Одржлива енергија

Концептот за одржлив развој бил опишан од Светската комисија за животна средина и развој во книгата од 1987 година Нашата заедничка иднина.^[1] Овде, дефиницијата за „одржливост“, што сега се користи нашироко, гласи: „Одржливиот развој треба да ги задоволи денешните потреби, без притоа да се загрози можноста на идните генерации да ги задоволат нивните потреби“.^[1] Во својата книга, Комисијата опишува и четири клучни елементи на одржливост во однос на енергијата: способноста да се зголеми снабдувањето со енергија за да се исполнат растечките човечки потреби, енергетската ефикасност и зачувување, јавното здравје и безбедноста, и „заштитата на биосферата и спречувањето на повеќе локализирани форми на загадување“.^[5]

Оттогаш се понудени различни дефиниции што значи одржлива енергија, кои исто така се засноваат на трите столба на одржливиот развој, имено животната средина, економијата и општеството.^[6]

• Критериумите за животната средина ги вклучуваат емисиите на стакленичките гасови, влијанието врз биоразновидноста и производството на опасен отпад и емисии на токсични материи.
• Економските критериуми ги вклучуваат трошоците за енергија, без разлика дали енергијата сигурно се доставува до корисниците и ефектите врз работните места поврзани со производството на енергија.
• Социјално-културните критериуми го вклучуваат спречувањето на војните околу снабдувањето со енергија (енергетска безбедност) и долгорочната достапност на енергија.

Принципот на организирање на одржливоста е одржливиот развој, кој ги вклучува четирите меѓусебно поврзани области: екологија, економија, политика и култура.^[7]

Економската комисија на ООН за Европа ја дефинира одржливата енергија засновано на три столба: животна средина, енергетска безбедност и квалитет на живот.^[8]

Обезбедувањето на одржлива енергија нашироко се гледа како еден од најголемите предизвици со кои се соочува човештвото во XXI век, во смисла на задоволување на потребите на сегашноста и во однос на ефектите врз идните генерации.^[9][10] Бил Гејтс во 2011 година рекол:

Ако ми дадете избор да ги одберам следните 10 американски претседатели или да се осигурам дека енергијата ќе е еколошка, па макар и да е поскапа за 1/4, ќе ја одберам енергијата.^[11]

На светско ниво, 940 милиони (13 % од светот) луѓе немаат пристап до електрична енергија, а 3 милијарди луѓе се потпираат на нечисти горива за готвење.^[12] Загадувањето на воздухот, предизвикано главно од согорувањето на гориво, убива околу 7 милиони луѓе годишно.^[13] Седмата цел за одржлив развој на ООН повикува на „пристап до достапна, сигурна, одржлива и модерна енергија за сите“ до 2030 година.^[14]

Производството и потрошувачката на енергија се главни придонесувачи за климатските промени, одговорни за 72 % од годишните емисии на стакленички гасови предизвикани од човекот, заклучно со 2014 година. Производството на електрична енергија и топлина придонесува за 31 % од емисиите на стакленички гасови предизвикани од човекот, употребата на енергија во превозот придонесува за 15 %, а употребата на енергија во производството и градежништвото придонесува за 12 %. Дополнителни 5 % се ослободуваат преку процесите поврзани со производство на фосилните горива и 8 % преку разни други форми на согорување на гориво.^[15][16] Од 2015 година, 80 % од примарната енергија во светот се произведува од фосилни горива.^[17]

Во земјите во развој, над 2,5 милијарди луѓе се потпираат на традиционалните шпорети за готвење^[18] и отворен оган за горење различни видови биомаса или јаглен за греење или готвење. Оваа практика предизвикува штетно локално загадување на воздухот и ја зголемува опасноста од пожари, што резултира со околу 4,3 милиони смртни случаи годишно.^[19] Дополнително, сериозна локална штета на животната средина, вклучително и опустинување, може да биде предизвикана од прекумерната берба на дрво и друг запалив материјал.^[20] Заради тоа, поддршката за употреба на почисти горива и поефикасни технологии за готвење е еден од главните приоритети на иницијативата одржлива енергија за сите на ООН. Од 2015 година, напорите за дизајнирање чисти шпорети за готвење кои се евтини, се напојуваат со одржливи извори на енергија и се прифатливи за корисниците, се разочарувачки.

Во 2020 година, МЕА предупреди дека економските превирања предизвикани од избувнувањето на коронавирусот можат да ги спречат или одложат напорите на компаниите да инвестираат во зелена енергија.^[21][22][23] Појавата може потенцијално да го забави светскиот премин кон чиста енергија доколку не се преземе нешто.^[24]

Анализа на трошоците и придобивките е направена од низа различни специјалисти и агенции за да се утврди најдобриот пат до декарбонизирање на снабдувањето со енергија во светот.^[25][26] Специјалниот извештај за глобалното затоплување од 1,5°C од 2018 година вели дека за ограничување на затоплувањето на 1,5 °C и избегнување на најтешките ефекти од климатските промени, „глобалните нето емисии на CO
2 предизвикани од човекот ќе треба да паднат за околу 45 % од нивото во 2010 година до 2030 година, достигнувајќи нула во околу 2050 година“. Како дел од овој извештај, работната група на ИПЦЦ за ублажување на климатските промени прегледа различни претходно објавени трудови што опишуваат патеки (т.е. сценарија и портфолија на опции за ублажување) за стабилизирање на климатскиот систем преку промени во енергијата, употребата на земјиштето, земјоделството и други области.

Целите што се во согласност со ограничувањето на предупредувањето до приближно 1,5 °C предлагаат брз премин кон производство на електрична енергија преку методи со помали емисии и зголемување на употребата на електрична енергија наместо други горива во сектори како што е превозот.^[27] Овие цели ги имаат следниве одлики:

• Обновлива енергија: Процентот на примарна енергија обезбедена од страна на обновливите извори на енергија да се зголемува од 15 % во 2020 година на 60 % во 2050 година.^[27] Бројот на примарна енергија обезбедена од страна на зголемувањето на употребата на биомаса од 10 % до 27 %,^[27] со контрола за тоа дали употребата на земјиштето се менува при растењето на биомасата.^[27] Придонесот од ветерна и сончева енергија да се зголемува од 1,8 % на 21 %.^[27]
• Јадрена енергија: Пропорциите на примарна енергија испорачана од јадрена енергија да зголеми од 2.1% во 2020 година на 4 % во 2050 година. Повеќето цели налагаат зголемување на употребата на јадрена енергија, но некои налагаат намалување. Причината за широкиот опсег на можности е дека распоредувањето на јадрената енергија „може да биде ограничена од општествените преференции“.^[27]
• Јаглен и нафта: Помеѓу 2020 и 2050 година, процентот на примарна енергија од јаглен да опадне од 26 % на 5 %, а процентот на нафта да опадне од 35 % на 13 %.^[27]
• Природен гас: Во повеќето цели, процентот на примарна енергија што се снабдува со природен гас се намалува, но во некои цели, тој се зголемува. Користејќи ги просечните вредности на сите дадени цели, процентот на примарна енергија од природен гас би опаднал од 23 % во 2020 година на 13 % во 2050 година.^[27]
• Јаглеродно собирање и складирање: Целите налагаат поголема употреба на јаглеродно собирање и складирање при производство од биоенергија и енергија на фосилни горива.^[27]
• Електрификација: Во 2020 година, околу 20 % од крајната употреба на енергија се обезбедува од електричната енергија. До 2050 година, овој процент е повеќе од двојно зголемен во повеќето цели.^[27]
• Енергетска штедливост: Целите опишуваат методи за зголемување на енергетската ефикасност и намалување на побарувачката на енергија во сите сектори (индустријата, градбите и превозот). Со овие мерки, целите налагаат дека употребата на енергија би останала иста во периодот помеѓу 2010 и 2030 година, а би се зголемувала соодветно до 2050 година.^[27]

Енергетската ефикасност и обновливата енергија честопати се сметаат за столбови близнаци на одржливата енергија.^[28][29] Меѓународната енергетска агенција проценува дека 40 % од намалувањето на емисиите на стакленички гасови потребни од Парискиот договор можат да се постигнат со зголемување на енергетската ефикасност.^[30] Можностите за подобрување од страната на побарувачката на енергетската равенка се разновидни како оние од страната за снабдување и честопати нудат значителни економски придобивки.^[31] На пример, постои значителен потенцијал за зголемување на енергетската ефикасност при готвењето во земјите во развој, што исто така би помогнало да се намали смртноста од загадувањето на воздухот. Подобрената енергетска ефикасност, исто така, ја зголемува енергетската безбедност за земјите увознички, бидејќи тие помалку би се потпирале на регионите за производство на нафта.^[32]

Во периодот помеѓу 2015 и 2018 година, се бележи стабилен пад во подобрувањата во енергетската ефикасност. Во превозот, преференциите на потрошувачите за поголеми автомобили се дел од причините на падот. На глобално ниво, ниту владите не го зголемиле нивото на амбиција за политиката за енергетска ефикасност во овој период.^[32] Политиките за подобрување на ефикасноста вклучуваат градежни кодови, стандарди за изведба и цената на јаглеродот.^[33] Ефикасноста го забавува растот на побарувачката на енергија, така што зголемувањето на испораката на чиста енергија може да направи големи намалувања на употребата на фосилни горива. Историска анализа од 2011 година покажува дека стапката на подобрување на енергетската ефикасност е генерално пониска од стапката за побарувачката на енергија, како резултат на континуираниот раст на економијата и населението. Бидејќи емисиите на јаглерод во текот на изучениот период се во комбинација со вкупната употреба на енергија, и покрај придобивките за енергетска ефикасност, вкупните емисии на јаглерод продолжиле да се зголемуваат. Со оглед на термодинамичките и практичните граници на подобрувањето на енергетската ефикасност, забавувањето на растот на побарувачката на енергија е суштинско.^[34]

Кога се зборува за извори на енергија, термините „одржлива енергија“ и „обновлива енергија“ често се користат обострано, но одредени проекти за обновлива енергија предизвикуваат значителни проблеми со одржливоста. Технологиите за обновливи извори на енергија се суштински за одржливата енергија, бидејќи тие придонесуваат за светската енергетска безбедност и ја намалуваат зависноста од изворите на фосилни горива, со што се намалуваат емисиите на стакленички гасови.^[35]

Сончева енергија

Во 2019 година, сончевата енергија обезбедила околу 3 % од глобалната електрична енергија.^[4] Повеќето сончеви технологии користат фотоволтаични (ФВ) ќелии за претворање на светлината во електрична енергија. Сончевите плочи можат да се вградат на згради или да се постават во т.н. сончеви паркови поврзани на електричната мрежа. Концентрираната сончева енергија произведува топлина за да напојува топлински мотори.^[1] Сончевата енергија првично се користела за енергија од мал обем, како напојување на калкулатори и обезбедување на електрична енергија за оддалечените области. Иако генерално има гаранција од 25 години, се проценува дека еден просечен сончева плоча ќе трае до 40 години^[36] и скоро сите негови делови ќе можат да се рециклираат.^[37]

Денес, фотоволтаичните (ФВ) панели имаат можност да претворат околу 24 % од сончевата светлина што ги погодува во електрична енергија.^[38] Со ова темпо, сончевата енергија сèуште има многу предизвици за широко распространета имплементација, но постигнат е постојан напредок во намалувањето на производствената цена и зголемувањето на фотоволтаичната ефикасност. Во 2008 година, истражувачите од Масачусетскиот институт за технологија (МИТ) развија метод за складирање на сончевата енергија користејќи ја за производство на водородно гориво од вода.^[39] Ваквото истражување е насочено кон решавање на пречките со кои се соочува развојот на сончевата технологија за складирање на енергија, за понатамошна употреба во текот на ноќните часови кога нема сонце.

Сончево греење

Ветерна енергија

Ветерната енергија го користи ветерот за да ја обезбеди механичката моќ преку турбините на ветер за да ги напојува електричните генератори. Во 2019 година, ветерната енергијата обезбедила околу 6 % од глобалното снабдување со електрична енергија. Енергијата на ветерот е одржлива и обновлива енергија и има многу помало влијание врз животната средина во споредба со согорувањето на фосилните горива. Ветерните електрани се состојат од многу поединечни турбини на ветер, кои се поврзани со мрежата за пренос на електрична енергија. Ветерот на копно е евтин извор на електрична енергија, конкурентен, а на многу места и поевтин од постројките за јаглен или гас.^[41][42][43]

Ветерните електрани на копно, исто така, имаат влијание врз пределот, бидејќи обично треба да се рашират на поголемо земјиште од другите електрични централи^[44] и треба да се градат во диви и рурални области, што може да доведе до „индустријализација на селата“^[45] и загуба на живеалиштата. Ветерот во морето е постојан и посилен отколку на копно, па крајбрежните фарми имаат помало визуелно влијание, но трошоците за изградба и одржување се поголеми. По околу 20 години, сечилата на турбината на ветер треба да се заменат со поголеми ножеви, а истражувањето продолжува за тоа како најдобро да се рециклираат и како да се произведат ножеви кои се полесни за рециклирање.^[46]

Хидроенергија

Меѓу изворите на обновлива енергија, хидроцентралите ја имаат предноста на долговечноста — многу постојни централи работат повеќе од 100 години. Исто така, хидроцентралите се чисти, имаат малку емисии и можат да ја компензираат непостојаноста на ветерната и сончевата енергија.^[47] Критиките упатени кон хидроцентралите од големи размери вклучуваат: дислокација на луѓето што живеат каде што се планираат резервоарите и ослободување на стакленички гасови за време на изградбата и поплавувањето на резервоарот.^[48] Сепак, откриено е дека високите емисии се поврзани само со плитки акумулации во топли (тропски) локации, а иновациите во технологијата на хидроенергетските турбини овозможуваат ефикасен развој на хидроелектрични проекти со ниско влијание врз реката.^[49] На пример, „hidroEngine“ на „Schneider Linear“ е едноставно робустен и економичен.^[50]

Во 2019 година, со хидроенергија се снабдила 16 % од светската електрична енергија, што е помалку од скоро 20 % од средината до крајот на XX век,^[51][52] а со хидромоќ се снабдила Канада за 60 % и Бразил со скоро 80 %^[51] Од 2017 година, изградбата на нови хидроцентрали е запрена или забавена од 1980 година во повеќето земји, освен во Кина.^[51]

Биомаса

Плантажа со шеќерна трска што дозволува производство на етанол во Бразил

Топлинско-енергетска електрана што користи дрво за да обезбеди струја за над 30.000 домаќинства во Франција

Биомасата е биолошки материјал добиен од живи, или неодамна живи организми. Како извор на енергија, биомасата може да се изгори за да се произведе топлина и да се генерира електрична енергија или да се претвори во модерни биогорива како што се биодизелот и етанолот.

Биомасата е исклучително разновидна и еден од најкористените извори на обновлива енергија. Таа е достапна во многу земји, што ја прави привлечна за намалување на зависноста од увезени фосилни горива. Ако производството на биомаса е добро управувано, емисиите на јаглерод може значително да се неутрализираат со апсорпција на јаглерод диоксид од растенијата за време на нивниот животен век. Сепак, овој „јаглероден долг“ може да се врати премногу доцна (особено во САД).^[53] Ако изворот на биомаса е земјоделски или комунален отпад, горењето или претворањето во биогас, исто така, обезбедува начин за отстранување на овој отпад.^[20] Производството на биоенергија може да се комбинира со јаглеродното прибирање и складирање за да се создаде систем со нула јаглерод или негативен јаглерод, но сомнително е дека овој начин може да се примени доволно брзо.^[54]

Ако се собере биомаса од земјоделските култури, како што се насадите на дрвја, одгледувањето на овие култури може да ги измести природните екосистеми, да ги деградира почвите и да троши водните ресурси и синтетичките ѓубрива.^[20][55] Во некои случаи, овие влијанија всушност можат да резултираат со поголеми вкупни емисии на јаглерод во споредба со користењето на горива засновани на нафта.^[55][56]

Биогорива

Биогоривата се горива, како што е етанолот, произведени од разни видови на биомаса, како што е пченката или шеќерната репка. Биогоривата обично се течни и се користат за напојување на превозот, честопати се мешаат со течни фосилни горива како што се бензин, дизел или керозин. Од 2020 година се расправа кои се одржливи биогорива.

Целулозниот етанол има многу придобивки во однос на традиционалниот етанол заснован на пченка. Не одзема или пак коси со снабдувањето со храна, бидејќи се произведува од дрво, трева или делови од растенија што не се јадат.^[57] Покрај тоа, некои студии покажаа дека целулозниот етанол е потенцијално поекономичен и економски одржлив од етанолот заснован на пченка.^[58] Од 2018 година, напорите за комерцијализирање на производството на целулозен етанол се главно разочарувачки, но новите комерцијални напори продолжуваат.^[59][60]

Употребата на земјоделското земјиште за одгледување гориво може да резултира со помалку земјиште на располагање за одгледување храна. Бидејќи фотосинтезата е суштински неефикасна, а земјоделските култури исто така бараат значителни количини на енергија за собирање, сушење и транспорт, количината на произведена енергија по единица површина на земјата е многу мала, во опсег од 0,25 до 1,2 Wh/m² (вати на метар квадратен)^[55] Во Соединетите Држави, етанолот врз основа на пченка заменил помалку од 10 % од употребата на моторен бензин од 2011 година, а потрошил околу 40 % од годишната жетва на пченка во земјата.^[55] Во Малезија и Индонезија, расчистувањето на шумите за производство на палмино масло за биодизел доведе до сериозни социјални и еколошки ефекти, бидејќи овие шуми се критични јаглеродни мијалници и живеалишта за загрозените видови.^[61] Во 2015 година, годишното глобално производство на течни биогорива било еквивалентно на 1,8 % од енергијата извлечена од сурова нафта.^[51]

Геотермална енергија

Геотермалната енергија се произведува со доаѓање во допир со топлинската енергија создадена и зачувана во земјата. Таа произлегува од радиоактивното распаѓање на изотопот на калиумот и другите елементи што се наоѓаат во Земјината кора.^[62] Геотермалната енергија може да се добие со дупчење во земјата, многу слично со истражувањето на нафта, а потоа се носи со течност за пренос на топлина (на пр. вода, саламура или пареа). Во рамките на овие системи, на кои им е неопходна течноста, постои можна загриженост од слегнување и контаминација на подземните водни ресурси. Затоа, заштитата на ресурсите на подземните води е неопходна во овие системи. Ова значи дека е потребно внимателно производство и инженерство на акумулацијата во резервоарите на геотермалните системи во кои доминира течноста.^[63] Геотермалната енергија се смета за одржлива бидејќи таа топлинска енергија постојано се надополнува.^[64]

Геотермалната енергија може да се искористи за производство на електрична енергија за греење. Технологиите што се користат вклучуваат централи за сува пареа, централи за пареа и централи со бинарен циклус. Заклучно со 2010 година, геотермалното производство на електрична енергија се користело во 24 земји,^[65] додека геотермалното греење се користи во 70 земји.^[66] Меѓународните пазари пораснале со просечна годишна стапка од 5 % во текот на три години до 2015 година.^[67]

Геотермалната енергија се смета за одржлив, обновлив извор на енергија, бидејќи собирањето на топлината е мала во споредба со топлинската содржина на Земјата.^[68] Емисиите на стакленички гасови во геотермалните електрани се во просек 45 грама јаглерод диоксид по киловат-час електрична енергија или помалку од 5 % од онаа на обичните постројки на јаглен.^[66]

Морска енергија

Морската енергија е главно моќта од плимата и моќта од брановите. Од 2020 година, неколку мали централи на плима и осека работат во Франција и Кина,^[51] а инженерите продолжуваат да се обидуваат да ја направат опремата за брановата моќ поотпорна од невремињата.^[69]

Јадрена енергија

Јадрените централи се користат од 1950-тите години за незагадувачко производство, стабилна електрична енергија, без да создаваат локално загадување на воздухот. Во 2012 година, атомските централи во 30 земји генерирале 11 % од глобалната електрична енергија.^[70] Меѓувладиниот панел за климатски промени смета дека јадрената енергија е нискојаглероден извор на енергија, со емисии на стакленички гасови (вклучувајќи ископување и преработка на ураниум) слични на емисиите од обновливите извори на енергија.^[71] Од 2020 година, јадрената енергија обезбедува 50 % од електричната енергија во Европската Унија со ниско ниво на јаглерод и 26 % од вкупното производство на енергија во Европа.^[72]

Постои значителна полемика околу тоа дали јадрената енергија може да се смета за одржлива, а дебатите се вртат околу ризикот од јадрени несреќи, трошоците и времето потребни за изградба на нови постројки, генерирање радиоактивен јадрен отпад и потенцијалот на јадрената енергија да придонесе кон јадрено проширување. Овие проблеми го поттикнаа антијадреното движење и доведоа до намалување на придонесот на јадрената енергија во глобалното снабдување со електрична енергија од 1993 година.^[70] На глобално ниво, спротивставувањето кон јадрената енергија изнесуваше 62 % во 2011 година.^[73] Јавната поддршка на јадрената енергија е честопати мала како резултат на безбедносни проблеми, меѓутоа за секоја произведена единица на енергија, јадрената енергија е далеку побезбедна од енергијата на фосилните горива. Рудниците за ураниум што се користат за гориво на јадрените постројки за јадрено цепење е необновлив ресурс, но постојат доволни количини за да се обезбеди снабдување за стотици години.^[74]

Традиционалните еколошки групи како Грин пис и Клубот Сиера се противат на секаква употреба на јадрена енергија.^[75] Поединци кои ја опишале јадрената енергија како зелен извор на енергија се филантропот Бил Гејтс^[76] и екологистот Jamesејмс Ловлок.^[77]

Проценката на сигурноста за веќе постоечките атомски централи да ги прошират своите животи, можеби и до 80 години,^[78] продолжува.^[79] Без оглед на несреќите во минатото, јадрената енергија останува најбезбеден извор на енергија на располагање по единица енергија во споредба со другите извори.^[80]

Некои понови дизајни на јадрени реактори се способни да извлекуваат енергија од јадрениот отпад и кога ќе биде безбеден (или значително помалку опасен) и имаат одлики на дизајнот што во голема мера ја минимизираат можноста за јадрена несреќа. Овие дизајни (на пример, реакторот на стопена сол) допрва треба да се комерцијализираат. Ториумот е цепен (расцеплив) материјал што се користи во јадрената енергија заснована на ториум. Циклусот на гориво на ториум дава неколку потенцијални предности во однос на циклусот на гориво со ураниум, вклучувајќи поголемо изобилство, супериорни физички и јадрени својства, подобра отпорност кон ширењето на јадреното оружје^[81][82][83] и намалено производство на плутониум. Затоа, понекогаш се третира како одржлив извор.^[84]

Јадрено соединување

Потенцијален извор на енергија е јадреното цепење (за разлика од јадреното цепење што се користи денес). Соединувањето е реакцијата што постои во ѕвездите, вклучувајќи го и Сонцето. Соединувачките реактори што моментално се во изградба (МТНЕР) се очекува да бидат суштински безбедни поради недостатокот на јадрена верижна реакција и со тоа што не произведуваат долгорочен јадрен отпад.^[85] Горивата за реактори на јадрено соединување се многу достапни, како девтериум, литиум и тритиум.^[86]

Сектори

Моќ

Во споредба со греењето и превозот, обновливите извори на енергија се зголемени значително побрзо во енергетскиот сектор. Почнувајќи од 2018 година, околу една четвртина од целата енергија доаѓа од современи обновливи извори.^[87]

Топлина

Предмет на расправа се улогите на топлината од отпадот,^[88] сончевата топлинска енергија, геотермалната енергија, електрификацијата, биомасата и водородот во производството на одржлива топлина.^[89][90][91]

Транспорт

Постојат повеќе начини да се направи транспортот одржлив. Јавниот превоз обично бара помалку енергија по патник отколку личните возила, како што се автомобилите. Во градовите, транспортот може да се направи почист со стимулирање на немоторен транспорт, како што е велосипедизмот. Енергетската ефикасност на автомобилите значително се зголемува, често поради иновациите водени од регулативите. Електричните возила користат помалку енергија на километар, а бидејќи електричната енергија одржливо се создава полесно од горивото, исто така придонесува за поодржлив превоз.^[92] Водородните возила можат да станат алтернатива на електричните возила, но забележале помал удел.^[93]

Јаглеродно собирање и складирање

Во теорија, емисиите на стакленички гасови на централите на фосилно гориво и биомаса можат значително да се намалат преку јаглеродно собирање и складирање, иако овој процес е скап. Според меѓувладиниот панел за климатски промени, патот со најниски трошоци за исполнување на целта од 2 °C вклучува масовно распоредување на еден специфичен вид на технологија за спречување на негативни емисии наречена биоенергија од јаглеродно прибирање и складирање или БЕЈПС.^[94] Сепак, за постигнување на оваа цел преку БЕЈПС потребни се повеќе ресурси отколку што се моментално достапни ширум светот. На пример, за да се зафатат 10 милијарди тони CO
2 годишно (GtCO
2/y) ќе треба биомаса голема колку 40 % од светските земјоделски култури.^[95]

Управување со непостојаните извори на енергија

Сончевата и ветерната моќ се променливи извори на обновлива енергија (НОЕ) кои снабдуваат електрична енергија во зависност од времето (метео) и времето од денот. Целокупната непостојаност може да се намали со комбинирање на овие извори,^[96][97] а на некои места, батериите можат да се комбинираат за да се елиминира прекинот комплетно, така што целата инсталација ќе произведува моќност што ќе биде сигурна.^[98]

Повеќето електрични мрежи се конструирани за непрекинати извори на енергија, како што се централите на јаглен.^[99] Половина од светската електрична енергија ќе треба да биде ветерна и сончева до 2030 година, за да се ограничи глобалниот пораст на температурите на нешто под 2 °C до 2050 година.^[100] Бидејќи поголем дел од инфраструктурата на сончевата и ветерната енергија се интегрирани во мрежата, неопходно е да се направат измени во целокупниот систем за да се осигура дека снабдувањето со електрична енергија е соодветно на побарувачката. Овие промени можат да го вклучуваат следново:

• Користење на хидроелектрична енергија,^[101] постројки за природен гас^[102] или атомски централи^[103] за производство на резервна енергија
• Користење на мрежно складирање за чување на вишокот сончева и ветерна енергија и користење по потреба. Најчесто користениот метод за складирање е ревирзибилната хидроелектрична енергија, што е изводлива само на локации што се наоѓаат до високи ридови или длабоки подземени рудници. Батериите се распространети нашироко. Други технологии за складирање, како што се „моќ во гас“, се користат во ограничени ситуации.^[104]
• Тргување со електрична енергија со други локации меѓу регионалните мрежи или преку еднонасочни далноводи
• Намалување на побарувачката за електрична енергија во одредени периоди преку управување со побарувачката на енергија и користење на паметни мрежи.
• Промени во пазарот на енергија или поточно пазарот на електрична енергија, така што флексибилноста при напојувањето е подобро платена.^[105][106]

Почнувајќи од 2019 година, трошоците и логистиката за складирање на енергијата за големите центри на население се значаен предизвик, иако цената на системите за батерии е драматично опадната.^[107] На пример, студија од 2019 година, тврди дека за сончевата и ветерната енергија да го заменат целото производство на фосилни горива за една недела со екстремно студени температури на истокот и средниот запад на САД, капацитетот за складирање на енергија треба да се зголеми од 11 GW на 230 до 280 GW, во зависност од тоа колку јадрена енергија се заменува.

Пумпаното складирање, како и јаглените централи со оптоварување по побарувачка, фосилниот гас и јадрените централи се најраспространетите техники за балансирање на непостојаните извори на енергија од 2020 година.

Складирање на енергија

Некои технологии овозможуваат краткорочно складирање на енергија, додека други можат да складираат многу подолго. Во најголемиот дел, за складирање на енергија во моментов доминираат хидроелектричните брани и пумпните хидроелектрани. Мрежното енергетско складирање е збир на методи што се користат за складирање на енергија од големи размери во електрична мрежа.

Чести примери на складирање на енергија се акумулаторите, кои ја складираат електрична енергија како хемиска енергија, која лесно се претвора во електрична енергија при враќање во мрежата, потоа хидроелектричната брана, која складира енергија во вештачките езера како гравитациска потенцијална енергија и ледените резервоари, кои складираат мраз замрзнат со поевтина енергија во текот на ноќта за да се задоволи високата дневна побарувачка за ладење.

Водород

Водородот е незагадувачко гориво што може да се произведе со употреба на електролиза за да се поделат молекулите на водата во водород и кислород. Водородот може да игра улога за складирање на енергија во одржлив енергетски систем доколку електричната енергија што се користи за производство на истата се генерира од одржливи извори, како што се ветерот или сонцето. Водородот може да се произведе кога има вишок на непостојана обновлива електрична енергија, за потоа да се складира и да се користи за производство на топлина или за повторно создавање електрична енергија. Водородот може да се дистрибуира преку бродови^[108] или преку цевководи. Дваесет проценти можат да се додадат во цевководите за природен гас без промена на цевководите или домашните апарати,^[109] но бидејќи водородот има помала енергетска густина, ова би заштедило само 7 % од емисиите.^[110] Од 2020 година, во тек се испитувања за тоа како да се претворат цевководите на природен гас во 100 % за водород, со цел да се намалат или отстранат емисиите од станбено и индустриско греење на природен гас.^[111] Водород може да се користи за напојување на возила што имаат водородни горивни ќелии.^[112] Бидејќи има голема зафатнина, а содржи мало количество на енергија, полесно е да се користи во бродовите напојувани од водород или тешките патни возила,^[113] отколку во автомобилите и авионите.

Од 2018 година, многу малку од снабдувањето со водород во светот се создава од одржливи извори. Скоро целиот водород е создаден со реформирање со метанска пареа (РМП), што резултира со високи емисии на стакленички гасови, но е поевтино од создавање водород преку електролиза. Иако може да се собере малку јаглерод од РМП, процесот може да биде поодржлив со употребата на автотермално реформирање и технологии за собирање и складирање на јаглеродот за да се отстрани поголемиот дел од емитуваниот јаглерод диоксид.^[111]

Префрлање од јаглен или дрво во природен гас или течен нафтен гас

Во просек, за одредена единица произведена енергија, емисиите на стакленички гасови на природен гас се околу половина од емисиите на јаглен кога се користат за производство на електрична енергија и околу две третини од емисиите на јаглен кога се користат за производство на топлина. Сепак, намалувањето на протекувањето на метанот е императивно.^[114] Природниот гас исто така произведува значително помало загадување на воздухот од јагленот. Градењето на електраните на гас и гасоводите се промовира како начин да се отстрани загадувањето со горење јаглен и дрво (и да се зголеми снабдувањето со енергија во некои африкански земји со брзо растечко население или економија),^[115] но сепак оваа практика е контроверзна. Противниците тврдат дека развојот на инфраструктурата за природен гас ќе создаде децении избегнување од преминувањето кон чистите извори на енергија и дека обновливите извори создаваат далеку помалку емисии со споредливи трошоци.^[116] Емисиите од природен гас се околу 40 пати поголеми од емисиите на ветерната и јадрената енергија.^[117]

Електрификација

Електрификацијата е клучен дел од одржливото користење на енергија, бидејќи многу популарни технологии за одржлива енергија се засноваат на електричната енергија.^[118] Од 2018 година, се проценува дека 860 милиони луѓе немаат електрична енергија, од кои 600 милиони се во потсахарска Африка.^[119] Според извештајот на МЕА од 2019 година за потсахарска Африка, „сегашните и планираните напори за обезбедување пристап до современи енергетски услуги едвај го надминуваат растот на населението“, што значи дека сепак на крајот би останале над половина милијарда луѓе без електрична енергија и над милијарда луѓе без чисто готвење до 2030 година.^[115] Но, според извештајот, ова може значително да се подобри, делумно со забрзувањето преку електрификацијата.

Според МПКП, експлицитната цена на јаглеродот, паралелно со енергетските специфични политики, се неопходни механизми за ограничување на глобалното затоплување на 1,5 °C.^[27]

Специфичните програми и регулативи за енергија се историска основа во напорите за намалување на емисиите на фосилни горива.^[121] Успешните случаи ја вклучуваат изградбата на јадрените реактори во Франција во 70-тите и 80-тите години на минатиот век и стандардот за емисија на горивото во САД, кои заштедија милијарди литри нафта. Други примери на енергетски специфични политики ги вклучуваат барањата за енергетската ефикасност во градежните кодови, забраната на нови постројки за електрична енергија на јаглен, стандардите за изведба на домашните електрични апарати и поддршката за употреба на електрични возила.^{[122] [27]} Како и да е, субвенционирањето на фосилните горива остануваат суштинска бариера за преминот кон систем на чиста енергија.^[123]

Даноците на јаглерод се ефикасен начин за поттикнување кон економии со ниско ниво на јаглерод, истовремено обезбедувајќи извори на приход што можат да се искористат за намалување на други даноци^[124] или за да им се помогне на домаќинствата со пониски примања да си дозволат поголеми трошоци за енергија.^[125] Даноците на јаглерод доживуваат силно политичко одбивање во некои јурисдикции, додека енергетските специфични политики имаат тенденција да бидат политички побезбедни.^[121] Според ОЕСР, климатските промени не можат да се ограничат без даноците на јаглерод, но 70 % од емисиите на CO
2 поврзани со енергија воопшто не биле оданочувани во 2018 година.^[126] Некои студии проценуваат дека комбинацијата на данокот на јаглерод со специфични енергетски политики би биле поевтини отколку само данокот на јаглерод.^[27]

• Влијанието на енергетската индустрија врз животната средина
• Дивестирање на фосилни горива
• Емисии на стакленички гасови од изворите на енергија
• Одржлива енергија за сите

• Bruckner, T.; и др. (2014). „Chapter 7: Energy Systems“ (PDF). Intergovernmental Panel on Climate Change Fifth Assessment Report 2014. стр. 511–597.
• Edenhofer, Ottmar (2014). Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change : Working Group III contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. New York, NY: Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-05821-7. OCLC 892580682.CS1-одржување: ref=harv (link)
• IPCC, 2018: Global Warming of 1.5 °C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5 °C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty [V. Masson-Delmotte, P. Zhai, H. O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea, P.R. Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, J. B. R. Matthews, Y. Chen, X. Zhou, M. I. Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor, T. Waterfield (eds.)].
  • Report website, chapters I–V
  • Summary for policymakers, 32 pp.
• Kutscher, C.F.; Milford, J.B.; Kreith, F. (2018). Principles of Sustainable Energy Systems, Third Edition. Mechanical and Aerospace Engineering Series. CRC Press. ISBN 978-0-429-93916-7. Посетено на 10 February 2019.CS1-одржување: ref=harv (link)
• REN21 (2020). Renewables 2020: Global Status Report (PDF). Paris. ISBN 978-3-948393-00-7.
• Smil, Vaclav (2017a). Energy Transitions: Global and National Perspectives. Santa Barbara, California: Praeger, an imprint of ABC-CLIO, LLC. ISBN 978-1-4408-5324-1. OCLC 955778608.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Smil, Vaclav (2017b). Energy and Civilization : A History. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press. ISBN 978-0-262-03577-4. OCLC 959698256.CS1-одржување: ref=harv (link)
• Tester, Jefferson (2012). Sustainable Energy : Choosing Among Options. Cambridge, MA: MIT Press. ISBN 978-0-262-01747-3. OCLC 892554374.CS1-одржување: ref=harv (link)

Статијата „Одржлива енергија“ е избрана статија. Ве повикуваме и Вас да напишете и предложите избрана статија (останати избрани статии).