Eine 32-Megawatt-Solarfarm in Long Island, New York, ein Schritt auf dem Weg zu einer kohlenstoffarmen Energieinfrastruktur. brookhavenlab / Flickr, CC BY-NC

Jede langfristige Lösung wird eine "Dekarbonisierung" der Welt-Energiewirtschaft erfordern - das heißt eine Umstellung auf Stromquellen, die wenig oder keinen fossilen Brennstoff verbrauchen.

Wie schnell kann das passieren und was können wir tun, um diese Verschiebung zu beschleunigen?

Ein Blick auf die Geschichte anderer Infrastrukturen bietet einige Hinweise.

Energieinfrastrukturen

Dekarbonisierung ist ein Infrastrukturproblem, das größte Menschheit je erlebt hat. Es handelt sich nicht nur die Energieproduktion, sondern auch den Transport, Beleuchtung, Heizung, Kühlung, Kochen und andere grundlegende Systeme und Dienstleistungen. Die globale fossilen Brennstoffen Infrastruktur umfasst nicht nur Öl- und Gasquellen, Kohlengruben, riesige Öltanker, Pipelines und Raffinerien, sondern auch Millionen von Autos, Tankstellen, Tankwagen, Lagerhallen, Kraftwerke, Kohlezüge, Heizungen, Öfen und Öfen.

Der Gesamtwert all dieser Infrastruktur ist in der Größenordnung von US $ 10 Billionenoder fast zwei Drittel des US-Bruttoinlandsprodukts. Nichts, das so groß und teuer ist, wird in einem Jahr oder sogar in einigen Jahren ersetzt. Es wird Jahrzehnte dauern.

Dennoch gibt es eine gute Nachricht in der Tatsache, dass sich die gesamte Infrastruktur abnutzt. EIN 2010 Studie gefragt: Was wäre, wenn die gegenwärtige Energieinfrastruktur einfach ihr nützliches Leben leben könnte, ohne ersetzt zu werden?

Die überraschende Antwort: wenn jeder abgenutzten Kohlekraftwerk wurden für Solar-, Wind- oder Wasserkraft ausgetauscht, und jeder tote gasbetriebenen Auto mit einem elektrischen ersetzt, und so weiter, könnten wir bleiben nur innerhalb unserer planetarischen Grenzen.

Laut der Studie, mit der bestehenden Infrastruktur, bis es auseinander fällt würde uns vorbei an der 2 Grad Celsius Erderwärmung nicht drängen, die viele Wissenschaftler als Obergrenze des zulässigen Klimawandels sehen.

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

Start zum Aufbau: Eine Zeitleiste im 30-100-Jahr

Historiker Infrastruktur Ich beobachte ein typisches Muster. Einer langsameren Innovationsphase folgt eine "Take-Off" -Phase, während der neue technische Systeme in einer ganzen Region schnell aufgebaut und übernommen werden, bis sich die Infrastruktur am "Ausbau" stabilisiert.

Dieses zeitliche Muster ist in allen Arten von Infrastruktur überraschend ähnlich. In den Vereinigten Staaten die Startphase von Kanälen, Eisenbahnen, Telegraphen, Ölpipelines und befestigten Straßen dauerte 30-100 Jahre. Die Startphasen Radio, Telefon, Fernsehen und Internet jeweils dauerte 30-50 Jahre.

Die Geschichte der Infrastruktur legt nahe, dass "take-off" im Bereich der erneuerbaren Stromproduktion bereits sehr schnell jetzt begonnen und wird bewegen, vor allem, wann und wo Regierungen unterstützen dieses Ziel.

Solar- und Windkraftanlagen entstehen derzeit schneller als jede andere elektrische Energiequelle, die an der weltweiten jährlichen Raten von 50% bzw. 18% von 2009-2014. Diese Quellen können huckepack auf bestehende Infrastruktur, Pumpstrom in Stromnetze (obwohl ihre intermittierende Stromproduktionsleiter erfordert ihre anzupassen Lastenausgleichstechniken). Aber Wind und Sonne kann auch Strom liefern "off-grid" zu den einzelnen Häusern, Bauernhöfen und entfernten Standorten, diese Quellen eine einzigartige Flexibilität.

Einige Länder, insbesondere Deutschland und China, haben große Anstrengungen im Bereich der erneuerbaren Energien unternommen.

Deutschland jetzt bekommt über 25% seiner elektrischen Energie aus erneuerbaren Energien, die dazu beitragen, den Gesamtausstoss an über 25% relativ zu 1990. China produziert bereits mehr Solarstrom als jedes andere Land mit einer installierten Basis von über 30 Gigawatt und plant, zu erreichen 43 Gigawatt bis Ende dieses Jahres. In Australien zwischen 2010 und 2015, Solar-Photovoltaik-Kapazität wuchs von 130 Megawatt bis 4.7 Gigawatt - Eine jährliche Wachstumsrate von 96%.

Kombiniert mit komplementären Technologien wie Elektroautos, effizienter LED-Beleuchtung und geothermischer Heizung und Kühlung könnte dieser Übergang uns näher an die CO2-Neutralität bringen.

Kann der 30-100-Jahresplan für die Infrastrukturentwicklung beschleunigt werden? Einige Indikatoren deuten darauf hin, dass die Antwort "ja" lauten könnte.

Erstens müssen im Fall von Elektrizität nur die Stromquellen ersetzt werden; Stromnetze - die Pole, Drähte und andere Geräte, die Strom transportieren - müssen anders verwaltet, aber nicht von Grund auf neu aufgebaut werden. Zweitens können weniger entwickelte Länder die Vorteile erneuerbarer Technologien nutzen, um fast vollständig über ältere Infrastrukturen hinweg zu "springen".

Ähnliches ist in der jüngsten Vergangenheit passiert. Seit 2000 haben z. B. Mobilfunknetze die meisten Entwicklungsländer erreicht - und gleichzeitig die langsame, kostspielige Verlegung von verwundbaren Festnetzanschlüssen vermieden, die viele solcher Orte jetzt nie außerhalb von Großstädten aufbauen werden.

Der Energieparallel treibt Gebäude, Farmen, informelle Siedlungen und andere Notstandspunkte mit tragbaren Solarmodulen und kleinen Windmühlen an, die fast überall installiert werden können, ohne dass dafür Fernleitungen erforderlich sind. Dies geschieht bereits überall in den Entwicklungsländern.

In der entwickelten Welt, wird der Übergang zu erneuerbaren Energien nehmen jedoch wahrscheinlich wesentlich länger.

In diesen Regionen unterstützen nicht nur Ausrüstung, sondern auch Fachwissen, Bildung, Finanzen, Recht, Lebensstile und andere soziokulturelle Systeme fossile Energieträger. Auch diese müssen sich dem Wandel anpassen.

Einige - insbesondere die riesigen Kohle-, Öl- und Erdgasindustrien - werden in einem solchen Übergang viel verlieren. Diese historischen Verpflichtungen erzeugen entschlossenen politischen Widerstand, wie wir heute in den Vereinigten Staaten sehen.

Tough Probleme, einschließlich Wettbewerb aus fossilen Brennstoffen

Die Energieinfrastruktur ist natürlich nicht die einzige Herausforderung. Tatsächlich ist die Dekarbonisierung mit enormen technischen Schwierigkeiten verbunden.

Isolier-Altbauten, den Kraftstoffverbrauch zu verbessern und die Installation effizienter elektrischer Getriebe sind bei weitem die kostengünstigste Möglichkeit, den CO2-Fußabdruck zu reduzieren, aber diese Menschen erregen die Menschen nicht und können nicht leicht zur Schau gestellt werden.

Derzeit und auf absehbare Zeit kann keine Energiequelle wirklich "Null-Kohlenstoff" sein, da mit fossilen Brennstoffen betriebene Geräte zum Abbau von Rohstoffen und zum Transport von Fertigprodukten verwendet werden, einschließlich erneuerbarer Stromsysteme wie Sonnenkollektoren oder Windturbinen.

Elektrizität ist eine wunderbar flexible Form der Energie, aber es bleibt ein Rätsel zu speichern; heutigen beste Batterietechnologien Lithium erfordern, ein relativ seltenes Element. Und trotz intensiver Forschung bleiben Batterien teuer, schwer und langsam wieder aufzuladen.

Seltene Erden - extrem seltene Elemente, die nur an wenigen Orten vorkommen - sind derzeit von entscheidender Bedeutung für Windkraftanlagen und andere erneuerbare Technologien berechtigte Sorgen über zukünftige Lieferungen.

Schließlich wird das Verbrennen von Öl, Kohle und Erdgas in vielen Fällen das einfachste und kostengünstigste Mittel zur Stromerzeugung bleiben.

Beispielsweise sind große Verkehrsträger wie der transkontinentale Schiffsverkehr, der Flugverkehr und Fernverkehr weiterhin nur schwer auf erneuerbare Energiequellen umzustellen. Biokraftstoffe bieten eine Möglichkeit, den CO2-Fußabdruck dieser Transportsysteme zu verringern, aber viele Pflanzen, die als Biokraftstoffrohstoffe angebaut werden, konkurrieren mit Nahrungspflanzen und / oder wildem Land.

Dennoch scheint das letztendliche Ziel, den gesamten Energiebedarf der Welt aus erneuerbaren Quellen zu decken, prinzipiell machbar. EIN wichtige neue Studie festgestellt, dass diese Bedürfnisse mit nur Wind, Wasser und Sonnenenergie, bei Verbraucherpreise nicht höher als die derzeitigen Energiesysteme leicht erfüllt werden konnten.

Infrastrukturen als soziale Verpflichtungen

Wo bleibt uns das alles im Vorfeld von Paris?

Eine beschleunigte Dekarbonisierung kann nicht allein durch technische Innovationen erreicht werden, da Infrastrukturen nicht nur technologische Systeme sind. Sie stellen komplexe Geflechte von sich gegenseitig verstärkenden finanziellen, sozialen und politischen Verpflichtungen dar, von denen jeder eine lange Geschichte und fest verwurzelte Verteidiger hat. Aus diesem Grund werden große Veränderungen erhebliche kulturelle Veränderungen und politischen Kampf erfordern.

Auf der kulturellen Seite könnte ein Slogan, der einen beschleunigten Wandel auslösen könnte, sein:Energie-Demokratie": Die Vorstellung, dass die Menschen ihre eigene Energie erzeugen können und sollen, in kleinen Maßstäben, zu Hause und anderswo.

Neue Bautechniken und die niedrigen Kosten von Sonnenkollektoren haben "Netto-Null" -Häuser (die so viel Energie produzieren, wie ihre Bewohner verbrauchen) in die finanzielle Reichweite gewöhnlicher Menschen gebracht. Dies sind eine Komponente des ehrgeizigen Deutschlands EnergiewendeOder des Landes Energiewende weg von fossilen Brennstoffen.

In der Geschichte der Infrastruktur hat sich die Startphase oft beschleunigt, als neue Technologien aus großen Unternehmens- und Regierungseinrichtungen zur Übernahme durch Einzelpersonen und kleinere Unternehmen ausgetreten sind. Elektrische Energie in der frühen 20th Jahrhundert und Internet-Nutzung in den 1990s sind Beispiele dafür.

In Queensland, Australien, generieren heute über 20% der Haushalte ihren eigenen Strom. Dieses Beispiel weist auf die Möglichkeit hin, dass an einigen Stellen bereits ein "Kippunkt" hin zu einer neuen sozialen Norm der Dachsolaranlage erreicht wurde. In der Tat, a aktuellen Studie festgestellt, dass der beste Indikator dafür, ob ein gegebener Hausbesitzer zu einem Haus Sonnenkollektoren ergänzt ist, ob bereits ein Nachbar sie hatte.

Teile eines Puzzles

Viele verschiedene politische Ansätze könnten dazu beitragen, sowohl Verbrauch zu senken und den Anteil erneuerbarer Energien am Energiemix zu erhöhen.

Bauvorschriften schrittweise angepasst werden kann verlangen, dass jeder Dach Energie erzeugen und / oder ratcheted zu LEED "green building" Standards. Eine schrittweise Erhöhung der Kohlenstoffsteuer oder des Cap-and-Trade-Systems (bereits vorhanden) in einigen Ländern) würde Innovation fördern, gleichzeitig den Verbrauch fossiler Brennstoffe verringern und die Nutzung erneuerbarer Energien fördern.

Zumindest in den Vereinigten Staaten, die Beseitigung der vielen Subventionen, die derzeit zu den fossilen Brennstoffen fließen kann sich als politisch leichter erweisen, als Kohlenstoff zu besteuern, aber ein ähnliches Preissignal senden.

Die Obama-Administration Clean Power-Plan Die Verringerung der Kohlenstoffemissionen aus Kohlekraftwerken ist die richtige Art der Politikänderung. Es wird schrittweise eingeführt, um Versorgungsunternehmen Zeit zu geben, sich anzupassen und noch im Entstehen begriffene CO2-Abscheidungs- und -Speichersysteme zu entwickeln. Die EPA schätzt, dass der Plan $ 20 Milliarden an Klimaschutzvorteilen sowie Gesundheitsvorteile von $ 14- $ 34 Milliarden generieren wird, während er viel weniger kostet.

Da Treibhausgase aus vielen Quellen stammen, einschließlich der Landwirtschaft, Tierhaltung, Kältemittel und Abholzung (um nur ein paar), gibt es noch viel mehr zu Dekarbonisierung der Weltwirtschaft als auf erneuerbare Energiequellen umzuwandeln.

Dieser Artikel wurde nur ein Stück von diesem sehr großen Puzzle angesprochen, sondern eine Infrastruktur Perspektive kann uns über diese Probleme auch denken helfen.

Die Infrastrukturgeschichte sagt uns, dass die Dekarbonisierung nicht annähernd so schnell vonstatten gehen wird, wie wir es gerne hätten. Aber es zeigt auch, dass es Möglichkeiten gibt, die Veränderung zu beschleunigen, und dass es Momentum-Momente gibt, in denen sehr schnell etwas passieren kann.

Wir können am Rande eines solchen Moment. Da die Klimaverhandlungen Paris entwickeln, suchen Sie nach Inspiration in den vielen nationalen Verpflichtungen uns darauf, diesen Prozess voranzutreiben.

Über den Autor

Paul N. Edwards, Professor für Information und Geschichte, Universität von Michigan. Er schreibt und lehrt über Wissens- und Informationsinfrastrukturen. Edwards ist der Autor von A Vast Machine: Computermodelle, Klimadaten und die Politik der globalen Erwärmung (MIT Press, 2010) und die geschlossene Welt: Computer und die Politik des Diskurses im Amerika des Kalten Krieges (MIT Press, 1996), und Mitherausgeber der Änderung der Atmosphäre: Expert Knowledge und Environmental Governance (MIT Press, 2001), sowie zahlreiche Artikel.

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

Verwandte Buch:

at InnerSelf Market und Amazon