Overheden en samenlevingen over de hele wereld worden geconfronteerd met een toenemende urgentie bij het reageren op klimaatverandering door de overgang naar een koolstofarm energiesysteem te versnellen, maar er blijven verschillende opvattingen bestaan ​​over de combinatie van energietechnologieën die dit doel het beste zal bereiken. Het identificeren van technologische paden wordt bemoeilijkt door grote onzekerheden in economische en technologische factoren.

Mort Webster en een team van Penn State-onderzoekers hebben een model ontwikkeld om de discussies over de energietransitie te herkaderen. Hun model toont de waarde aan van flexibele beleggingsstrategieën en dat er veel trajecten nodig zijn om de in de Overeenkomst van Parijs uiteengezette emissiereductiedoelstellingen te halen.

Webster hoopt dat hun bevindingen, gepubliceerd in Environmental Science &Technology , zullen beleidsaanbevelingen die voortkomen uit onderzoeksliteratuur omkeren waarin wordt opgeroepen om enge aannames aan te nemen die bepaalde technologieën begunstigen of beperken, terwijl zeer specifieke portfolio-aanbevelingen worden bevorderd. De reden is simpel:de toekomst is moeilijk te voorspellen.

"Er zijn veel geweldige analyses en simulaties, maar velen zeggen 'dit is het pad' en trekken een perfect voorspelbare lijn rechtstreeks naar het jaar 2050", zegt Webster, hoogleraar energietechniek aan Penn State's College of Earth and Mineral Wetenschappen. "Twee jaar geleden was aardgas echter $ 3 per gallon, en deze zomer ging het omhoog naar $ 9 in Californië. Niemand zag dat aankomen. Hoe kunnen we de kosten voorspellen of hoeveel brandstof we in 2049 zullen gebruiken?"

Webster merkte op dat planningsmodellen met gerichte mandaten en specifieke aanbevelingen goedbedoeld zijn, maar de onwil om met onzekerheid om te gaan, beperkt hun bruikbaarheid. Omgekeerd ziet Webster waarde in het behouden van opties en zelfs het uitstellen van sommige beslissingen, volgens een al lang bestaand wetenschappelijk concept dat bekend staat als optiewaarde.

Webster ziet voordelen in het opsplitsen van planningsmodellen in twee afzonderlijke investeringsstrategieën, korte termijn en lange termijn, als een meer veelbelovende manier om de uitdaging aan te gaan om bestaande elektriciteitsopwekkingscapaciteit voor nieuwe technologieën buiten gebruik te stellen. De flexibiliteit die wordt verkregen door simpelweg te erkennen dat we zekerder zijn van de omstandigheden op korte termijn dan die over tientallen jaren, helpt de selectieve benadering te vermijden die in de meeste academische en industriële literatuur wordt aangetroffen.

Het voorstel van het team is niet zonder uitdagingen. Veel strategieën voor de korte en lange termijn bieden tegenstrijdige aanbevelingen vanwege de enorme hoeveelheden kapitaalinvesteringen, tijd en infrastructuur die sommige technologieën nodig hebben. Voor Webster benadrukt dat echter gewoon het belang van het verbreden van het technologieportfolio met een focus op aanpassingsvermogen.

"We hoeven vandaag niet alles te doen, wat we over 30 jaar moeten doen. Laten we nu wat dingen doen en onszelf de mogelijkheid geven om van gedachten te veranderen, afhankelijk van hoe de dingen evolueren voordat we de rest van de investeringen doen," zei Webster.

Het team van Webster testte hun voorstel door hun model te simuleren met 2000 verschillende scenario's van toekomstige omstandigheden om de beste technologische paden te identificeren die de gemiddelde totale kosten voor alle futures minimaliseerden. Exploitatie en onderhoud, nieuwbouw, variabele brandstof- en niet-brandstofkosten van opwekking werden als kosten berekend. Om de haalbaarheid te garanderen, werden ook boetes voor onvervulde elektriciteitsvraag opgenomen.

De casestudy vergeleek investeringsopties in energietechnologieën zoals kernenergie, aardgas, zon, wind, geothermie en steenkool, met en zonder koolstofafvang. Uit de analyse bleek dat een klein aantal portefeuilletypen, waaronder wind, zon en aardgas met koolstofafvang, goed werkten voor een aanzienlijk aantal mogelijke toekomsten, terwijl andere combinaties in geen enkele toekomst concurrerend waren.

Het specifieke resultaat verraste het team niet. De analyse, die rekening houdt met onzekerheid, optiewaarde en technologiegroepen die goed presteren wanneer ze worden gecombineerd, toonde het beperkte nut aan van uitspraken dat een bepaalde technologie al dan niet kan bijdragen aan een koolstofarme toekomst of dat een toezegging moet worden gedaan aan een specifieke portefeuille op lange termijn. De modellen gaven ook aan dat beleid op korte termijn zich het komende decennium zou moeten richten op investeringen die vooruitgang boeken in de richting van decarbonisatieverplichtingen zonder opties voor aanvullende toekomstige investeringen uit te sluiten.

Webster, een faculteitslid van de John and Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering, zei dat de resultaten de collectieve benadering van de afdeling en het college volgen.

"In onze afdeling hebben we een systeembrede benadering en kijken we altijd over meerdere disciplines en bronnen heen", zegt Webster. "Wij zijn wetenschappers en ingenieurs die werken aan aardolie, steenkool, zonne-energie of energieopslag, maar in plaats van een bepaalde energiebron of technologie te promoten, zien we dat we allemaal samen een deel van de oplossing voor deze complexe uitdaging kunnen zijn."

Webster gelooft dat het herkaderen van het gesprek besluitvormers zal helpen scenariospecifieke plannen te omzeilen die vaak leiden tot onsamenhangende kortetermijnplannen of timide acties.

"Als we tegen 2050 een cumulatieve emissiereductie van 80% willen bereiken, moeten we onzekerheid omarmen en nu strategische stappen zetten die flexibel zijn, zodat we kunnen draaien naar welke kant de toekomst ons ook brengt", aldus Webster. + Verder verkennen

Op weg naar 100% schone elektriciteit:zes mogelijke strategieën om de laatste 10% te doorbreken