Technologie klimatizace je velkou promarněnou příležitostí v boji proti změně klimatu

Sergej Akulich / Pexels

Zatímco minulý měsíc pekly obyvatele Kalifornie rekordní vlny veder, kolektivní napětí milionů klimatizací přinutilo státní provozovatele rozvodných sítí uvrhnout stovky tisíc domácností do tmy.

Postupné výpadky nabídly jen malý náznak toho, co pravděpodobně přijde v Kalifornii a daleko za hranicemi. Rostoucí populace, rostoucí příjmy, rostoucí urbanizace a stoupající letní teploty by mohly do poloviny století ztrojnásobit počet klimatizačních jednotek instalovaných po celém světě, čímž by se celkový počet zvýšil na 6 miliard. Mezinárodní energetická agentura Zpráva Future of Cooling.

Klimatizace skutečně představuje jednu z nejzákeřnějších výzev změny klimatu a jeden z nejobtížněji řešitelných technologických problémů. Čím více se svět otepluje, tím více budeme potřebovat chlazení – nejen kvůli pohodlí, ale pro zdraví a přežití ve velkých částech světa.

Klimatizace samy o sobě však produkují dostatek tepla, aby měřitelně zvýšily teploty ve městech, a také z nich unikají vysoce silné skleníkové plyny. Navíc tyto miliardy energeticky náročných nových jednotek vytvoří jeden z největších zdrojů rostoucí poptávky po elektřině na celém světě.

Bez zásadních zlepšení se poptávka po energii z chlazení také ztrojnásobí a do roku 2050 dosáhne 6 200 terawatthodin – neboli téměř čtvrtinu celkové dnešní světové spotřeby elektřiny.

Kalifornské Údolí smrti možná vykázalo nejvyšší teploty, jaké kdy byly spolehlivě zaznamenány, a to uprostřed bouřlivých veder minulý měsíc.

AP FOTO / JOHN LOCHER

Navzdory velikosti narůstajících problémů do odvětví proudí relativně málo finančních prostředků a na trhu je jen málo pozoruhodných pokroků v produktech. Kromě pomalého nárůstu efektivity jde o základní technologii provozuje stejně jako tomu bylo, když byl představen téměř před stoletím.

Skutečnost, že spotřeba okenních klimatizací stále roste, zatímco produkt z velké části vypadá a funguje stejně jako po desetiletí, mluví sám za sebe, říká Vince Romanin, výkonný ředitel Treau se sídlem v San Franciscu, startupu s neviditelným chlazením, který vyvíjí nový typ tepla. čerpadlo. Myslím, že mnoho lidí se zde těší na něco nového, ale došlo pouze k postupnému pokroku.

V posledních desetiletích došlo k mnohem většímu zlepšení nákladů a výkonu u jiných energetických technologií – jako jsou solární panely, baterie a elektrická vozidla – díky veřejným politikám, specializovanému výzkumnému úsilí a rostoucí poptávce po čistších alternativách. Treau je jednou z řady startupů a výzkumných skupin, které nyní zkouší různé způsoby, jak dosáhnout podobného pokroku v oblasti chlazení.

Ale i kdyby se globální zásoby střídavých jednotek staly mnohem efektivnějšími, předpokládané skoky v používání jsou tak velké, že globální poptávka po elektřině bude stále stoupat. To zkomplikuje již tak ohromující úkol vyčistit světové energetické sektory. Znamená to, že národy nemusí pouze repasovat stávající elektrickou infrastrukturu; musí vybudovat mnohem větší systémy, než kdy existovaly – a to vše s bezuhlíkovými zdroji.

Miliardy nových klimatizací

Neustálé ochlazování obrovských objemů horkého vzduchu, které plní domácnosti, kanceláře a továrny, je a vždy bude obrovským žroutem energie.

Problém není jen v tom, že více klimatizací bude vyžadovat stále více elektřiny k jejich napájení. Je to také tím, že zvláště zvýší množství, které je potřeba během špiček, kdy teploty skutečně praží a všichni současně zapínají klimatizaci. To znamená, že potřebujeme přebudovat elektrické systémy, abychom pokryli úroveň poptávky, která se může vyskytnout jen na několik hodin nebo několik dní v roce.

V okrese Los Angeles by rostoucí teploty v kombinaci s růstem populace mohly podle scénáře vysokých emisí do roku 2060 zvýšit poptávku po elektřině během špičkových letních hodin až o 51 % podle scénáře vysokých emisí. Studie aplikované energie 2019 vědci z Arizona State a University of California, Los Angeles.

To dává dohromady asi 6,5 dodatečného gigawattu, který by provozovatelé rozvodných sítí potřebovali, aby byli schopni zprovoznit online najednou, nebo okamžitý výkon téměř 20 milionů 300wattových solárních panelů za slunečného dne.

A to jen pro jeden z 58 okresů Kalifornie. Svět bude svědkem mnohem většího nárůstu poptávky po AC v zemích, kde se střední třída rychle rozrůstá a kde se vlny veder stanou běžnějšími a silnějšími. Zejména IEA předpokládá, že Indie do roku 2050 nainstaluje dalších 1,1 miliardy jednotek, což zvýší podíl AC na nejvyšší národní poptávce po elektřině z 10 % na 45 %.

Čištění mřížky

Nejzásadnější oprava musí proběhnout mimo průmysl AC. Přechod elektrické sítě jako celku k většímu využívání čistých zdrojů energie, jako je slunce a vítr, bude trvale snižovat nepřímé emise skleníkových plynů z energie používané k napájení klimatizačních jednotek.

Kromě toho by rozvoj stále více inteligentních sítí mohl pomoci elektrotechnickým systémům vypořádat se se špičkovým napětím AC. To znamená přidání senzorů, řídicích systémů a softwaru, které dokážou automaticky snížit spotřebu, když venkovní teploty klesají, když lidé opouštějí prostory na delší dobu nebo když poptávka začne narůstat proti dostupné generaci.

Svět může také snížit přímé emise z AC přechodem na alternativní chladiva, kritické sloučeniny v chladicích zařízeních, které absorbují teplo ze vzduchu. Výrobci se do značné míry spoléhali na fluorované uhlovodíky, což jsou vysoce silné skleníkové plyny, které mohou unikat během výroby a opravy nebo na konci životnosti jednotky. Ale podle dodatku k Montrealskému protokolu z roku 2016 společnosti a země musí stále více přejít na možnosti s nižšími dopady na oteplování, jako je třída slibných sloučenin známých jako HFO, určité uhlovodíky, jako je propan, a dokonce i oxid uhličitý (který má přinejmenším menší oteplovací účinek než stávající chladiva).

Alternativní chladiva by mohla v nadcházejících desetiletích snížit emise o ekvivalent přibližně 50 miliard tun oxidu uhličitého, podle špičkového odhadu z analýzy čerpání projektu . (Svět loni vypustil celkem téměř 37 miliard tun, podle Global Carbon Project .)

Existují také jasné způsoby, jak snížit zatížení elektřinou potřebné pro chlazení budov, včetně přidání izolace, utěsnění úniků vzduchu, instalace okenních krytin nebo fólií a aplikace reflexních barev nebo materiálů na střechy. Vytvoření takových chladných střech na 80 % komerčních budov v zemi by podle něj mohlo snížit roční spotřebu energie o více než 10 terawatthodin a ušetřit více než 700 milionů dolarů. dřívější studie provedená Lawrence Berkeley National Lab .

Vyhýbání se „studené skříni“

Rostoucí počet klimatizačních jednotek provozovaných v domácnostech a budovách po celém světě však musí být v konečném důsledku mnohem energeticky účinnější, aby se zabránilo tomu, co je známé jako nadcházející zima.

Jedním z nejúčinnějších nástrojů pro dosažení těchto zlepšení je veřejná politika. IEA poznamenává, že nejlepší dostupná technologie je více než dvakrát účinnější než průměr toho, co se skutečně používá po celém světě, a třikrát lepší než nejneefektivnější produkty na trhu.

Problém je v tom, že většina lidí a podniků nebude platit mnohem více za efektivnější systémy, jen aby pomohli dosáhnout globálních klimatických cílů, zejména v chudých částech světa. Ale s mandáty, pobídkami nebo dotacemi mohou státy pomoci zajistit, aby více vyráběných a prodávaných jednotek byly modely s vyšší účinností.

Předpokládaný nárůst spotřeby energie související s chlazením se podle scénáře IEA, který takovéto politiky zahrnuje (a nepředpokládá žádný technologický pokrok), do poloviny století zmenší o 45 %.

I potom by však poptávka po střídavém proudu do poloviny století stále vyskočila asi o 70 % výše. To bije ztrojnásobení. Ale dosažení významných dodatečných zisků by mohlo vyžadovat radikálnější změny.

Radikální změna

Řada startupů se snaží věci posouvat dál.

Společnost Transaera, kterou spoluzaložil profesor energetiky MIT Mircea Dincă, se pokouší výrazně zlepšit účinnost tím, že řeší vlhkost ve vzduchu jako samostatný krok.

Kromě chlazení okolního vzduchu musí konvenční klimatizační jednotky vynakládat obrovské množství energie na řešení této vodní páry, která zadržuje značné teplo a působí mnohem nepříjemněji. To vyžaduje snížení teploty výrazně nad to, co ukazuje číselník, aby se pára přeměnila na kapalinu a odstranila se ze vzduchu.

Je to prostě neuvěřitelně neefektivní,“ říká Dincă. „Je to hodně energie a je to zbytečné,

Přístup společnosti Transaera se opírá o třídu vysoce porézních materiálů známých jako kovově-organické konstrukce, které lze upravit tak, aby zachycovaly a ulpívaly na konkrétních sloučeninách, včetně vody. Společnost vyvinula nástavec pro klimatizační systémy, který využívá tyto materiály ke snížení vlhkosti ve vzduchu před tím, než jde do standardní jednotky. Odhaduje, že může zlepšit celkovou energetickou účinnost o více než 25 %.

Transaera je finalistou v 3 miliony dolarů Global Cooling Prize , soutěž navržená s cílem urychlit pokroky v klimatizaci s cílem snížit dopady na klima. Společnost v současné době testuje prototypy v Indii ve spolupráci s divizí čínského giganta pro domácí spotřebiče Haier .

Mezitím SkyCool Systems z Mountain View v Kalifornii vyvinula v podstatě high-tech zrcadla, která může vrhat teplo do chladných prostorů , využívající přírodního jevu známého jako radiační chlazení.

Materiály jsou navrženy tak, aby vyzařovaly záření v úzkém pásmu světelného spektra, které může proklouznout kolem molekul vody a dalších atmosférických sloučenin, které jinak vyzařují teplo zpět k planetě.

Materiály umístěné na střechách mohou nahradit nebo rozšířit tradiční systémy chlazení budov. Společnost odhaduje, že tato technologie může snížit spotřebu energie na chlazení konstrukcí o 10 až 70 % v závislosti na konfiguraci a klimatu. SkyCool právě instaluje materiály na svém čtvrtém komerčním místě.

Jiné startupy zkoumají nápady jako geotermální tepelná čerpadla , technologie v pevné fázi, která eliminuje potřebu chladicích plynů , a nové zvraty v oblasti chlazení odpařováním , což obvykle spoléhá na vodou nasáklé podložky ke snížení teploty vzduchu.

Dobrá zpráva je, že nějaké peníze začínají proudit do vytápění, větrání a klimatizace. Výzkumná firma CB Insights sledovala v roce 2015 pouze osm finančních obchodů v hodnotě téměř 40 milionů dolarů, ale v loňském roce 35 v celkové výši přibližně 350 milionů dolarů. (To zahrnuje půjčky, investice rizikového kapitálu a akvizice.) A letos již bylo uzavřeno 39 obchodů v hodnotě kolem 200 milionů dolarů.

Špatnou zprávou však je, že zvýšená úroveň financování je nepatrná ve srovnání s desítkami miliard, které proudí do jiných energetických a technologických odvětví – a nepatrná vzhledem k rozsahu problémů, které přijdou.

Tento příběh byl aktualizován, aby byly přidány aktuální informace o SkyCool Systems a opraveno město, ve kterém nyní sídlí.

skrýt