De belangrijkste oplossing voor klimaatverandering is bekend:stop met het verbranden van fossiele brandstoffen. Hoe dit te doen is ingewikkelder, maar als een geleerde die energiemodellering doet, Ik en anderen zien de contouren van een toekomst na fossiele brandstoffen:we maken elektriciteit met hernieuwbare bronnen en elektrificeren bijna alles.

Dat betekent voertuigen en treinen laten rijden op elektriciteit, gebouwen verwarmen met elektrische warmtepompen, het elektrificeren van industriële toepassingen zoals staalproductie en het gebruik van hernieuwbare elektriciteit om waterstof (vergelijkbaar met aardgas) te maken voor andere vereisten. De focus ligt dus op het voeden van het elektriciteitsnet met hernieuwbare bronnen.

Er is discussie, Hoewel, over de vraag of volledig hernieuwbare elektriciteitssystemen haalbaar zijn en hoe snel de transitie kan worden gemaakt. Hier beargumenteer ik dat de haalbaarheid duidelijk is, dus alleen de transitievraag is relevant.

bekende technologieën

Mijn onderzoek richt zich op de economie van hernieuwbare energie. Om de haalbaarheid aan te tonen en de kosten van hernieuwbare elektriciteitssystemen te schatten, onderzoekers gebruiken computermodellen die op elk moment de potentiële productie van verschillende technologieën berekenen, op basis van veranderende weersomstandigheden. Een model laat zien welke combinatie van elektriciteitsbronnen en energieopslagsystemen de laagste kosten heeft en altijd aan de vraag voldoet.

Veel studies tonen aan dat volledig hernieuwbare elektriciteitsnetten haalbaar zijn in de Verenigde Staten, Europa, Australië en elders. Onlangs hebben mijn collega's en ik een kleinschalige studie afgerond op het eiland Mauritius. Eilanden zijn vanwege hun kleinschaligheid aantrekkelijke plaatsen voor initiële duurzame transities relatieve eenvoud en afhankelijkheid van geïmporteerde brandstoffen.

Er zijn een aantal manieren om duurzame elektriciteit te maken:waterkracht, wind, fotovoltaïsche zonne-energie, geothermie en verbranding van diverse vormen van biomassa (plantaardig materiaal), naast het verbeteren van de efficiëntie om minder energie te gebruiken. Dit zijn volwassen technologieën met bekende kosten.

Andere mogelijkheden zijn golf, getijdenenergie en concentrerende zonne-energie, waar reflectoren zonnestralen bundelen om stroom te produceren. Hoewel deze in de toekomst kunnen worden gebruikt, de noodzaak om de klimaatverandering aan te pakken dringend is, en naar mijn mening, de volwassen technologieën volstaan.

De meningen over kernenergie lopen sterk, dat is een ander gesprek. Maar modellen laten zien dat de Verenigde Staten geen kernenergie nodig hebben om fossiele brandstoffen met pensioen te laten gaan.

Het raster van de toekomst

Hernieuwbare energiesystemen zijn locatiespecifiek:het beste systeem hangt af van de bronnen van een locatie (is het winderig?), het temporele patroon (hoe vaak is het niet winderig?) en de beschikbaarheid van complementaire bronnen (is er waterkracht voor back-up?). Ondanks deze locatiegevoeligheid, studies op verschillende plaatsen vinden vergelijkbare resultaten.

Het hebben van een diversiteit aan hernieuwbare bronnen kan de kosten verlagen. Vooral, zon en wind zijn complementair als het zonnige seizoen niet het winderige seizoen is; modellen vinden dat een combinatie van beide doorgaans minder duur is dan elk afzonderlijk.

Voor de meeste technologieën grotere schaal vermindert de kosten. Bijvoorbeeld, in de Verenigde Staten, grootschalige zonneparken kunnen meer dan 1 zijn 000 keer groter dan residentiële daksystemen en ongeveer de helft van de kosten. Om de kosten te minimaliseren, wij bouwen grote systemen.

Omdat zonne- en windomstandigheden in het landschap variëren, systeemkosten dalen naarmate een productiegebied groeit, er moet dus een robuust elektriciteitsnet zijn om elektriciteit te verplaatsen van plaatsen waar er aanbod is naar plaatsen van vraag. We hebben ook meer elektriciteit nodig voor toepassingen zoals transport die momenteel fossiele brandstoffen gebruiken. Dit betekent dat het net moet groeien.

Studies tonen aan dat het runnen van een elektriciteitsnet met variabele hernieuwbare energie ook het niet gebruiken, of dumpen, soms wat energie een strategie die de kosten verlaagt in vergelijking met het altijd opslaan van overtollige energie.

Nog altijd, er is een vorm van elektriciteitsopslag nodig. Batterijen werken goed voor het afvlakken van kortetermijnfluctuaties, maar voor het opslaan van energie voor vele uren of dagen, gepompte hydro-elektrische opslag is minder duur. Gepompte waterkracht gebruikt eventuele extra energie in het net om water bergopwaarts te pompen, en wanneer energie nodig is, het water loopt terug naar beneden om stroom op te wekken in een turbine. De Verenigde Staten heeft enkele bestaande voorbeelden en veel haalbare locaties. Met netuitbreiding, opslag kan zich op afstand van gebruikers bevinden.

Waterkracht en biomassa zijn op aanvraag beschikbaar, dus het hebben van deze in een hernieuwbaar elektriciteitsnet vermindert de behoefte aan energieopslag en verlaagt de kosten. Beide hebben milieueffecten die moeten worden beheerd.

Waterkracht kan lokale ecosystemen veranderen. Bij het verbranden van biomassa komt koolstofdioxide vrij, maar een onderzoek waaraan ik heb gewerkt, toont aan dat de uitstoot van biomassa omkeerbaar is en duidelijk de voorkeur heeft boven de uitstoot van fossiele brandstoffen. Duurzaamheid hangt ook in grote mate af van het beheer van biomassavelden en bossen; het menselijke trackrecord op dit gebied is niet geweldig geweest.

Duurzame energiesystemen hebben land nodig. Uit een Amerikaans onderzoek blijkt dat het leveren van alle elektriciteit uit wind, water en zonne-energie zouden 0,42% van het landoppervlak nodig hebben, plus 1,6% van het landoppervlak voor ruimte tussen windturbines. Biomassa-energie vereist veel meer land dan wind of zon, dus biomassa moet een klein onderdeel zijn van de oplossing voor hernieuwbare energie.

Echte barrières zijn politiek en cultureel

Een toekomstig duurzaam elektriciteitsnet met bijbehorende elektrificatie kan de energiekosten al dan niet verlagen. Maar de ergste effecten van klimaatverandering vermijden, betekent stoppen met fossiele brandstoffen, of dit geld bespaart. Nog altijd, de duurzame transitie zal sneller en politiek gemakkelijker zijn als het minder duur is.

op Mauritius, onze studie vindt dat de kosten van hernieuwbare elektriciteit vergelijkbaar zijn met de huidige kosten daar, gebaseerd op de huidige kapitaalkosten voor hernieuwbare energie. Sommige studies vinden ook dat de kosten voor toekomstige hernieuwbare elektriciteit lager zijn dan de huidige kosten van fossiele brandstoffen, in het waarschijnlijke geval dat de kosten dalen naarmate we meer hernieuwbare energiesystemen bouwen en er beter in worden.

En dat is het, vanuit een technisch perspectief. Een combinatie van hernieuwbare bronnen en energieopslag - de specifieke combinatie die afhangt van de lokale omstandigheden en voorkeuren - kan alle benodigde elektriciteit leveren tegen een betaalbare prijs, en zal luchtvervuiling verminderen om op te starten.

Maar om over te gaan op duurzame energie is overheidsbeleid nodig. Klimaatverandering is een externe kost – gedragen door de samenleving in plaats van door energieproducenten – dus de marktwerking alleen zal de transitie niet maken. Naast het zetten van een prijs op koolstof (misschien met dividenden die aan het publiek worden teruggegeven), overheid zou het gemakkelijker kunnen maken om de benodigde infrastructuur te bouwen. En er is publieke steun nodig:bijvoorbeeld publieke acceptatie van transmissielijnen om elektriciteit van de winderige Great Plains naar stadscentra te verplaatsen, is een andere uitdaging voor een volledig hernieuwbaar netwerk.

Een project op de schaal van het transformeren van het energiesysteem zal banen creëren - veel banen - wat misschien wel de economische maatstaf is die het belangrijkst is voor de burgerij.

Uit onderzoek van mij en anderen blijkt dat volledig hernieuwbare elektriciteitsnetten haalbaar zijn met de huidige technologie tegen de huidige prijzen; belemmeringen voor het gebruik van hernieuwbare elektriciteit zijn meer politiek en cultureel dan technologisch of economisch.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.