Скоротити викиди вуглекислого газу для стримування зміни клімату можливо, але нелегко.
Патрісія Ідальго-Гонсалес побачила майбутнє енергетики в спекотний день у вересні минулого року.
Електронне сповіщення прийшло на її поштову скриньку від San Diego Gas & Electric Company. «Надзвичайна спека напружує мережу», — йдеться в повідомленні, яке також було надіслано як текстове повідомлення 27 мільйонам людей. «Економте енергію, щоб уникнути перебоїв з електропостачанням».
Це спрацювало. Люди скорочують споживання енергії. Попит різко впав, відключень електроенергії вдалося уникнути, а Каліфорнія успішно пережила кризу, яку посилила зміна клімату. «Це було дуже цікаво спостерігати», — каже Ідальго-Гонсалес, інженер-електрик з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, який вивчає відновлювані джерела енергії та електромережі.
Така колективна реакція суспільства, коли ми змінюємо спосіб взаємодії з системами, що постачають нам енергію, матиме вирішальне значення, коли ми з’ясуємо, як жити на мінливій планеті.
Земля нагрілася щонайменше на 1,1 градуса за Цельсієм з 19-го століття, коли спалювання вугілля, нафти та іншого викопного палива почало викидати в атмосферу гази, що затримують тепло, наприклад вуглекислий газ. Вчені сходяться на думці, що лише рішучі дії щодо скорочення викидів можуть утримати планету від потепління вище 1,5 градуса — порогу, за яким наслідки стають навіть більш катастрофічними, ніж підвищення рівня моря, екстремальна погода та інші наслідки, які вже зазнає світ.
Мета полягає в тому, щоб досягти того, що називається чистим нульовим викидом, коли будь-які парникові гази, які все ще потрапляють в атмосферу, збалансовані тими, що видаляються, і зробити це якомога швидше.
Вчені кажуть, що можна швидко змінити способи виробництва та споживання енергії. Щоб показати шлях вперед, дослідники виклали шляхи до світу, де людська діяльність майже не виробляє вуглекислого газу та інших парникових газів — до декарбонізованої економіки.
Ключ до декарбонізації майбутнього полягає у виробництві величезної кількості нової електроенергії з джерел, які не виділяють майже жодних газів, таких як енергія вітру, сонця та гідроенергії, а потім перетворення якомога більшої частини нашого життя та нашої промисловості на використання цих газів. джерела. Чиста електрика повинна забезпечити не тільки поточне споживання енергії планетою, але й зростаючі потреби зростаючого населення світу.
Після того, як людство майже повністю перейде на чисту електроенергію, нам також доведеться врівноважувати вуглекислий газ, який ми все ще викидаємо — так, ми все ще викидатимемо — шляхом вилучення еквівалентної кількості вуглекислого газу з атмосфери та зберігання його десь назавжди.
Досягти нульових викидів буде непросто. Щоб розпочати ефективні та значущі дії щодо зміни клімату, потрібно подолати десятиліття інерції та заперечення масштабів і масштабів проблеми. Країни значно не дотримуються існуючих зобов’язань щодо скорочення викидів, і глобальне потепління, як і раніше, перевищить 1,5 градуса, можливо, навіть до кінця цього десятиліття.
Але надія є. Темпи зростання викидів CO 2 сповільнюються в усьому світі — знизилися з 3 відсотків щорічного зростання в 2000-х роках до піввідсотка щорічного зростання в останнє десятиліття, згідно з Global Carbon Project , який кількісно визначає викиди парникових газів.
Є ознаки того, що річні викиди можуть почати скорочуватися. І протягом останніх двох років Сполучені Штати, безумовно найбільший сукупний внесок у глобальне потепління, прийняли кілька федеральних законів, які передбачають фінансові стимули для прискорення переходу до чистої енергії. «Ми ніколи не бачили нічого такого масштабу», — каже Ерін Мейфілд, дослідник енергетики Дартмутського коледжу.
Хоча енергетичний перехід вимагатиме багатьох нових технологій, таких як інноваційні способи остаточного видалення вуглецю з атмосфери, багато рішень, таких як вітрова та сонячна енергія, вже готові — «те, що ми вже маємо», — каже Мейфілд.
Як досягти нульового викиду вуглецю до 2050 року
У звіті за 2021 рік Міжнародне енергетичне агентство описало кроки, необхідні для того, щоб до 2050 року кількість вуглекислого газу, що викидається в атмосферу, зрівноважувала кількість викиду. Ця діаграма показує, як викиди вуглекислого газу повинні знизитися в різних секторах, щоб довести викиди на планеті з приблизно 34 мільярдів метричних тонн на рік до чистого нуля.
Сучасний стан викидів вуглекислого газу
З усіх викидів, які необхідно скоротити, найважливішим є вуглекислий газ, який надходить із багатьох джерел, таких як автомобілі та вантажівки та електростанції, що спалюють вугілля. У 2020 році на цей газ припадало 79 відсотків викидів парникових газів у США. Наступним за значущістю парниковим газом, який становить 11 відсотків викидів у Сполучених Штатах, є метан, який походить від нафтогазових операцій, а також від худоби, звалищ та інших земель. використовує.
Кількість метану може здатися невеликою, але вона величезна — у короткостроковій перспективі метан більш ніж у 80 разів ефективніше утримує тепло, ніж вуглекислий газ, а рівень метану в атмосфері зріс майже втричі за останні два століття. Інші парникові гази включають оксид азоту, який надходить із таких джерел, як внесення добрив під сільськогосподарські культури або спалювання палива, і становить 7 відсотків викидів у США, а також створені людиною фторовані гази, такі як гідрофторвуглеці, на які припадає 3 відсотки.
У всьому світі викиди домінують у великих країнах, які виробляють багато енергії. Тільки Сполучені Штати щорічно викидають близько 5 мільярдів метричних тонн вуглекислого газу. Він відповідальний за більшість викидів парникових газів за всю історію і поступився місцем найбільшого щорічного викиду Китаю лише в середині 2000-х років. Третє місце займає Індія.
Через роль Сполучених Штатів у виробництві більшої частини забруднення вуглецем на сьогоднішній день, багато дослідників і захисників стверджують, що вони несуть моральну відповідальність взяти на себе світове лідерство у скороченні викидів. І Сполучені Штати мають найамбітніші цілі серед найбільших викидів, принаймні на папері. Президент Джо Байден заявив, що країна прагне досягти нульових викидів до 2050 року. Лідери Китаю та Індії поставили цілі до 2060 та 2070 років відповідно.
Під егідою міжнародної угоди про зміну клімату 2015 року, відомої як Паризька угода, 193 країни та Європейський Союз зобов’язалися скоротити свої викиди. Угода спрямована на те, щоб утримати глобальне потепління значно нижче 2 градусів, а в ідеалі – на 1,5 градуса вище доіндустріального рівня. Але цього недостатньо. Навіть якщо всі країни скоротять свої викиди стільки, скільки вони обіцяли згідно з Паризькою угодою, світ, швидше за все, перевищить 2 градуси потепління до кінця цього століття.
Кожна нація продовжує шукати свій шлях вперед. «Зрештою, усі рішення стосуватимуться окремих країн, — каже Ша Юй, науковець із Землі Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії та Об’єднаного дослідницького інституту глобальних змін Університету Меріленда в Коледж-Парку, штат Меріленд. — Є не універсальне виправлення».
Але є кілька загальних тем, як здійснити цей енергетичний перехід — способи зосередити наші зусилля на речах, які матимуть найбільше значення. Це зусилля, які виходять за рамки індивідуального вибору споживача, наприклад, менше літати чи їсти менше м’яса. Натомість вони проникають у кожен аспект того, як суспільство виробляє та споживає енергію.
Таким масовим змінам доведеться подолати чималий опір, у тому числі з боку компаній, які заробляють на старих видах енергії, а також політиків і лобістів. Але якщо суспільство зможе внести ці зміни, це стане одним із найбільших досягнень людства. Ми розв’яжемо проблему, яку створили самі, і подолаємо її.
Ось подивіться на те, що нам потрібно буде зробити.
Виробляйте якомога більше чистої електроенергії
Щоб задовольнити потребу в енергії без викидів вуглекислого газу в атмосферу, країнам доведеться різко збільшити кількість чистої енергії, яку вони виробляють. На щастя, більша частина цієї енергії вироблятиметься за допомогою технологій, які ми вже маємо — відновлюваних джерел енергії, включаючи енергію вітру та сонця.
«Відновлювані джерела енергії в цілому є ключовою опорою будь-якого сценарію чистого нуля», — каже Мейфілд, який працював над впливовим звітом 2021 року за проектом Прінстонського університету Net-Zero America , який зосереджувався на економіці США.
У звіті Прінстона передбачається, що до 2030 року виробництво вітрової та сонячної енергії збільшиться приблизно вчетверо, щоб до 2050 року Сполучені Штати вийшли на нульовий рівень викидів. Це означало б будівництво багатьох нових сонячних і вітряних електростанцій, так багато, що за найамбітнішим сценарієм вітряні турбіни охоплювали б територія розміром з Арканзас, Айова, Канзас, Міссурі, Небраска та Оклахома разом узяті.
Скільки сонячної та вітрової енергії нам знадобиться?
Досягнення net-zero вимагатиме різкого збільшення сонячної та вітрової енергії в Сполучених Штатах. Ці карти показують відбиток існуючої сонячної та вітрової інфраструктури в суміжних Сполучених Штатах (станом на 2020 рік) і можливий відбиток для середнього сценарію на 2050 рік. Сірий колір показує щільність населення 100 осіб на квадратний кілометр або більше.
Таке розширення можливе лише тому, що ціни на виробництво відновлюваної енергії впали. За останнє десятиліття в Сполучених Штатах вартість вітрової енергії впала майже на 70 відсотків, а сонячної – майже на 90 відсотків. «Я не знаю, чи очікували деякі люди, що змінило правила гри», — каже Ідальго-Гонсалес.
Глобальне падіння цін на відновлювані джерела енергії сприяло стрімкому зростанню; Наприклад, у 2021 році Китай встановив рекордні 55 гігават потужностей сонячної енергії, що загалом становить 306 гігават, або майже 13 відсотків встановленої потужності країни для виробництва електроенергії. Майже напевно, 2022 рік у Китаї стане ще одним рекордним роком для сонячних електростанцій.
Проблеми включають визначення способів зберігання та передачі всієї цієї додаткової електроенергії та пошук місць для будівництва вітряних і сонячних електростанцій, прийнятних для місцевих громад. Інші типи низьковуглецевої енергетики, такі як гідроенергетика та атомна енергетика, які супроводжуються власним суспільним опором, також, ймовірно, відіграватимуть певну роль у майбутньому.
Більше відновлюваної електроенергії в усьому світі
Відновлювані джерела енергії, такі як сонячна, вітрова та гідроенергія, сьогодні становлять більшу частку світового виробництва електроенергії, ніж у 2015 році. Міжнародне енергетичне агентство очікує, що ця тенденція збережеться, прогнозуючи, що у 2027 році частка відновлюваних джерел енергії перевищить 38 відсотків.
Станьте ефективними та перейдіть на електрику
Прагнення до нульових викидів також вимагає підвищення енергоефективності в галузях промисловості та електрифікації якомога більшої кількості аспектів сучасного життя, таких як транспорт і опалення будинків.
Деякі галузі вже переходять на більш ефективні методи виробництва, наприклад, виробництво сталі в Китаї, яке включає водневі печі, які є набагато чистішими, ніж печі, що працюють на вугіллі, каже Ю. В Індії просте закриття найбільш неефективних електростанцій, що спалюють вугілля, дає найбільшу віддачу від грошей, каже Шаяк Сенгупта, експерт з питань енергетики та політики аналітичного центру Observer Research Foundation America у Вашингтоні, округ Колумбія. «Список складено. “, – каже він про заводи, які повинні закритися першими, – і це відбувається”.
Щоб досягти чистого нуля, Сполученим Штатам потрібно буде збільшити свою частку електричних теплових насосів, які обігрівають будинки набагато чистіше, ніж прилади, що працюють на газі чи паливі, з приблизно 10 відсотків у 2020 році до 80 відсотків до 2050 року. згідно з Прінстонським звітом. У 2023 році федеральні субсидії на такі види приладів запроваджуються в рамках нового Закону про зниження інфляції , законодавства, яке містить ряд положень, пов’язаних із кліматом.
Перехід автомобілів та інших транспортних засобів від спалювання бензину до використання електроенергії також призведе до значного скорочення викидів. У великому звіті за 2021 рік Національні академії наук, інженерії та медицини заявили, що одним із найважливіших кроків у декарбонізації економіки США стане доведення до 2030 року половини продажів нових автомобілів на електромобілі. Це не неможливо; Продажі електромобілів становили майже 6 відсотків нових продажів у Сполучених Штатах у 2022 році, що все ще мало, але майже вдвічі більше, ніж у попередньому році .
Робіть чисте паливо
Деякі галузі, такі як виробництво та транспорт, не можуть бути повністю електрифіковані за допомогою сучасних технологій — наприклад, літаки з батарейним живленням, ймовірно, ніколи не будуть придатними для довготривалих польотів. Технології, які все ще потребують рідкого палива, повинні будуть перейти від газу, нафти та інших видів викопного палива до палива з низьким або нульовим вмістом вуглецю.
Одним із головних гравців буде паливо, видобуте з рослин та іншої біомаси, яке поглинає вуглекислий газ під час росту та викидає його, коли гине, що робить їх фактично нейтральними до вуглецю протягом усього життя. Щоб створити біопаливо, фермери вирощують зернові культури, а інші переробляють урожай на установках для перетворення на паливо, наприклад водень. Воднем, у свою чергу, можна замінити речовини з більшим вмістом вуглецю в різних промислових процесах, таких як виготовлення пластмас і добрив — і, можливо, колись навіть як паливо для літаків.
За одним зі сценаріїв Прінстонської команди, до 2050 року Середній Захід і Південний Схід США будуть переповнені заводами з переробки біомаси, щоб паливо можна було переробляти поблизу місць вирощування сільськогосподарських культур. Багато сировини для біомаси можуть потенційно рости поряд з продовольчими культурами або замінити інші, непродовольчі культури.
Тенденції сонячної та вітрової енергії в Сполучених Штатах
За останнє десятиліття в Сполучених Штатах різко зросла кількість електроенергії, виробленої за допомогою вітрової та сонячної енергії. Поштовх став можливим значною мірою завдяки падінню витрат на виробництво цієї енергії.
Скоротіть викиди метану та інших викидів, не пов’язаних із CO 2
Викиди парникових газів, крім двоокису вуглецю, також необхідно скоротити. У Сполучених Штатах більшість викидів метану відбувається від худоби, сміттєзвалищ та інших сільськогосподарських джерел, а також від розрізнених джерел, таких як лісові пожежі та заболочені території. Але приблизно одна третина викидів метану в США припадає на видобуток нафти, газу та вугілля. Це можуть бути одні з перших місць, які регулятори можуть націлити на очищення, особливо «супервипромінювачі», які можна точно визначити за допомогою супутників та інших типів дистанційного зондування .
У 2021 році Сполучені Штати та Європейський Союз оприлюднили те, що стало глобальною обіцянкою скорочення викидів метану, яку схвалили 150 країн. Однак його виконання ще не виконано. А Китай, найбільший у світі генератор метану, не підписав.
Закиси азоту можна зменшити шляхом удосконалення методів управління ґрунтом, а фторвмісних газів – шляхом пошуку альтернатив та покращення виробництва та переробки.
Поглинайте якомога більше CO2
Після того, як викиди будуть максимально скорочені, досягнення чистого нуля означатиме видалення та зберігання кількості вуглецю, еквівалентної кількості, яку суспільство все ще викидає.
Одне з рішень, яке вже використовується, полягає в тому, щоб уловлювати вуглекислий газ, що виробляється на електростанціях та інших промислових об’єктах, і постійно зберігати його десь, наприклад, глибоко під землею. У всьому світі існує близько 35 таких операцій, які щорічно викидають близько 45 мільйонів тонн вуглекислого газу. За даними Міжнародного енергетичного агентства, близько 200 нових станцій планується запустити до кінця цього десятиліття.
У звіті Прінстона передбачається додавання вловлювача вуглецю майже до всіх типів промислових підприємств США, від виробництва цементу до переробки біомаси. Значна частина вуглекислого газу буде зріджена та подана по трубах понад 100 000 кілометрів нових трубопроводів до глибоких геологічних сховищ, головним чином уздовж узбережжя Техаської затоки, де підземні резервуари можуть бути використані для його постійного утримання. Це було б масштабним зусиллям щодо інфраструктури. Будівництво цієї мережі трубопроводів може коштувати до 230 мільярдів доларів, у тому числі 13 мільярдів доларів за ранню участь місцевих громад і одні тільки дозволи.
Ще один спосіб поглинати вуглець – змусити ліси та ґрунти поглинати більше. Цього можна досягти шляхом перетворення сільськогосподарських культур, які є відносно інтенсивними вуглецем, наприклад кукурудзи для використання в етанолі, на багаті енергією трави, які можна використовувати для більш ефективного біопалива, або перетворивши деякі ріллі чи пасовища назад у ліс. Можна навіть посипати подрібнене каміння на орні землі, що прискорює природні процеси вивітрювання, які висмоктують вуглекислий газ з атмосфери.
Інший спосіб збільшити кількість вуглецю, що зберігається в землі, – це зменшити кількість тропічних лісів Амазонки, які вирубуються щороку. «Для кількох країн, таких як Бразилія, першим, що ви можете зробити, буде запобігання вирубці лісів», — каже Ю.
Коли мова заходить про зміну клімату, не можна гаяти час
Принстонська команда підрахувала, що Сполученим Штатам потрібно буде інвестувати щонайменше 2,5 трильйона доларів протягом наступних 10 років, щоб країна мала шанс досягти нульових викидів до 2050 року. Конгрес почав нарощувати фінансування з двох великих частин федеральне законодавство, прийняте ним у 2021 та 2022 роках. Вони спрямовують понад 1 трильйон доларів на модернізацію основних частин національної економіки протягом десяти років, включаючи інвестиції в енергетичний перехід для боротьби зі зміною клімату.
За оцінками Міжнародного енергетичного агентства, до 2030 року сонячна та вітрова енергія, а також підвищення енергоефективності можуть забезпечити приблизно половину скорочень викидів, необхідних для цього десятиліття. Після цього основними рушійними силами повинні бути збільшення електрифікації, уловлювання та зберігання вуглецю, а також чисте паливо, таке як водень.
Фокус у тому, щоб зробити все це, не погіршуючи життя людей. Країни, що розвиваються, повинні мати можливість постачати енергію для розвитку своєї економіки. Громади, чия робота залежить від викопного палива, потребують нових економічних можливостей.
Джулія Хаггерті, географ з Університету штату Монтана в Бозмані, яка вивчає громади, які залежать від природних ресурсів, каже, що ті, у кого є гроші та інші ресурси для підтримки переходу, переживуть зміни краще, ніж ті, хто зараз має недостатні ресурси. «Ландшафт штатів і регіонів залишається неймовірно нерівним», — каже вона.
Енергетичний перехід, що триває, також стикається з неочікуваними потрясіннями, такими як вторгнення Росії в Україну, що призвело до стрімкого зростання цін на енергоносії в Європі, та пандемії COVID-19, яка спочатку скоротила глобальні викиди, але згодом відновила їх зростання.
Але існують технології, які дозволяють відлучити наше життя від викопного палива. І ми маємо винахідливість, щоб розвивати більше за потреби. Зміна того, як ми виробляємо та використовуємо енергію, якомога швидше, є величезним викликом, але з ним ми можемо впоратися прямо. Для Мейфілда досягнення чистого нуля до 2050 року є реальною метою для Сполучених Штатів. «Я думаю, що це можливо», — каже вона. «Але це не означає, що роботи ще мало».