Pertanian surya 32-megawatt di Long Island, New York, satu langkah untuk beralih ke infrastruktur energi rendah karbon. brookhavenlab / flickr, CC BY-NC

Setiap solusi jangka panjang akan memerlukan "decarbonizing" ekonomi energi dunia - yaitu beralih ke sumber daya yang menggunakan sedikit atau tanpa bahan bakar fosil.

Seberapa cepat ini bisa terjadi, dan apa yang bisa kita lakukan untuk mempercepat pergeseran ini?

Melihat sejarah infrastruktur lain menawarkan beberapa petunjuk.

Infrastruktur Energi

Dekarbonisasi adalah masalah infrastruktur, salah satu yang terbesar kemanusiaan yang pernah dihadapi. Ini melibatkan tidak hanya produksi energi, tetapi juga transportasi, penerangan, pemanasan, pendinginan, memasak dan sistem dan layanan dasar lainnya. Infrastruktur bahan bakar fosil global yang tidak hanya mencakup sumur minyak dan gas, tambang batu bara, kapal tanker minyak raksasa, pipa dan kilang, tetapi juga jutaan mobil, SPBU, truk tangki, depot penyimpanan, pembangkit tenaga listrik, kereta api batubara, sistem pemanas, kompor dan oven.

Total nilai semua infrastruktur ini adalah di urutan US $ 10 triliun, atau hampir dua pertiga produk domestik bruto AS. Tidak ada yang mahal dan mahal yang akan diganti dalam setahun, atau bahkan beberapa tahun lagi. Butuh beberapa dekade.

Namun ada kabar baik, semacamnya, karena semua infrastruktur akhirnya habis. SEBUAH 2010 studi bertanya: bagaimana jika infrastruktur energi saat ini diizinkan untuk menjalani masa manfaatnya, tanpa diganti?

Jawaban mengejutkan: jika setiap pembangkit listrik tenaga batu bara usang ditukar surya, angin atau air, dan setiap mobil bertenaga gas mati diganti dengan listrik satu, dan seterusnya, kita mungkin hanya tinggal dalam kita batas planet.

Menurut penelitian, menggunakan infrastruktur yang ada sampai berantakan tidak akan mendorong kita melewati pemanasan global derajat 2 Celsius bahwa banyak ilmuwan lihat sebagai batas atas dari perubahan iklim dapat diterima.

Masalahnya, tentu saja, adalah bahwa kita tidak melakukan ini. Sebaliknya, kami mengganti sistem usang dengan lebih sama, sementara pengeboran, pertambangan dan bangunan bahkan lebih. Tapi itu bisa berubah.

Take-off To Build-out: A 30-100-tahun Timeline

sejarawan infrastruktur seperti diriku mengamati pola tipikal. Fase inovasi yang lebih lambat diikuti oleh fase "lepas landas", di mana sistem teknis baru dibangun dengan cepat dan diterapkan di seluruh wilayah, sampai infrastruktur stabil pada "build-out".

Pola temporal ini sangat mirip di semua jenis infrastruktur. Di Amerika Serikat, fase take-off kanal, rel kereta api, telegraf, jaringan pipa minyak dan jalan beraspal. berlangsung 30-100 tahun. Fase take-off dari radio, telepon, televisi dan internet setiap berlangsung 30-50 tahun.

Sejarah infrastruktur menunjukkan bahwa "take-off" dalam produksi listrik terbarukan telah dimulai dan akan bergerak sangat cepat sekarang, terutama kapan dan di mana pemerintah mendukung tujuan tersebut.

instalasi tenaga surya dan angin sedang berkembang lebih cepat dari sumber tenaga listrik lainnya, tumbuh pada tingkat tahunan seluruh dunia 50% dan 18% masing-masing dari 2009-2014. Sumber-sumber ini dapat kuda-kudaan pada infrastruktur yang ada, memompa listrik ke jaringan listrik (meskipun produksi listrik intermiten mereka membutuhkan manajer untuk menyesuaikan mereka teknik load-balancing). Tapi angin dan matahari juga dapat menyediakan listrik "off-grid" ke rumah masing-masing, peternakan dan lokasi terpencil, memberikan sumber-sumber fleksibilitas yang unik.

Beberapa negara, terutama Jerman dan China, telah membuat komitmen besar untuk energi terbarukan.

Jerman sekarang mendapat lebih dari 25% daya listriknya dari energi terbarukan, membantu mengurangi total output karbonnya lebih% 25 relatif terhadap 1990. China telah memproduksi lebih banyak tenaga surya daripada negara lain, dengan basis terinstal di atas 30 gigawatt dan rencana untuk mencapainya 43 gigawatt pada akhir tahun ini. Di Australia antara 2010 dan 2015, kapasitas surya fotovoltaik tumbuh dari 130 megawatt sampai 4.7 gigawatts - Tingkat pertumbuhan tahunan dari 96%.

Dikombinasikan dengan teknologi pelengkap seperti mobil listrik, pencahayaan LED yang efisien, dan pemanasan dan pendinginan panas bumi, transisi ini dapat membuat kita lebih dekat dengan netralitas karbon.

Mungkinkah garis waktu 30-100 tahun untuk pembangunan infrastruktur dipercepat? Beberapa indikator menunjukkan bahwa jawabannya mungkin "iya."

Pertama, dalam kasus listrik, hanya sumber daya yang perlu diganti; jaringan listrik - tiang, kabel dan peralatan lainnya yang mengangkut listrik - harus dikelola secara berbeda, namun tidak dibangun kembali dari awal. Kedua, negara-negara kurang maju mungkin memanfaatkan teknologi terbarukan untuk "melompati" hampir seluruhnya di atas infrastruktur yang lebih tua.

Hal serupa terjadi di masa lalu. Karena 2000, misalnya, jaringan telepon seluler telah menjangkau sebagian besar negara berkembang - dan secara bersamaan menghindari pelepasan jalur landas yang lamban dan mahal, dimana banyak tempat seperti sekarang tidak akan pernah dibangun di luar kota-kota besar.

Sejajar dengan energi adalah menyalakan bangunan, peternakan, permukiman informal dan tempat-tempat lain yang perlu dilengkapi panel surya portabel dan kincir angin kecil, yang dapat dipasang hampir di mana saja tanpa memerlukan jalur listrik jarak jauh. Ini pun sudah terjadi di seantero dunia berkembang.

Di negara maju, namun, transisi ke energi terbarukan akan cenderung memakan waktu lebih lama.

Di wilayah tersebut, tidak hanya peralatan, tapi juga keahlian, pendidikan, keuangan, hukum, gaya hidup dan sistem sosiokultural lainnya, keduanya mendukung dan bergantung pada infrastruktur energi berbasis bahan bakar fosil. Ini juga harus disesuaikan dengan perubahan.

Beberapa - terutama industri batubara, minyak, dan gas bumi yang besar - akan kehilangan banyak dalam transisi semacam itu. Komitmen historis ini menghasilkan resistensi politik yang pasti, seperti yang kita lihat di Amerika Serikat saat ini.

Masalah sulit, Termasuk Kompetisi Dari Bahan Bakar Fosil

Infrastruktur energi, tentu saja, bukanlah satu-satunya tantangan. Memang, dekarbonisasi penuh dengan kesulitan teknis yang sangat besar.

Isolasi bangunan tua, meningkatkan ekonomi bahan bakar, dan memasang gigi listrik lebih efisien yang jauh cara yang paling hemat biaya untuk mengurangi jejak karbon, tapi ini gagal menggairahkan orang dan tidak bisa dengan mudah dipamerkan.

Saat ini dan untuk masa yang akan datang, tidak ada sumber energi yang benar-benar dapat menjadi "nol karbon", karena perangkat bertenaga fosil digunakan untuk menambang bahan baku dan untuk mengangkut produk jadi, termasuk sistem tenaga terbarukan seperti panel surya atau turbin angin.

Listrik adalah bentuk mengagumkan fleksibel energi, tapi menyimpannya tetap teka-teki; hari ini teknologi baterai terbaik membutuhkan lithium, elemen relatif jarang. Dan meskipun penelitian intensif, baterai tetap mahal, berat, dan lambat untuk mengisi ulang.

Tanah langka - unsur yang sangat jarang ditemukan hanya di beberapa tempat - saat ini sangat penting untuk turbin angin dan teknologi terbarukan lainnya, menciptakan kekhawatiran yang sah tentang persediaan masa depan.

Akhirnya, dalam banyak keadaan, pembakaran minyak, batu bara dan gas alam akan tetap menjadi cara termudah dan paling murah untuk memberikan tenaga.

Misalnya, mode transportasi utama seperti pengiriman antar benua, perjalanan udara dan truk jarak jauh tetap sangat sulit untuk dikonversi ke sumber daya terbarukan. Biofuel menawarkan satu kemungkinan untuk mengurangi jejak karbon dari sistem transportasi ini, namun banyak tanaman tumbuh sebagai bahan baku biofuel yang bersaing dengan tanaman pangan dan / atau lahan liar.

Namun, tujuan akhir dari penyediaan semua kebutuhan energi dunia dari sumber terbarukan tampaknya layak dilakukan secara prinsip. SEBUAH studi baru-baru ini menemukan bahwa kebutuhan tersebut bisa mudah dipenuhi dengan hanya angin, air dan tenaga surya, dengan harga konsumen tidak lebih tinggi dari sistem energi saat ini.

Infrastruktur Sebagai Komitmen Sosial

Dari mana semua ini meninggalkan kita menjelang Paris?

Dekarbonisasi yang dipercepat tidak dapat dicapai dengan inovasi teknis semata, karena infrastruktur bukan hanya sistem teknologi. Mereka mewakili jaringan kompleks komitmen finansial, sosial dan politik yang saling menguatkan, masing-masing dengan sejarah panjang dan pembela yang berurat berakar. Untuk alasan ini, perubahan besar akan memerlukan pergeseran budaya dan perjuangan politik yang substansial.

Di sisi budaya, satu slogan yang bisa menginspirasi percepatan perubahan bisa jadi "demokrasi energi": Gagasan bahwa orang dapat dan harus menghasilkan energi mereka sendiri, pada skala kecil, di rumah dan di tempat lain juga.

Teknik konstruksi baru dan biaya panel surya yang rendah telah membawa rumah "bersih-nol" (yang menghasilkan energi sebanyak yang dikonsumsi penduduk mereka) dalam jangkauan finansial orang biasa. Ini adalah salah satu komponen ambisius Jerman Energiewende, Atau negara ini Transisi energi dari bahan bakar fosil.

Dalam sejarah infrastruktur, fase take-off telah sering dipercepat ketika teknologi baru keluar dari pengaturan perusahaan dan pemerintah yang besar untuk diadopsi oleh individu dan bisnis kecil. Tenaga listrik di awal abad 20th dan penggunaan internet di 1990s adalah contoh kasusnya.

Di Queensland, Australia, lebih dari 20% rumah sekarang menghasilkan listrik mereka sendiri. Contoh ini menunjukkan kemungkinan bahwa "titik kritis" terhadap norma sosial matahari atap baru telah dicapai di beberapa tempat. Sebenarnya, a Studi terbaru menemukan bahwa indikator terbaik dari apakah pemilik rumah yang diberikan menambahkan panel surya untuk rumah adalah apakah tetangga sudah punya mereka.

Potongan Of A Puzzle

Banyak pendekatan kebijakan yang berbeda bisa membantu, baik untuk mengurangi konsumsi dan meningkatkan pangsa energi terbarukan dalam bauran energi.

kode bangunan dapat secara bertahap disesuaikan dengan mengharuskan setiap atap menghasilkan energi, dan / atau tergeser sampai ke LEED "green building" standar. Sistem pajak karbon atau cap-and-trade yang meningkat secara bertahap (sudah ada di tempat di beberapa negara) akan memacu inovasi sambil mengurangi konsumsi bahan bakar fosil dan mempromosikan penggunaan energi terbarukan.

Di Amerika Serikat, setidaknya, menghilangkan banyak subsidi yang saat ini mengalir ke bahan bakar fosil Mungkin secara politis lebih mudah daripada mengenakan pajak karbon, namun mengirim sinyal harga yang sama.

Pemerintahan Obama Power Plan bersih untuk mengurangi output karbon dari pembangkit listrik berbahan bakar batubara merupakan perubahan kebijakan yang tepat. Ini menendang secara bertahap untuk memberi waktu kepada perusahaan utilitas untuk menyesuaikan dan masih menangkap sistem penyimpanan dan penyimpanan karbon baru untuk dikembangkan. EPA memperkirakan bahwa rencana tersebut akan menghasilkan $ 20 miliar untuk manfaat perubahan iklim, serta manfaat kesehatan sebesar $ 14- $ 34 miliar, sementara harganya jauh lebih rendah.

Karena gas rumah kaca berasal dari berbagai sumber, termasuk pertanian, peternakan, pendingin dan deforestasi (untuk nama hanya beberapa), ada lebih banyak untuk decarbonizing ekonomi global daripada mengkonversi ke sumber energi terbarukan.

Artikel ini telah ditangani hanya satu bagian dari yang puzzle yang sangat besar, tapi perspektif infrastruktur dapat membantu kita berpikir tentang masalah mereka juga.

Sejarah infrastruktur memberitahu kita bahwa dekarbonisasi tidak akan terjadi hampir secepat mungkin. Tapi itu juga menunjukkan bahwa ada cara untuk mempercepat perubahan, dan ada saat-saat kritis ketika banyak hal bisa terjadi dengan sangat cepat.

Kita mungkin di ambang momen tersebut. Sebagai negosiasi iklim Paris mengembangkan, mencari inspirasi dalam banyak komitmen nasional untuk mendorong proses ini ke depan.

Tentang Penulis

Paul N Edwards, Profesor Informasi dan Sejarah, Universitas Michigan. Dia menulis dan mengajarkan tentang infrastruktur pengetahuan dan informasi. Edwards adalah penulis A Vast Machine: Model Komputer, Data Iklim, dan Politik Pemanasan Global (MIT Press, 2010) dan The Closed World: Komputer dan Politik Wacana dalam Perang Dingin Amerika (MIT Press, 1996), dan co-editor Mengubah Atmosfer: Pengetahuan Pakar dan Tata Kelola Lingkungan (MIT Press, 2001), serta banyak artikel.

Artikel ini awalnya diterbitkan pada Percakapan. Membaca Artikel asli.

Buku terkait:

at Pasar InnerSelf dan Amazon