Wie schnell können wir den Übergang zu einem kohlenstoffarmen Energiesystem?

Ab Ende dieses Monats, beruft Nationen der Welt in traumatisierten Paris auszuarbeiten, Verpflichtungen, um globalen Klimawandel zu verlangsamen. Langfristige Lösung erfordert, dass "Dekarbonisierung" die Welt Energiewirtschaft – d. h. Verlagerung an die macht, dass die Nutzung wenig oder gar keine fossilen Quellen.

Wie schnell kann es passieren, und was könnten wir tun, um diesen Wandel zu beschleunigen?

Ein Blick auf die Geschichte von anderen Infrastrukturen bietet einige Hinweise.

Energieinfrastrukturen

Dekarbonisierung ist ein Infrastruktur-Problem, die größte Menschheit je erlebt hat. Es beinhaltet nicht nur Energie, sondern auch Transport, Beleuchtung, Heizung, Kühlung, Kochen und andere grundlegende Systeme und Dienstleistungen. Die globalen Fossilbrennstoff Infrastruktur umfasst nicht nur Öl und Gasquellen, Kohleminen, riesige Öltanker, Pipelines und Raffinerien, sondern auch Millionen von Autos, Tankstellen, Tankwagen, Lagerhallen, Kraftwerke, Kohle Züge, Heizungen, Öfen und Öfen.

Der Gesamtwert dieser Infrastruktur ist in der Größenordnung von US$ 10 Billionen oder fast zwei Drittel von uns Bruttoinlandsprodukt. Nichts so riesig und teuer wird in einem Jahr oder sogar ein paar Jahre ersetzt werden. Es wird Jahrzehnte dauern.

Dennoch gibt es gute Nachrichten, von einer Art, in der Tat, die gesamte Infrastruktur schließlich verschleißt. Eine Studie von 2010 gefragt: Was passiert, wenn die derzeitige Energieinfrastruktur durften einfach ausleben seiner Nutzungsdauer ohne abgelöst?

Die überraschende Antwort: Wenn jeder abgenutzte Kohle-Kraftwerk für Solar-, Wind- oder Wasserkraft ausgetauscht wurden, und jedes tot Erdgas-Auto mit einem elektrischen und So weiter ersetzt, können wir nur innerhalb unserer Grenzen unseres Planeten bleiben.

Der Studie zufolge würde mithilfe der vorhandenen Infrastruktur, bis es auseinander fällt nicht schieben uns vorbei an den 2 Grad Celsius Erderwärmung, den viele Wissenschaftler als die obere Grenze des akzeptablen Klimawandel sehen.

Das Problem ist natürlich, dass wir dies noch nicht tun. Stattdessen sind wir worn-out-Systeme mit mehr von der gleichen ersetzen, beim Bohren, Bergbau und noch mehr. Aber das könnte sich ändern.

Start zum Build-Out: ein 30-100-Jahr-Chronik

Historiker der Infrastruktur wie mich ein typisches Muster zu beobachten. Ein langsamer Innovationsphase ist "Take-off" folgt eine Phase, während der neue technische Systeme sind schnell gebaut und über eine ganze Region angenommen, bis die Infrastruktur stabilisiert beim "Build-Out."

Diese zeitlichen Muster ist über alle Arten von Infrastruktur überraschend ähnlich. In den Vereinigten Staaten, die Startphase der Kanäle, Eisenbahnen, Telegraphen dauerte Öl-Pipelines und gepflasterte Straßen 30-100 Jahre. Die Take-off Phasen von Radio, Telefon, Fernsehen und Internet dauerte 30-50 Jahre.

Die Geschichte der Infrastruktur deutet darauf hin, dass "Take-off" in erneuerbare Elektrizität Produktion hat bereits begonnen und bewegt sich sehr schnell, vor allem, wann und wo Regierungen dieses Ziel unterstützen.

Solar und Wind Energie Anlagen entstehen derzeit schneller als jede andere Quelle des elektrischen Stroms, wächst weltweit jährliche Wachstumsraten von 50 % und 18 % beziehungsweise von 2009-2014. Diese Quellen können Huckepack auf die vorhandene Infrastruktur, Pumpen Strom ins Stromnetz (obwohl ihre intermittierende Stromerzeugung Manager ihre Lastenausgleich Techniken anpassen erfordert). Aber Wind und solar können auch macht "off-Grid" bieten, einzelne Häuser, Bauernhöfe und remote-Standorten, geben diese Quellen eine einzigartige Flexibilität.

Ein 32 Megawatt Solarpark in Long Island, New York, einen Schritt auf dem Weg zum CO2-Energie-Infrastruktur. Image Credit: Brookhaven Labor / Flickr

Einige Länder, insbesondere Deutschland und China, haben wichtige Verpflichtungen zu erneuerbaren Energien.

Deutschland jetzt bekommt mehr als 25 % der seinen Strom aus erneuerbaren Energien, die dazu beitragen, seine gesamten CO2-Ausstoß um mehr als 25 % gegenüber 1990 zu reduzieren. China bereits produziert mehr Solarstrom als jedes andere Land, mit einer installierten Basis von über 30 Gigawatt und 43 Gigawatt bis Ende dieses Jahres erreichen will. In Australien zwischen 2010 und 2015 wuchs solar Photovoltaik-Kapazität von 130 Megawatt auf 4,7 Gigawatt – eine jährliche Wachstumsrate von 96 %.

In Kombination mit ergänzenden Technologien wie Elektroautos, effiziente LED-Beleuchtung und geothermische Heizung und Kühlung, konnte diesen Übergang uns näher zur Klimaneutralität bewegen.

Konnte die 30-100-Jahr-Chronik beim Ausbau der Infrastruktur werden beschleunigt? Einige Indikatoren deuten darauf hin, dass die Antwort ist "Ja".

Zunächst bei Strom, nur die Stromquellen Ersatz; Stromnetze – die Stangen, Drähte und andere Geräte, die Strom zu transportieren – müssen unterschiedlich verwaltet werden, aber nicht von Grund auf erneuert. Zweitens können weniger entwickelten Ländern erneuerbare Technologien zu "überholen" fast ausschließlich über ältere Infrastrukturen nutzen.

Ähnliches passiert in der jüngsten Vergangenheit. Seit dem Jahr 2000 haben beispielsweise zellulares Telefonnetze erreicht die meisten der sich entwickelnden Welt – und gleichzeitig zu vermeiden, die langsam, kostspielig Verlegung von gefährdeten Festnetz, welche viele solcher Orte jetzt nie außerhalb der großen Städte bauen werden.

Die parallele in Energie ist die treibende Kraft Gebäude, Bauernhöfe, informellen Siedlungen und Sonstiges mit portable Solar-Panels und kleine Windmühlen, die ohne die Notwendigkeit für Langstrecken Stromleitungen fast überall installiert werden kann. Dies geschieht auch bereits über den Entwicklungsländern.

In der entwickelten Welt wird jedoch der Übergang zu erneuerbaren Energien wahrscheinlich erheblich länger dauern.

In diesen Regionen nicht nur Ausrüstung, aber auch Know-how, Bildung, Finanzen, Recht, Lebensstile und andere soziokulturelle Systeme unterstützen sowohl auf fossilen Brennstoffen beruhenden Energieinfrastruktur verlassen. Diese müssen auch anpassen.

Einige – vor allem die große Kohle, Erdöl und Erdgas Industrien – stehen, viel in solchen Übergang zu verlieren. Diese historischen Verpflichtungen produzieren energischen politischen Widerstand, wie wir heute in den Vereinigten Staaten sehen.

Schwierige Probleme, einschließlich Wettbewerb aus fossilen Brennstoffen

Energie-Infrastruktur, ist natürlich nicht die einzige Herausforderung. In der Tat ist Entkarbonisierung mit enormen technischen Schwierigkeiten.

Isolierung von älteren Gebäuden, Kraftstoffverbrauch zu verbessern, und die Installation effizienter elektrische Ausrüstung sind bei weitem die kostengünstigsten Möglichkeiten, CO2-Fußabdruck zu reduzieren, aber diese fehlschlagen, Menschen begeistern und können nicht einfach zur Schau gestellt.

Derzeit und in absehbarer Zukunft kann keine Energiequelle "Null Kohlenstoff," wirklich sein, da fossile Brennstoff-betriebene Geräte verwendet werden, um Rohstoffe abzubauen und fertigen Produkte, einschließlich erneuerbarer Energiesysteme wie Solarkollektoren zu transportieren oder Windkraftanlagen.

Strom ist eine wunderbar flexible Form von Energie, aber speichern, bleibt ein Rätsel; heutige beste Batterie-Technologien erfordern Lithium, ein relativ seltenes Element. Und trotz intensiver Forschung Batterien sind teuer, schwer und langsam zu laden.

Seltene Erden – extrem seltene Elemente gefunden in nur ein paar Plätze – sind derzeit entscheidend für Windkraftanlagen und andere erneuerbare Technologien, berechtigte Sorgen über zukünftige Lieferungen zu schaffen.

Schließlich, in vielen Fällen, die Verbrennung von Öl, Kohle und Erdgas bleiben die einfachste und kostengünstigste Transportmittel mit Strom versorgen.

Wichtigsten Verkehrsträger wie transkontinentale Versand, Flugreisen und Fernverkehr Lkw bleiben beispielsweise sehr schwierig, zu erneuerbaren Energiequellen zu konvertieren. Biokraftstoffe bieten eine Möglichkeit zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks dieser Verkehrssysteme, aber viele Pflanzen als Biokraftstoff-Rohstoffe mit Nahrungspflanzen und/oder wilden Länder konkurrieren.

Dennoch scheint das ultimative Ziel der Welt-Energiebedarfs aus erneuerbaren Quellen im Prinzip machbar. Eine großen Studie festgestellt, dass diese Bedürfnisse mit nur Wind-, Wasser- und Solarkraft bei Verbraucherpreise nicht höher als die aktuellen Energiesysteme leicht erfüllt werden konnten.

Infrastrukturen als soziales Engagement

Wo bleibt all dies uns im Vorfeld nach Paris?

Beschleunigte Entkarbonisierung gelingt nicht durch technische Innovation allein, da Infrastrukturen sind nicht nur technische Systeme. Sie stellen komplexe Webs von finanziellen, sozialen und politischen Verpflichtungen, jeweils mit langen Geschichten und verschanzten Verteidiger verstärken sich gegenseitig. Aus diesem Grund erfordert die Hauptänderung erhebliche kulturelle Verschiebungen und politischen Kampf.

Auf der kulturellen Seite, ein Slogan, der beschleunigten Wandels inspirieren könnte möglicherweise "Energiedemokratie": die Vorstellung, dass Menschen können und sollen ihre eigene Energie, auf kleinen Skalen zu Hause und anderswo auch produzieren.

Neue Bautechniken und die niedrigen Kosten von Solarzellen brachten "Netto-Null" Häuser (die produzieren so viel Energie wie ihre Bewohner verbrauchen) innerhalb der finanziellen Reichweite von gewöhnlichen Menschen. Diese sind ein Bestandteil Deutschlands ambitionierten Energiewendeoder des Landes Energiewende Weg von fossilen Brennstoffen.

Die Umstellung auf erneuerbare Energie-Infrastruktur wird wahrscheinlich schneller in den Entwicklungsländern passieren, auf die nicht vorhandene Energie-Infrastruktur zu ersetzen. Image Credit: Divatusaid / Flickr

In der Infrastruktur-Geschichte hat die Startphase oft beschleunigt, wenn neue Technologien aus großen Unternehmen und Regierung Einstellungen zur Annahme von Privatpersonen und kleineren Unternehmen verschoben. Strom im frühen 20. Jahrhundert und Nutzung des Internets in den 1990er Jahren sind Beispiele dafür.

In Queensland, Australien mehr als 20 % der Haushalte jetzt ihren eigenen Strom erzeugen. Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeit, die ein "tipping Point" in Richtung einer neuen gesellschaftlichen Norm auf dem Dach solar bereits an einigen Stellen erreicht ist. In der Tat ergab eine aktuelle Studie, dass der beste Indikator dafür, ob ein bestimmter Eigenheimbesitzer ein Haus Sonnenkollektoren hinzufügt wird, ob ein Nachbar schon hatte sie.

Teile eines Puzzles

Viele unterschiedliche politische Ansätze könnte helfen, um Energieverbrauch und Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien im Energiemix.

Bauvorschriften konnte allmählich um zu verlangen, dass jeder auf dem Dach erzeugen Energie und/oder ratcheted LEED "green Building" Standards angepasst werden. Eine allmählich zunehmende CO2 Steuer oder Cap and Trade System (bereits in einigen Nationen) würde Innovation beim Verbrauch fossiler Brennstoffe zu reduzieren und die Förderung der Nutzung erneuerbarer Energien fördern.

In den Vereinigten Staaten mindestens, Beseitigung der vielen Subventionen, die derzeit fließen zu fossilen Brennstoffen politisch einfacher als Besteuerung Kohlenstoff erweisen, noch ein Signal ähnlichen Preis.

Der Obama-Administration Clean Power Plan, CO2-Ausstoß von Kohle-Kraftwerke zu reduzieren, stellt die richtige Art von Änderung der Politik. Es tritt in allmählich zu Dienstprogramm Unternehmen Zeit, sich anzupassen und noch im Entstehen begriffenen Kohlenstoff-Abscheidung und-Speicherung Systeme Zeit zu entwickeln. Die EPA schätzt, dass der Plan $ 20 Milliarden in Klima-Wandel-Vorteile sowie gesundheitlichen Vorteile von 14 Milliarden, während die viel weniger Kosten generieren wird.

Da Treibhausgase aus vielen Quellen stammen, ist einschließlich Landwirtschaft, Tierhaltung, Kältemittel und Entwaldung (um nur einige zu nennen), es viel mehr zur Dekarbonisierung der Weltwirtschaft als Umstellung auf erneuerbare Energiequellen.

Dieser Artikel ist nur ein Stück, dass sehr große Puzzle angesprochen, aber Sicht der Infrastruktur kann helfen, uns über solche Probleme auch zu denken.

Infrastruktur die Geschichte lehrt uns, dass Entkarbonisierung wird nicht passieren, fast so schnell wie wir es mögen. Es zeigt aber auch, dass es gibt Möglichkeiten, um die Änderung zu beschleunigen und es gibt Wendepunkt Momente, wenn viel sehr schnell passieren kann.

Wir können am Rande eines solch ein Moment sein. Wie die Klima-Verhandlungen in Paris entwickeln, suchen Sie nach Inspiration in den vielen nationalen Verpflichtungen, diesen Prozess voranzutreiben.

Paul N Edwards, Professor für Informations- und Geschichte, Universität von Michigan

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf das Gespräch. Lesen Sie den original Artikel.

Bild oben: Michael Kappel / Flickr CC