Ενεργειακές μεταβάσεις: η γεωλογική ιστορία

Ενεργειακές μεταβάσεις: η γεωλογική ιστορία

September 30, 2022 0 Von admin

Αυτή είναι η τρίτη ανάρτηση ιστολογίου του καθηγητή Mike Stephenson μετά τη φετινή Geological Society Συνάντηση Bryan Lovell που επικεντρώθηκε σε ο ρόλος της γεωλογικής επιστήμης στην απαλλαγή από τις ανθρακούχες εκπομπές της παραγωγής ενέργειας, της θερμότητας, των μεταφορών και της βιομηχανίας.

1

Μια απεικόνιση του μέλλοντος της ενέργειας (C) FutureLearn.

Κοιτάζοντας πίσω στην ιστορία, είναι σαφές ότι τα ενεργειακά συστήματα αναδύονται, γίνονται κυρίαρχα και στη συνέχεια εξασθενούν. Επί του παρόντος, σε μέρη του κόσμου, παρατηρούμε μια μετάβαση από μια οικονομία που οδηγείται από υδρογονάνθρακες σε μια οικονομία που υποστηρίζεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Αυτές οι μεταβάσεις ξεκινούν, αλλά και προκαλούν, σημαντικές αλλαγές για τους ανθρώπους και τις κοινωνίες. Η γεωεπιστήμη έπαιξε μεγάλο ρόλο στις περισσότερες σημαντικές ενεργειακές μεταβάσεις – ο άνθρακας, το σιδηρομετάλλευμα και ο ασβεστόλιθος καθόρισαν τη γεωγραφία, το ρυθμό και την πορεία της εκβιομηχάνισης κατά τη διάρκεια του 1800. Η παρακάτω εικόνα είναι Η Σιδερένια Γέφυρα στο Shropshire, που πιστεύεται ότι ήταν μια από τις πρώτες κατασκευές της βιομηχανικής επανάστασης, της οποίας η τοποθεσία υπαγορεύτηκε από τους κοντινούς πόρους άνθρακα, σιδηρομεταλλεύματος και ασβεστόλιθου.

2

The Iron Bridge, (C) Keith Havercroft, Geograph.org.uk

Μπορεί να φαίνεται με την πρώτη ματιά ότι η γεωεπιστήμη θα έχει μικρότερο ρόλο στην παρούσα μετάβαση, αλλά όπως συζητήθηκε το 2019 Συνάντηση Bryan Lovell που πραγματοποιήθηκε στη Γεωλογική Εταιρεία, υπάρχουν άφθονα στοιχεία ότι μερικοί από τους πιο φιλόδοξους στόχους μας για την απαλλαγή από τις ανθρακούχες εκπομπές θα είναι ανέφικτοι χωρίς την ενσωμάτωση ενέργειας και αποθήκευσης υπογείων. Τεχνολογίες όπως η γεωθερμία, η αποθήκευση υδρογόνου σε κλίμακα δικτύου και η δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα θα είναι απαραίτητες.

Σε αυτό το ιστολόγιο, το τρίτο σε μια σειρά σχετικά με το πώς οι γεωεπιστήμες μπορούν να υποστηρίξουν την απαλλαγή από τις ανθρακούχες εκπομπές, συζητώ τη γεωλογία των ενεργειακών μεταβάσεων και εξετάζω πώς η κατανόηση της ιστορίας τους μπορεί να αποκαλύψει ιδέες για το πώς θα εκτυλιχθούν και θα εξελιχθούν οι μελλοντικές μεταβάσεις.

Η ανατομία των ενεργειακών μεταπτώσεων

Ένας από τους ομιλητές στη συνάντηση του Lovell, ο ενεργειακός οικονομολόγος Benjamin Sovacool, παρουσίασε την άνοδο και την πτώση της παγκόσμιας προσφοράς διαφορετικών καυσίμων: πώς το ξύλο ή η βιομάζα αντικαταστάθηκε από τον άνθρακα και μετά τον άνθρακα από το αργό πετρέλαιο, χρησιμοποιώντας το παρακάτω σχήμα από τη δημοσίευσή του έρευνα.

Σύμφωνα με την έρευνα της Sovacool, μπορεί να ειπωθεί ότι συνέβη μια μετάβαση εάν το εισερχόμενο καύσιμο φτάσει το 20% έως 50% της αγοράς, κάτι που μερικές φορές μπορεί να συμβεί μέσω μιας σειράς μικρότερων αλλαγών. Η άνοδος του πετρελαίου βασίστηκε στη μετάβαση από τη ζωική ενέργεια στις μηχανές εσωτερικής καύσης, τη μετατροπή των ατμομηχανών σε ντίζελ σε πλοία και ατμομηχανές, την προσαρμογή των λεβήτων άνθρακα σε λέβητες πετρελαίου για ηλεκτρική ενέργεια και, τέλος, την ανταλλαγή εστιών ξύλου και άνθρακα για φούρνοι αερίου σε σπίτια.

3

Παγκόσμια προσφορά ενέργειας ανά πηγή καυσίμου ως % του συνόλου, 1830–2010. Σημείωση Το «Ξύλο/Βιομάζα» περιλαμβάνει βιοκαύσιμα και το «Άλλο» περιλαμβάνει ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η αιολική, η ηλιακή και η γεωθερμία. (C) Sovacool, 2016.

Η Sovacool εξήγησε ότι αυτές οι καινοτομίες μετακινούνται από μια χώρα πυρήνα (την καινοτόμο πρώτη υιοθέτη), στις χώρες περιφέρειας (πρώιμη υιοθέτηση) στην περιφέρεια (όψιμη υιοθέτηση). Στην περίπτωση της αντικατάστασης του παραδοσιακού ξύλου σε άνθρακα, ο πυρήνας ήταν η Βρετανία, ενώ οι χώρες του χείλους ήταν η Γερμανία, η Γαλλία και η Ολλανδία. Η ταχύτητα με την οποία έγιναν αυτές οι ενεργειακές μεταβάσεις κυμαινόταν από 160 χρόνια στην περίπτωση της Βρετανίας έως 102 χρόνια στη Γερμανία. Η αλλαγή ξεκινά ως τεχνολογίες μικρής κλίμακας και ποικιλομορφία σχεδιασμού, προχωρώντας μέσω βελτιώσεων και οικονομιών κλίμακας και στη συνέχεια στην πλήρη βιομηχανική υιοθέτηση. Η γεωλογία έχει παίξει τον ρόλο της σε προηγούμενες μεταβάσεις παρέχοντας καύσιμα.

Ανατροφοδότηση: επιτάχυνση της ενεργειακής μετάβασης

Εκτός από τις συστατικές αλλαγές, οι ενεργειακές μεταβάσεις επιταχύνονται από θετικές ανατροφοδοτήσεις που προκαλούν ταχεία αύξηση της χρήσης καυσίμου. Ίσως το πιο απλό παράδειγμα είναι η ατμομηχανή και η σχέση της με τον άνθρακα. Κατά τη διάρκεια της βιομηχανικής επανάστασης, οι ατμομηχανές που έκαιγαν άνθρακα αντικατέστησαν το νερό και την αιολική ενέργεια και έγιναν η κυρίαρχη πηγή βιομηχανικής ενέργειας από τα τέλη του 19ου αιώνα έως τις αρχές του 20ου αιώνα, όταν οι ατμοστρόβιλοι και οι μηχανές εσωτερικής καύσης αντικατέστησαν τις ατμομηχανές. Ο ατμός θα μπορούσε στη συνέχεια να τροφοδοτήσει αντλίες που επέτρεπαν την απομάκρυνση του νερού από τα ανθρακωρυχεία, τα οποία, με τη σειρά τους, επέτρεψαν την εξόρυξη περισσότερου άνθρακα.

Παρόμοιες ανατροφοδοτήσεις θα μπορούσαμε να πούμε ότι επιτάχυναν τον ρυθμό με τον οποίο το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο χρησιμοποιήθηκαν ως καύσιμα. Η συγκέντρωση φθηνού αερίου στην Πενσυλβάνια (ΗΠΑ) βοήθησε το Πίτσμπουργκ να αναπτυχθεί ως βιομηχανικό κέντρο τη δεκαετία του 1890, ιδιαίτερα στον χάλυβα. Η ανάπτυξη της βιομηχανικής παραγωγής αυτοκινήτων στα πρώτα χρόνια του 20ου αιώνα ήταν μια καλή χρήση του χάλυβα και του πετρελαίου και ο χάλυβας για τον περιστροφικό εξοπλισμό γεώτρησης βοήθησε στην τεράστια αύξηση της παραγωγής πετρελαίου μεταξύ 1900 και 1920.

Αδράνεια: εμπόδια στην ενεργειακή μετάβαση

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι μεταβάσεις ξεκινούν με τον πειραματισμό πριν την κλιμάκωση, και στη συνέχεια η τεχνολογία γίνεται αποδεκτή ως βιομηχανικό πρότυπο. Σε αυτό το σημείο, οποιαδήποτε περαιτέρω αλλαγή καθίσταται δύσκολη επειδή η τεχνολογία είναι «κλειδωμένη» στο σύστημα. Σε αυτό το στάδιο η μετάβαση μπορεί να υποφέρει από «αδράνεια» όπου η αλλαγή γίνεται πιο απαιτητική ή δαπανηρή από το status quo.

Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής μπορούν να διαδραματίσουν ενεργό ρόλο για να επιτρέψουν την αλλαγή αναπτύσσοντας αποτελεσματικά μέσα πολιτικής. Ο παγκόσμιος εμπειρογνώμονας για τα ενεργειακά μελλοντικά συμβόλαια, ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας (IEA) έχει ξεκάθαρη άποψη για αυτό[1]: Απαιτούνται πολιτικές για τη στήριξη της μακροπρόθεσμης μετάβασης και ανάλυση των «…βραχυπρόθεσμων μακροοικονομικών τάσεων και τάσεων της αγοράς, που μπορεί να επιταχύνουν –ή να εμποδίσουν– τη μετάβαση προς ένα ενεργειακό μέλλον με χαμηλότερες εκπομπές άνθρακα…». Αν και αυτές οι τάσεις της αγοράς είναι δύσκολο να προβλεφθούν, είναι σαφές από προηγούμενες μεταβάσεις ότι η κατάλληλη ρύθμιση ήταν σε θέση να επιφέρει αλλαγές.

Πολιτική και μετάβαση

Η συνάντηση Lovell ολοκληρώθηκε με μια εξαιρετική συνεδρία που οργανώθηκε από την ομάδα πολιτικής της Γεωλογικής Εταιρείας με επικεφαλής τον Flo Bullough. Ίσως το ισχυρότερο μήνυμα από τη σύνοδο ήταν ότι χρειάζονται τα σωστά μέσα πολιτικής για την άρση των εμποδίων στη μετάβαση και αυτά εμφανίστηκαν έντονα στην ενημερωτικό σημείωμα πολιτικής. Μια βασική σύσταση για την ανάπτυξη των γεωθερμικών πόρων του Ηνωμένου Βασιλείου, για παράδειγμα, απαιτεί Συμβόλαιο Διαφοράς (CFD) για τη θερμότητα και αδειοδότηση για τη ρύθμιση της υποεπιφανειακής θερμότητας για να διασφαλιστεί ότι οι επενδύσεις των εταιρειών προστατεύονται και ότι η υποεπιφανειακή θερμότητα χρησιμοποιείται βιώσιμα.

Σε μια τελική σημείωση, προβλέψεις σχετικά με τη μετάβαση από την οικονομία υδρογονανθράκων έχουν γίνει και στο παρελθόν, και ήταν θεαματικά λανθασμένες. Ένα στοιχείο αυτού είναι το λεγόμενο «πετρέλαιο αιχμής» από την πλευρά της προσφοράς, το οποίο ήταν στον ορίζοντα για τουλάχιστον όσο διάστημα ήμουν γεωλόγος. Μία από τις πρώτες από αυτές τις προβλέψεις ήταν μία από το Γεωλογικό Ινστιτούτο των ΗΠΑ, το οποίο το 1908 προέβλεψε την πλήρη εξάντληση του αμερικανικού πετρελαίου μέχρι το 1927!

Περαιτέρω ανάγνωση:

Sovacool, BK 2016. Πόσο καιρό θα πάρει; Εννοιολογώντας τη χρονική δυναμική των ενεργειακών μεταβάσεων. Ενεργειακή Έρευνα και Κοινωνική Επιστήμη 13, 202–215.

[1] International Energy Agency 2016. World Energy Outlook, 684pp.