Cele mai mari provocari energetice cu care se confrunta omenirea

Cele mai mari provocari energetice cu care se confrunta omenirea

Obtinerea puterii oamenilor acolo unde si cand este nevoie ar putea rescrie regulamentul geopolitic

In fiecare zi, specia noastra isi mesteca drumul prin peste un milion de terajoule de energie. Acest lucru este aproximativ echivalent cu ceea ce am folosi daca toti 7,5 miliarde dintre noi ar fi fiert 70 de fierbatoare de apa pe ora non-stop. Sau de 3.000 de ori mai mare decat productia zilnica a centralei nucleare Palo Verde din Arizona – una dintre cele mai mari din lume – care functioneaza la capacitate maxima.

Odata cu umflarea populatiei globale si industrializarea in crestere in tarile in curs de dezvoltare, foamea de energie a umanitatii a atins niveluri fara precedent. Mai mult de jumatate din energia noastra provine din combustibili fosili extrasati din adancul scoartei terestre. Se estimeaza ca, de cand a inceput forajul comercial pe petrol in anii 1850, am aspirat mai mult de 135 de miliarde de tone de titei pentru a ne conduce masinile, pentru a ne alimenta centralele electrice si pentru a ne incalzi casele. Aceasta cifra creste in fiecare zi.

Dar gazul nostru care a bajbait in ultimele doua secole a avut un impact potential devastator pe planeta. Arderea carbunelui, a petrolului si a gazelor a fost indisolubil legata de cresterea nivelului de gaze cu efect de sera in atmosfera Pamantului si este un factor important al schimbarilor climatice. Oamenii de stiinta ai lumii sunt de acord ca suntem pe o cale spre dezastru, care poate fi oprita doar prin intarcarea de la noi din obisnuinta noastra cu combustibili fosili. Dar asta ne lasa cu o problema. Cum ne asiguram ca luminile raman aprinse?

Industria energetica se confrunta cu decenii de transformare si exista mari probleme politice, economice si sociale in joc (Credit: Getty Images)

„Industria energetica se confrunta cu decenii de transformare”, potrivit unui raport recent al Consiliului Mondial al Energiei. Cu toate acestea, implicatiile schimbarilor in curs merg mult mai adanc. Exista probleme politice, economice si sociale in joc, dar poate fi necesar ca fiecare dintre noi sa faca si unele schimbari fundamentale in comportamentul nostru.

Nu poate exista nicio indoiala ca implementarea unei schimbari de unde ne obtinem energia este una dintre marile provocari cu care se confrunta planeta noastra astazi. BBC Future Now a vorbit cu un grup de experti despre obstacolele pe care trebuie sa le depasim acum si unde tehnologia poate oferi un raspuns.

Poate ca cea mai mare problema ridicata de oamenii de stiinta, experti in politici si companii cu care am vorbit este cum sa facem fata cresterii imediate a cererii de energie asteptata in deceniile urmatoare.

„Exista inca multi oameni in intreaga lume – aproximativ 1,2 miliarde – care nu au acces la serviciile energetice moderne”, explica Jim Watson, directorul Centrului de Cercetare Energetica din Marea Britanie. „Va exista o mare crestere a cererii din regiuni precum Asia, America Latina si parti din Africa.”

Exista inca aproximativ trei miliarde de oameni in intreaga lume care gatesc si isi incalzesc casele folosind sobe simple sau focuri deschise care ard lemne, balega de animale sau carbune. Pe masura ce natiunile in curs de dezvoltare devin mai industrializate, vor avea nevoie de acces la surse de electricitate fiabile.

Array

In tarile in care dezvoltarea este deja in desfasurare, consumul de energie va creste, deoarece cresterea bogatiei duce la o umflare a clasei de mijloc si la capcanele stilului de viata pe care le aduce.

„La nivel global, cea mai mare provocare pentru energie va fi racirea”, spune Martin Freer, directorul Institutului Energetic din Birmingham de la Universitatea din Birmingham. „Odata cu cresterea clasei de mijloc din India si China, va exista o cerere asociata de aer conditionat. Grupul interguvernamental al ONU privind schimbarile climatice sugereaza ca pana la mijlocul secolului actual, cererea de racire va depasi cererea de incalzire. ” Intr-adevar, se estimeaza ca pana in 2040, consumul mondial de energie va creste cu aproape 50%.

Dar, confruntandu-ne cu acordurile globale de reducere a cantitatii de dioxid de carbon care este eliberat in atmosfera, cum vom raspunde acestei cereri in crestere fara a ne condamna calotele de gheata si a ineca regiunile joase de sub cresterea nivelului marii?

Intr-adevar, imaginea poate sa nu fie atat de sumbra pe cat ar putea fi. Aproximativ o cincime din aprovizionarea cu energie primara a lumii provine deja din surse regenerabile precum eoliana, solara, hidro si geotermala. Se preconizeaza ca acest sector va continua sa creasca cu 2,6% in fiecare an pana in 2040.

Pana de curand, principala sursa de energie regenerabila a fost energia hidroelectrica, iar eoliana a fost cea mai rapida crestere. Dar noile progrese in tehnologia panourilor solare, care le permit sa genereze energie chiar si in conditii de acoperire, au inregistrat o crestere a cantitatii de energie produsa folosind soarele.

In Marea Britanie, de exemplu, peste 12 GW de energie solara au fost adaugate la reteaua electrica in ultimele 12 luni – echivalentul unei intregi centrale electrice pe carbune. La nivel mondial, cantitatea de productie a energiei solare a crescut cu 50% anul trecut. Cercetatorii din multe tari lucreaza la noi celule fotovoltaice care pot fi tiparite pe foi flexibile, ceea ce ar putea reduce si mai mult costurile energiei solare.

De cand a inceput forarea comerciala a petrolului, am aspirat peste 135 de miliarde de tone de titei pentru a ne conduce masinile, pentru a alimenta centralele electrice si pentru a ne incalzi casele (Credit: Getty Images)

Cu toate acestea, conectarea acestor noi producatori de energie la retelele existente nu va fi simpla. „Una dintre marile provocari ale implementarii acestor surse regenerabile intermitente, cum ar fi eoliana si solara, este impactul pe care l-ar putea avea asupra sistemului”, spune Watson. In multe tari occidentale, retelele care transporta alimentarea cu energie electrica in casele si birourile noastre sunt vechi de zeci de ani, concepute pentru a face fata unei generari constante de energie de incredere. Energia eoliana si solara depind in mare masura de vreme – si de momentul zilei, in cazul solare – ceea ce inseamna ca nu produc neaparat cea mai mare parte a energiei electrice in momentele in care exista varfuri ale cererii.

„Inainte, vara era o perioada foarte linistita pentru operatorul de retea in comparatie cu iarna”, explica Watson. „Acum, acestea au acest varf in generatie vara datorita energiei solare, atunci cand cererea este scazuta. Ei trebuie sa jongleze cu acest lucru, deoarece inca nu putem stoca electricitate in cantitati mari. Acesta este un nou mod de operare pentru ei.

Majoritatea tarilor abordeaza acest lucru prin mentinerea in rezerva a unor surse mai fiabile de producere a energiei. Aceasta inseamna ca exista centrale nucleare, cu gaz si chiar cu carbune care stau inactiv sau functioneaza la un nivel scazut, dar gata sa-si intensifice productia in cazul in care vantul va cadea sau cand soarele scade sub orizont.

Potrivit lui Robert Armstrong, directorul Massachusetts Institute of Technology Energy Initiative, acest lucru pune limite asupra cantitatii de energie regenerabila pe care o puteti folosi practic. Modelele lui Armstrong sugereaza ca, fara stocarea energiei, doar aproximativ 10% din puterea noastra ar putea proveni din energie solara. „Motivul este ca energia solara se concentreaza in jurul pranzului, asa ca aveti nevoie de generatie care sa corespunda cererii seara si dimineata. Exista probleme legate de cine construieste acest lucru si cine plateste pentru asta. ”

O solutie la acest lucru este de a creste retelele care distribuie energia electrica – sa creeze asa-numitele „superretele”. Ideea de baza este ca, daca energia este impartita intr-o zona mai larga, exista mai multe sanse ca soarele sa straluceasca sau sa sufle vantul intr-o parte a retelei de alimentare, daca nu alta.

Aceste scheme au in vedere conectarea retelelor energetice ale mai multor tari, astfel incat electricitatea sa poata fi impartita intre natiuni. Propunerile pentru o super-retea europeana si una in Statele Unite au fost discutate de zeci de ani. Mai recent, au existat chiar apeluri pentru o retea energetica globala – o idee care a primit sprijinul retelei de stat chineze, care a infiintat Organizatia Globala de Dezvoltare si Cooperare a Interconectarii Energetice.

Exista deja cateva miscari in aceasta directie. Marea Britanie construieste noi conexiuni subacvatice la retelele energetice din Franta, Belgia, Danemarca, Irlanda si Norvegia, cu o capacitate de import sau export de pana la 11GW de energie electrica. Exista, de asemenea, miscari catre construirea unei superretele asiatice care va conecta Japonia, Rusia, China, Mongolia si Coreea de Sud.

Un avantaj major pe care il au combustibilii fosili fata de sursele regenerabile de energie – sunt foarte usor de depozitat si transportat (credit: Getty Images)

„Transferul de energie electrica din regiunile care au cea mai mica nevoie de acestea catre cele care au cea mai mare nevoie ar ajuta la asigurarea unor beneficii economice substantiale”, spune Ksenia Letova, manager de proiect al Supergridului asiatic la Institutul Skoltech pentru Stiinta si Tehnologie din Rusia. „In tari precum Japonia si Coreea de Sud, sarcina sezoniera maxima scade vara din cauza utilizarii extinse a aerului conditionat. In Orientul indepartat rus si Siberia, aceasta este perioada cu cea mai mica cerere de energie electrica. ”

Utilizarea capacitatilor excesive ale tarilor vecine poate contribui la reducerea costurilor de construire a unor noi proiecte energetice. De exemplu, exista planuri de a dezvolta centrale eoliene si solare pe scara larga in desertul mongol Gobi si in regiunile nordice ale Chinei. Aceste regiuni sunt slab populate, insa permiterea exportarii excesului de energie produsa ar putea aduce venituri semnificative.

„Problema este costul construirii unei astfel de retele”, spune Janusz Bialek, directorul Centrului pentru Sisteme Energetice de la Institutul de Stiinta si Tehnologie Skoltech. Transmiterea energiei electrice pe distante mari poate fi ineficienta si multe tari vor trebui sa-si actualizeze liniile electrice pentru a face fata.

„Exista si consideratii politice”, spune Bialek. „Orice esec sau atac asupra unei retele globale ar putea avea consecinte foarte grave care ameninta securitatea aprovizionarii in multe tari.”

Este un punct important. Securitatea energetica este deja principala forta motrice in peisajul geopolitic. Tarile cu rezerve mari de petrol pot dicta in mare masura politica globala si natiuni precum Arabia Saudita si-au castigat aliati puternici precum Statele Unite ca urmare a aurului negru ingropat sub teritoriul lor.

Rusia si-a folosit, de asemenea, resursele de combustibili fosili pentru a-si flexa muschii in ultimii ani, oprind aprovizionarea cu gaze prin Ucraina si, asa, catre mai multe tari europene, in disputele privind preturile si datoriile. Aproape un sfert din gazele naturale consumate in Uniunea Europeana provin din Rusia.

Cu toate acestea, pe masura ce natiunile devin mai dependente de surse alternative de energie, ar putea vedea schimbarea acestor lupte traditionale de putere. Cei mai mari producatori de petrol din lume sunt Arabia Saudita, SUA si Rusia. In schimb, in ​​prezent, cei mai mari producatori de energie solara sunt China, Germania si Japonia, in timp ce SUA, China si Germania sunt liderii mondiali in domeniul energiei eoliene.

„Pe masura ce se dezvolta o noua tehnologie, aceasta va schimba geopolitica energiei”, spune Watson. „Va schimba relatiile”.

 Cu tari precum Marocul, care construiesc proiecte gigantice de ferma solara in vastele lor zone de desert, in speranta de a exporta aceasta vasta resursa in alte tari, ar putea duce la statele care anterior au fost pesti mici, jucand un rol mai mare pe scena globala. Daca Mongolia isi construieste rezervele uriase de energie eoliana si solara in Gobi, ar putea sa-si transforme pozitia in ochii lumii.

Cu toate acestea, nevoia de super-retele si acorduri de partajare a puterii intre tari ar fi diminuata daca se poate gasi o modalitate buna de stocare a energiei electrice. Dincolo de disponibilitatea si accesibilitatea lor pe scara larga, combustibilii fosili au un avantaj major fata de sursele regenerabile de energie – sunt foarte usor de depozitat si transportat.

In prezent, nu exista o modalitate usoara de a stoca electricitatea produsa de energia eoliana sau solara pentru perioade de timp apreciabile. Tehnologii precum condensatoarele si volantele pot furniza energie stocata timp de cateva minute sau ore. Insa retelele electrice trebuie sa fie reglate fin. Acestea functioneaza numai atunci cand cantitatea de energie introdusa este aceeasi cu cea extrasa. Oferta trebuie sa corespunda cererii.

Multi inca isi zgarie capul despre ce sa faca atunci cand soarele straluceste si bate vantul, dar cererea de energie electrica este scazuta. Barajele hidroelectrice pot oferi o parte din solutie. In Marea Britanie, excesul de energie electrica este utilizat pentru a pompa apa in partea de sus a acestor baraje din Scotia si Tara Galilor, unde este stocata ca energie potentiala. Cand este nevoie, apa este eliberata pentru a actiona turbinele.

Una dintre cele mai mari provocari este cum sa transportati electricitatea catre oameni acolo unde si cand este nevoie (Credit: Getty Images)

Cablurile instalate in prezent sub Marea Nordului vor permite, de asemenea, in curand, Regatului Unit sa acceseze cantitatile mari de stocare hidroelectrica din Norvegia. Surplusul de energie eoliana si solara va fi exportat in Norvegia pentru a fi stocat inainte de a fi cumparat inapoi atunci cand este necesar.

Dar construirea de noi diguri hidroelectrice este controversata si extrem de daunatoare pentru habitatele locale. A lasat cercetatorii sa caute o alta solutie. Unii se uita la construirea unor banci de baterii pentru a stoca aceasta energie, dar tehnologia bateriilor nu este inca suficient de buna pentru a stoca in mod eficient cantitati mari de energie.

„Cred ca solutia va veni sub forma de combustibil”, spune Armstrong. „Putem produce combustibil din excesul de energie solara sau eoliana, poate prin impartirea apei pentru a produce hidrogen si, eventual, luand o parte din acea energie in exces si reducand dioxidul de carbon pentru a se combina cu hidrogenul pentru a produce hidrocarburi sintetice.”

In prezent, exista o serie de proiecte la scara mica in intreaga lume care incearca doar acest lucru. Aberdeen, in Scotia, de exemplu, desfasoara cel mai mare proiect demonstrativ din lume de celule de combustibil cu hidrogen in autobuze. Energia regenerabila este utilizata pentru a genera hidrogen, care este utilizat pentru alimentarea a 10 autobuze publice din oras.

Acest lucru ar putea rezolva, de asemenea, o alta problema stringenta cu care se confrunta multe tari cu clima mai rece – cum sa ramai cald. „Una dintre marile provocari pe care le are tari precum Marea Britanie este cum puteti face incalzirea mai durabila”, adauga Watson. „Aceste tari inca folosesc combustibili fosili pentru incalzire. Este posibil sa aveti nevoie de spatiu de stocare care sa dureze cateva luni. Acesta este un domeniu care este cu adevarat pregatit pentru inovatie si suntem intr-adevar abia la inceputul implementarii si testarii solutiilor potentiale. ”

Majoritatea tarilor din nordul Europei, inclusiv Marea Britanie, folosesc gazul natural pentru a-si incalzi casele. Daca Marea Britanie ar trebui sa abandoneze gazul si sa utilizeze electricitatea pentru incalzire, ar necesita o crestere de patru sau cinci ori mai mare a capacitatii retelei de electricitate peste noapte, potrivit Julian Leslie, seful dezvoltarii retelei de energie electrica la National Grid din Marea Britanie. 

„Va fi extrem de scump”, spune el. „V-ati lupta pentru a obtine acordul de planificare pentru firele si generatia de care aveti nevoie. Exista un viitor foarte puternic pentru gaz si putem decarboniza mult gazul producand hidrogen sau biogaz pentru a fi injectat in reteaua de gaze. Trebuie sa exploram mai multe alternative la modul in care putem decarboniza gazul in continuare. ”

Biogazul si biocombustibilii sunt adesea vazuti ca una dintre cele mai viabile alternative la combustibilii fosili, companii precum BP investind sume uriase in dezvoltarea liniilor de productie. Cu toate acestea, arderea acestor combustibili nu va opri eliberarea de gaze cu efect de sera in atmosfera. Si odata cu extractia in plina expansiune a petrolului si gazului de sist in multe parti ale lumii, se pare ca ne vom baza pe combustibili fosili pentru ceva timp.

„Pana in 2050 vom primi in continuare 75% din energia noastra din combustibili fosili”, spune Armstrong. „O problema critica pentru noi va fi sa ne dam seama cum sa reducem emisiile de dioxid de carbon din acele surse de energie. Acest lucru va necesita stocarea si utilizarea captarii carbonului. Reducerea costurilor de captare a carbonului este probabil cea mai dificila parte din acest lucru, dar trebuie, de asemenea, sa ne dam seama cum sa-l stocam pentru perioade geologice de timp ”.

Captarea carbonului implica spalarea gazului de dioxid de carbon din vaporii care parasesc cosurile de fum. De obicei, aceasta implica substante chimice scumpe pentru a lega dioxidul de carbon si necesita reincarcarea centralelor electrice, astfel incat amestecul sa poata fi incalzit ca parte a procesului de spalare. Dar exista cateva noi abordari in curs de dezvoltare care utilizeaza ioni metalici, ceea ce evita necesitatea incalzirii amestecului chimic.

Companiile energetice ar putea intr-o zi sa ne controleze aparatele electrocasnice, pornindu-le atunci cand vremea este insorita (Credit: Getty Images)

Unii cred ca problemele cu care ne confruntam cu energia regenerabila pot fi depasite in moduri mai directe, cum ar fi o monitorizare mai atenta a consumului de energie al gospodariilor individuale. Pana in 2020, Uniunea Europeana isi propune ca 500 de milioane de contoare inteligente sa fie instalate in case pentru a monitoriza consumul de energie.

Informatii detaliate minut cu minut despre cerere ar trebui sa ajute companiile electrice sa gestioneze mai bine retelele. „Inteligenta artificiala va fi esentiala in analiza cantitatilor mari de date generate in jurul retelei electrice si in luarea deciziilor de control in timp real”, spune Valentin Robu, lector in retelele inteligente la Universitatea Heriot-Watt din Edinburgh, Scotia.

De asemenea, ar putea duce la unele schimbari fundamentale in modul in care consumam tehnologia. „Nu suntem atat de departe de mine, solicitandu-mi companiei mele de energie cel mai mic tarif posibil pe care il pot oferi si trimitandu-mi niste prize care se conecteaza la reteaua mea WiFi”, spune Leslie. „Va insemna ca nu mai aveti controlul asupra masinii de spalat vase sau a masinii de spalat.”

In schimb, va insemna ca companiile noastre energetice vor controla cand functioneaza aparatele noastre de uz casnic. Vor putea sa le activeze atunci cand vremea este insorita si energia solara este abundenta sau cand cererea este altfel scazuta. 

Astfel de abordari ar insemna o indepartare fundamentala de modul de consumare a energiei „la cerere” pe care l-am folosit in ultimul secol. In schimb, atunci cand frigiderele noastre trec prin cicluri de racire sau cand aparatele se aprind ar putea fi determinate de fluctuatiile vremii sau de ora zilei. Masinile de spalat vase, de exemplu, pot functiona in timpul zilei in timp ce suntem la serviciu, mai degraba decat noaptea.

„De ani de zile am consumat energie ori de cate ori ne place si am platit o rata forfetara pentru asta”, spune Leslie. „Va trebui sa incepem sa ne mutam utilizarea energiei la momentul in care este acolo si disponibila, mai degraba decat sa schimbam productia de energie pentru a ne potrivi cu utilizarea noastra.”

Alaturati-va peste 800.000 de fani viitori, placandu-ne pe  Facebook sau urmariti-ne pe  Twitter .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Daca ai citit doar 6 lucruri in aceasta saptamana”. O selectie selectata de povesti de la BBC Future, Earth, Culture, Capital si Travel, livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.