspiration i många nationella åtaganden för att driva processen framåt.

Om författarenAvlyssningen

edwards paulPaul N Edwards, professor i information och historia, University of Michigan. Han skriver och lär sig om kunskaps- och informationsinfrastrukturer. Edwards är författaren till A Vast Machine: Datormodeller, Klimatdata och Global Warming Politik (MIT Press, 2010) och Closed World: Datorer och diskurspolitiken i Cold War America (MIT Press, 1996) och medredaktör för förändring av atmosfären: expertkunskap och miljöstyrning (MIT Press, 2001), samt många artiklar.

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.


Relaterade Bok:

at InnerSelf Market och Amazon