Energia este factorul cheie care conduce economia. Fără energie abundentă provenind din alte surse decât mușchii umani și animali, societatea așa cum o știm ar fi de neconceput. Este nevoie de energie pentru a alimenta toate tipurile de mașini și pentru sarcina vitală de a furniza sistemului industrial produsele minerale care îl fac să funcționeze. Energia este, de asemenea, fundamentală pentru sistemul de producție alimentară, care poate susține viața a miliarde de oameni doar pentru că face uz mare de energie provenind din surse agricole din afară.
Primul care a realizat importanța energiei pentru societatea modernă a fost probabil William Stanley Jevons, care a scris în lucrarea sa „Problema cărbunelui”: „Cărbunele într-adevăr nu se află alături, ci cu totul mai presus decât toate celelalte mărfuri. Este energia materială a țării – ajutorul universal – factorul a tot ceea ce facem. Datorită cărbunelui aproape orice este posibil sau ușor; fără el am fi aruncați înapoi în sărăcia lucie a timpurilor de altădată”.
Astăzi, putem înlocui termenul „combustibilii fosili” cu termenul „cărbune” în afirmația lui Jevons și obținem o bună descriere a situației noastre. Societatea noastră se bazează pe combustibili fosili și pentru mai multe scopuri- spre exemplu, pentru transport – nu există nicio sursă de energie comparabilă care ar putea alimenta infrastructurile existente. Fără combustibili fosili amfi într-adevăr aruncați înapoi în „sărăcia lucie” de pe vremuri.
Întrebarea pe care Jevons a pus-o în studiul lui 1866 a fost „cât poate cărbunele susține industria britanică?” Aceeași întrebare poate fi pusă azi cu privire la combustibilii fosili și la industria mondială. Răspunsul nu poate fi altul decât: „nu pentru totdeauna”, deoarece, pentru toate scopurile practice, cantitatea de combustibili fosili disponibilă pentru omenire este finită. Dar, precum Jevons a susținut în chestiunea cărbunelui, problema nu ține de epuizarea combustibililor fosili; ține de faptul că rămânem treptat fără resursele ieftine care au fost folosite pentru a construi sistemul nostru industrial.
Fără combustibili fosili am fi aruncați înapoi în „sărăcia lucie” de pe vremuri
Ca urmare, industria este forțată să extragă combustibili la costuri din ce în ce mai mari din depozite care sunt mai adânci, mai îndepărtate, mai puțin practice, și în general de o calitate mai scăzută. Ca urmare, trebuie să investim cantități tot mai mari de energie pentru a obține aceeași cantitate de energie ca și în vremurile de demult. Această problemă este în mod normal definit în funcție de un parametru numit „energia rezultată din energia investită” (EREI) care, pentru combustibilii fosili, scade în funcție de cantitățile extrase.
Rezultatul este creșterea generalizată a costurilor de energie în ultimul deceniu; o creștere care a întrerupt o tendință de scădere care a durat mai mult de un secol. În același timp, capacitatea Pământului de absorbție a substanțelor rezultate din arderea combustibililor fosili este limitată. În timp ce acest text este scris, concentrația de dioxid de carbon din atmosferă a ajuns la 400 ppm, o valoare nu a fost niciodată atinsă în ultimele câteva milioane de ani.
Este greu să te gândești la o provocare mai mare decât crearea unei societăți care poate funcționa fără combustibili fosili
În plus față de încălzirea atmosferei generate de efectul de seră, există mai multe consecințe negative ale creșterii concentrației de CO2: acidificarea oceanelor, creșterea nivelului mării, fenomene meteorologice extreme, și multe altele. Probabil cel mai îngrijorător dintre aceste efecte este eliberarea în atmosferă a unui gaz cu efect de seră și mai puternic: metanul prins în pământurile din Nord acoperite permanent de gheață și în hidrații aflați la mare adâncime în mare. Acest eveniment ar putea apoi să accelereze și mai mult tendințele negative, cu efecte cu adevărat catastrofale. În prezent, nu putem determina dacă încălzirea sau epuizarea este cea mai importantă problemă cu care ne confruntăm, dar știm că ambele sunt cauzate de dependența de combustibilii fosili.
Ca urmare, este imperativ de a reduce, și în cele din urmă a elimina, această dependență înainte de a fi prea târziu. Având în vedere situația, Este greu să te gândești la o provocare mai mare pentru omenire decât crearea unei societăți care poate funcționa fără combustibili fosili și în același timp capabilă să-și mențină un nivel de prosperitate și de complexitate comparabil cu cel actual – și crearea ei într-un timp relativ scurt. Cum vom face față acestei provocări? Orice am decide să facem, tranziția este deja în curs de desfășurare.
Tranziția energetică în curs de desfășurare
Principalele tendințe în curs de desfășurare enumerate sunt:
– Producția mondială de petrol a fost practic statică în ultimii ani. Unele zone sunt într-un declin ireversibil de producție (de exemplu, Marea Nordului), în timp ce altele, în special zonele continentale ale SUA, au parte de o adevărată renaștere în producția de țiței ca urmare a exploatării petrolului de șist. În ciuda tendinței statice a producției, modelul de distribuție se schimbă datorită țărilor emergente cum ar fi China, care își extind rapid consumul. Producția de gaze naturale este în creștere la nivel mondial, în special în anumite regiuni ale lumii în care se exploatează așa-numitele rezerve de „tight gas”. Producția de cărbune este în creștere rapidă într-o tendință care nu este de așteptat să încetinească în curând. În general, producția de energie din combustibili fosili pare a fi încă în măsură să crească, deși prețurile ridicate de pe piață sunt un indiciu clar că este nevoie de mai mult efort pentru a menține chiar și rate de creștere care sunt mici în comparație cu tendințele din trecut.
– Producția de minerale la nivel mondial este în general statică pentru cele mai mărfuri minerale, unele sunt în creștere lentă, altele sunt în scădere. Industria minieră se confruntă cu problema diminuării claselor de minereu pentru cele mai multe minerale iar de aici rezultă o nevoie de mai multă energie pentru a menține același nivel de producție. Mai multe strategii sunt urmărite cu scopul de a contracara epuizarea minereurilor, precum reciclarea, minerit din adâncul mărilor, și altele. Totuși, toate aceste strategii au nevoie de cantități mari de energie. Combinarea acestor probleme provoacă o creștere generală a costului tuturor minereurilor.
– Agricultura se confruntă cu o problemă energetică. Producția de produse alimentare și textile este foarte dependentă de combustibilii fosili pentru alimentarea mașinilor agricole, pentru furnizarea de îngrășăminte, pesticide, și pentru irigare. Până în prezent, producția de alimente nu prezintă semne evidente de declin. Cu toate acestea, prețurile în creștere ale combustibililor fosili se reflectă în prețuri mai mari pentru toate produsele agricole, un fenomen care indică faptul că problema există și că este în creștere.
– Energia nucleară se confruntă cu dificultăți considerabile. În ultimul deceniu a avut loc o renaștere minoră a construcției de noi centrale, deși încă în număr insuficient pentru a înlocui instalațiile vechi. Tendința, oricum, a fost întreruptă de accidentul de la Fukushima din 2011. În prezent, producția de energie nucleară la nivel mondial este în scădere. Există, de asemenea griji cu privire la capacitatea industriei miniere de a produce suficient uraniu în cazul în care numărul de centrale din întreaga lume ar crește în mod semnificativ peste nivelul actual.
– Energia regenerabilă are parte de o creștere cu adevărat explozivă la nivel mondial, în special cu difuzarea de „noi energii regenerabile” sub forma fotovoltaicelor și a energiei eoliene. Energia produsă de noile energii regenerabile reprezintă deocamdată o mică parte din totalul producției de energie primară mondial, dar a crescut cu rate impresionante care, până în prezent, nu prezintă nici un semn de încetinire. Aceste surse pot produce acum energie electrică la prețuri care sunt aproape competitive cu cele ale combustibililor fosili și au atins un nivel de EREI care poate fi considerat acceptabil, chiar dacă nu pe picior de egalitate cu cel pe care combustibilii fosili l-au avut la momentul lor de răspândire rapidă.
– Vedem o tendință evidentă spre o mai mare eficiență atât în producție cât și în utilizări finale de energie. Este o tendință evidentă mai ales în sectorul rezidențial, cu clădiri care reduc consumul de energie prin intermediul unei mai bune izolări, încălzirii solare pasive, iluminatului de înaltă eficiență și altele. Este de asemenea evidentă în sectorul de transport odată cu răspândirea autovehiculelor hibride și electrice, precum și în încercările de a îmbunătăți transportul public prin reducerea distanței parcursă de bunuri și persoane.
Eliminarea treptată a combustibililor fosili
Este clar din datele disponibile că o „tranziție energetică” este în curs de desfășurare: ne confruntăm cu vremuri în care este din ce în ce mai dificil să menținem sistemul actual bazat pe combustibili fosili. Efectele combinate ale epuizare și schimbărilor climatice împing omenirea în direcția înlocuirii combustibililor fosili cu forme de energie mai curate și mai abundente, dar sarcina nu este una ușoară. Tehnologiile pentru regenerabile ar putea înlocui combustibilii fosili dacă ne uităm la tranziție măcar în ceea ce privește cantitățile de energie care poate fi produsă teoretic. Energia solară este în cele din urmă limitată de radiația solară și cantitatea lansată pe suprafața Pământului este foarte mare în comparație cu energia primară produsă de omenire.
Pentru a înlocui combustibilii fosili cu energie regenerabilă avem nevoie de o suprafață egală cu suprafața ocupată de construcțiile făcute de om
Într-adevăr, s-a estimat că suprafața de teren necesară pentru înlocuirea completă a combustibililor fosili cu un mix de energie din surse regenerabile în ceea ce privește în special energia eoliană și solară ar fi de ordinul a 0,5% din totalul suprafeței uscatului, care este de același ordin de magnitudine cu suprafața ocupată de structurile construite de om. Tehnologii regenerabile actuale de asemenea nu vor folosi resurse minerale, a căror ofertă este susceptibilă de a scădea în viitorul apropiat.
Prin comparație, tehnologiile actuale comerciale de producere a energiei nucleare se confruntă cu obstacole mult mai dificile în ceea ce privește disponibilitatea combustibilului și managementul general. Cu toate acestea, demonstrația teoretică de fezabilitate a trecerii la energie regenerabilă nu înseamnă că tranziția se poate face suficient de rapid pentru a înlocui combustibilii fosili înainte ca al lor cost să devină prea mare pentru a mai permite utilizarea lor generalizată sau înainte ca daunele cauzate de schimbările climatice să devină cu adevărat catastrofale.
În centrul problemei se află faptul că, astăzi, nicio tehnologie pentru energie „alternativă” există nu poate concura cu combustibilii fosili în ceea ce privește combinarea unei serie de caracteristici care sunt percepute ca fiind fundamentale pentru sistemul nostru energetic. Acestea sunt flexibilitate, costuri mici, siguranță, ușor de transportat, densitate mare de energie încapsulată, și EREI mare. Este sigur că noile energii regenerabile nu suferă de enorme „costurile externe” precum combustibilii fosili în ceea ce privește degradarea mediului, dar sistemul economic actual nu este orientat în de a lua aceste costuri în considerare.
Noile energii regenerabile, eolian și fotovoltaic, produc energie electrică și au producții variabile. Prin urmare, aceste tehnologii nu sunt adaptate cu ușurință într-un sistem energetic construit pe baza capacității combustibililor fosili de a produce „la cerere” și pe baza combustibililor lichizi pentru transport. Alte tehnologii de energie regenerabilă nu suferă de intermitență, dar totuși au neajunsurile lor. Biocarburanții au un EREI scăzut și există preocupări cu privire la impactul lor asupra mediului și asupra agriculturii mondiale.
Energia solară se afirmă a fi în măsură să producă la cerere, cel puțin în parte, dar tehnologia este încă în fază incipientă de răspândire. Energia geotermală și cea hidroelectrică sunt ambele în măsură să producă în mod continuu sau la cerere, dar pot fi exploatate doar într-un număr limitat de locuri. Alte forme de energie cum ar fi fuziunea nucleară, energie eoliană de mare altitudine, sisteme geotermale îmbunătățite, energie solară din celule plasate în spațiu și altele arată promițător în multe privințe, dar nici una dintre aceste tehnologii nu a ajuns în etapa de producție industrializată până acum, iar unele sunt încă în stadiul de posibilități teoretice.
În final, există tehnologii de stocare a energiei care pot fi folosite pentru a adapta contribuția variabilă a surselor regenerabile la infrastructura existentă, de la baterii electrochimice la hidrogen obținut prin electroliza apei. Toate aceste metode propuse, cu toate acestea, prezintă costuri suplimentar care, până în prezent, au împiedicat stocarea energiei (cu excepția bazinelor hidro-electrice), să devină o parte integrantă a rețelelor electrice din întreaga lume.
Rolul Științei și Tehnologiei pentru generarea unei tranziții line
În mod evident, glonul magic care permite omenirii să scape de dependența de combustibilii fosili nu a fost găsit și nu pare probabil că va fi găsită în curând, dacă vreodată. Cu toate acestea, nu sunt neapărat condamnați să revenim la „sărăcia lucie” de pe vremuri, cum Jevons a presupus cu mult timp în urmă. Energiile regenerabile sunt o tehnologie în creștere care dețin promisiunea de a fi capabile să genereze cantități de energie comparabile, și chiar superioare, celor pe care le producem în prezent cu ajutorul combustibilor fosili. În același timp, este posibil să construim cel puțin unele forme de transport pe baza energiei electrice, în special datorită dezvoltării recentă de baterii noi și mai eficiente.
Problema nu este atât de mult una tehnologică. Mai mult constă în faptul că infrastructura societății noastre nu este adaptată la aceste noi forme de energie. Adaptarea rețelei electrice la intrări variabile este posibilă prin conceptul „smart grid”, dar necesită un efort major. În același timp, dacă întregul sistem energetic va fi adaptat la o proporție mai mare de energie electrică, de exemplu, pentru alimentarea vehiculelor electrice, rețeaua ar trebui dezvoltată, ceea ce este tot un cost major. Deci, tranziția este în curs de desfășurare dar se dovedește a fi dificilă, complexă și costisitoare. Dacă vrem să se mișcăm în această direcție, trebuie să acceptăm că resurse substanțiale trebuie să fie alocate pentru această sarcina și asta nu se poate face fără sacrificii.
Eficiența nu poate rezolva de una singură problema epuizării resurselor
Ce rol are deci știința în această tranziție? În mod tradițional, oamenii de știință au fost solicitați să studieze și să dezvolte noi și îmbunătățite de tehnologii energetice: metode mai bune de conversie solară, sisteme mai bune de stocare a energiei, modalități mai eficiente de utilizare a energiei, și altele asemenea. Acestea sunt toate strategii valide, dar trebuie să facem mai mult, având în vedere caracterul urgent al tranziției. Avem nevoie să evaluăm noile tehnologii în ceea ce privește eficiența lor (folosind factori, cum ar fi EREI, Evaluarea ciclului de viață) și impactul lor asupra mediului și asupra altor activități economice. Apoi, avem nevoie să dezvoltăm strategii pentru a optimiza beneficiile lor și pentru a minimiza efectele lor negative.
Tranziția energetică este în primul rând o problemă sistemică, în sensul că noile tehnologii se dezvoltă într-un sistem energetic existent și care forțează schimbarea și adaptarea atât la nivelul sistemului cât și a noilor tehnologii. Adaptarea ia multe forme, una este eficiența mai mare în utilizările finale ale energiei. Cu toate acestea, trebuie să ne amintim că deja în 1866, William Stanley Jevons a remarcat în lucrarea sa „Problema cărbunelui” că eficiența nu poate rezolva de una singură problema epuizării resurselor.
Tranziția energetică este și o problemă economică
Ideile lui Jevons pe această temă au fost numite un” paradox „, dar nu este nimic paradoxal în faptul că o resursă pe care o persoană decide să nu (sau nu o poate) o folosească va fi folosită de către altcineva. Într-adevăr, aceasta este o problemă tipică de sistem care arată clar de îndată ce examinezi sistemul în funcție de dinamica sa. Apoi, tranziția energetică este, de asemenea, o problemă economică, din moment ce sistemul financiar actual tinde să privească numai spre profitul imediat, neluând în considerare avantajele pe termen mediu si lung.
Deci, avem o problemă de politici publice, în sensul că trebuie să alocăm resurse economice pentru tranziție și să luăm în considerare și transformările sociale pe care le va provoca și nu putem neglija necesitatea unui acces echitabil la energie pentru toată lumea. Avem nevoie să construim modele bune, care ne pot spune către ce ne îndreptăm și ce măsuri trebuie luate în continuare. Acest lucru este posibil, și a fost arătat în trecut în studiul „Limitele Creșterii”, studiu care a fost prima încercare de modelare a lumii.
Nu suntem orbi cu privire la viitor, dar trebuie să deschidem ochii pentru a-l vedea. Dacă putem gestiona tranziția energetică luând în considerare factorii tehnologici, economici și sistemice, atunci vom fi capabili să eliminăm combustibilii fosili și fără gloanțe magice și să ajungem la un viitor mai bun, mai curat și mai echitabil.
Frontiers in Energy Research