Naukowcy zidentyfikowali wiele opłacalnych sposobów wyeliminowania emisji gazów cieplarnianych w USA do 2050 r., korzystając ze zmodyfikowanej wersji modelu Temoa.
Podejście to, przetestowane w 1100 scenariuszach, wyróżnia kluczowe technologie w czterech kategoriach, od niezbędnych po spekulacyjne, politykę informacyjną i inwestycje w rozwiązania w zakresie zrównoważonej energii.
Badanie możliwości dekarbonizacji
Nowe badanie przedstawia szeroką gamę dostępnych opcji ekonomicznej eliminacji produkcji gazów cieplarnianych z systemu energetycznego Stanów Zjednoczonych do 2050 r. Wyniki dostarczają decydentom i liderom branży cennych informacji na temat tego, jak wytyczyć dalszą ścieżkę przeciwdziałania zmianom klimatycznym .
„Nie ma tylko jednego sposobu na opłacalną dekarbonizację naszego systemu energetycznego” – mówi Jeremiah Johnson, współautor badania i profesor inżynierii lądowej, budowlanej i środowiskowej na Uniwersytecie Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej. „Tak naprawdę mamy do wyboru wiele technologii. Nasze badanie pomaga ludziom dokładnie zrozumieć, jakie są te opcje i jak możemy nadać im priorytet”.
„Istnieje wiele modeli zaprojektowanych w celu znalezienia najtańszej ścieżki dekarbonizacji naszego systemu energetycznego – zasadniczo identyfikującej optymalne podejście do eliminacji produkcji gazów cieplarnianych we wszystkim, od produkcji energii elektrycznej po transport i przemysł” – mówi Aditya Sinha , autor korespondent badania i pracownik naukowy w NC State.
Wyzwania w modelowaniu optymalnej dekarbonizacji
„Problem polega na tym, że modelom tym trudno jest w pełni uchwycić niepewność w tak złożonym systemie” – mówi Sinha. „Istnieje wiele różnych technologii, które mogą pomóc nam w dekarbonizacji i trudno jest określić, jaką elastyczność mamy w określaniu, które z tych narzędzi można zastosować, aby osiągnąć optymalny wynik.
„Jednym ze sposobów sprostania temu wyzwaniu jest zaprzestanie poszukiwania ścieżki prowadzącej do doskonałego rozwiązania i zamiast tego zidentyfikowanie alternatywnych opcji, które pozwolą nam bardzo blisko na najtańszą ścieżkę naprzód.”
Na potrzeby tego badania naukowcy zdefiniowali „bardzo blisko” jako mieszczący się w granicach 1% optymalnego kosztu dekarbonizacji całego systemu energetycznego.
Metodologia i korekty modelu
W szczególności badacze wykorzystali istniejący model o nazwie Temoa, który pierwotnie miał na celu określenie najtańszej ścieżki osiągnięcia dekarbonizacji. Przeprowadzili ten model, aby określić optymalny koszt. Następnie dodali 1% do optymalnego kosztu i zmodyfikowali model, wykorzystując tę liczbę jako ograniczenie.
„Model musi wówczas podjąć tysiące decyzji” – mówi Johnson. „Jak dużo energii słonecznej należy zbudować? Czy właściciele domów powinni zamienić ogrzewanie gazem ziemnym na elektryczne pompy ciepła? I tak dalej. Uruchomiliśmy naszą zmodyfikowaną wersję Temoa 1100 razy, za każdym razem informując model, aby faworyzował – lub nie sprzyjał – danej technologii. Częściowo odzwierciedla to fakt, że ludzie podejmują różnego rodzaju decyzje, którymi nie kieruje się wyłącznie to, co ma sens ekonomiczny, co chcieliśmy uwzględnić”.
„Takie podejście dało nam jasno określony zakres technologii, które pozwolą nam wyeliminować produkcję gazów cieplarnianych z systemu energetycznego i nadal pozostać w granicach 1% optymalnych kosztów” – mówi Sinha.
Wyniki można podzielić na cztery kategorie:
- Kategoria 1 obejmuje technologie, które zostały szeroko zastosowane we wszystkich 1100 rozwiązaniach zidentyfikowanych przez model. Obejmuje to rozwój wytwarzania energii słonecznej i wiatrowej, a także rozwój możliwości magazynowania energii w sieci elektroenergetycznej.
- Kategoria 2 obejmuje technologie, które albo zostały wyeliminowane, albo znacznie ograniczone. Obejmuje to znaczne zmniejszenie zależności sektora transportu od ropy naftowej i wyeliminowanie wytwarzania energii z węgla, którego nie udało się złagodzić poprzez wychwytywanie i sekwestrację dwutlenku węgla.
- Kategoria 3 obejmuje nowe technologie o szerokim zakresie możliwych wyników, co oznacza, że w niektórych scenariuszach modelu stwierdzono, że technologie te są szeroko stosowane, podczas gdy w innych scenariuszach w ogóle tych technologii nie uwzględniono. Technologie te obejmują takie rozwiązania, jak bezpośrednie wychwytywanie powietrza, które usuwa dwutlenek węgla z powietrza, czy wykorzystanie wodoru w transporcie i przemyśle.
- Kategoria 4 obejmuje technologie, z których model na ogół w ogóle nie korzystał, ale jeśli już z nich skorzystał, w dużym stopniu na nich polegał. Należą do nich paliwa syntetyczne produkowane z elektrowni na dwutlenek węgla i węgiel, które wykorzystują wychwytywanie i sekwestrację dwutlenku węgla.
Praktyczne implikacje i przyszłe kierunki
„Uruchomienie modelu 1100 razy dało ogromny zakres potencjalnych wyników do tego stopnia, że trudno było wiedzieć, od czego zacząć” – mówi Sinha. „Dopiero po dogłębnej analizie tych wyników byliśmy w stanie zidentyfikować te kategorie, które pozwalają nam zrozumieć, jakie mamy opcje i jak możemy nadać im priorytety”.
„Z praktycznego punktu widzenia odkrycia te mówią nam kilka rzeczy” – mówi Johnson. „Po pierwsze musimy dowiedzieć się, jak ułatwić szersze przyjęcie technologii z kategorii 1.
„Po drugie, musimy dowiedzieć się, jak zaplanować uporządkowane i sprawiedliwe – ale terminowe – odejście od technologii kategorii 2” – mówi Johnson. „Po trzecie, nie będziemy potrzebować wszystkich technologii kategorii 3, ale będziemy potrzebować niektórych z nich. Oznacza to, że musimy inwestować w badania i rozwój, aby określić, którym technologiom powinniśmy nadać priorytet i jak je wdrożyć. Na koniec musimy także inwestować w badania i rozwój, aby ustalić, czy którakolwiek z technologii z kategorii 4 jest naprawdę opłacalna, a jeśli tak, to jak wykorzystać te technologie”.
Artykuł zatytułowany „Diverse Decarbonization Pathways Under Near Cost-Optimal Futures” został opublikowany w czasopiśmie ogólnodostępnym Komunikacja przyrodnicza.
Odniesienie: „Różne ścieżki dekarbonizacji w ramach przyszłości niemal optymalnej pod względem kosztów”, autorzy: Aditya Sinha, Aranya Venkatesh, Katherine Jordan, Cameron Wade, Hadi Eshraghi, Anderson R. de Queiroz, Paulina Jaramillo i Jeremiah X. Johnson, 17 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52433-z
Współautorem artykułu jest Hadi Eshraghi, były doktorant. student stanu NC; Anderson R. de Queiroz, profesor nadzwyczajny inżynierii lądowej, budowlanej i środowiskowej w stanie NC; Aranya Venkatesh z Carnegie Mellon University i Instytutu Badań nad Energią Elektryczną; Katherine Jordan i Paulina Jaramillo z Carnegie Mellon University; i Cameron Wade z Sutubra Research Inc.
Prace wykonano przy wsparciu Fundacji Alfreda P. Sloana oraz Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych – Energia w ramach grantu DE-AR0001471.
