211service.com
Klimaanleggsteknologi er den store tapte muligheten i kampen mot klimaendringer
Sergei Akulich / Pexels
Da rekordbrytende hetebølger bakte kaliforniske innbyggere forrige måned, tvang den kollektive belastningen av millioner av klimaanlegg statens nettoperatører til å kaste hundretusenvis av husstander ut i mørket.
De rullende strømbruddene ga bare et lite hint om hva som sannsynligvis vil komme i California og langt utover. Økende befolkninger, økende inntekter, økende urbanisering og stigende sommertemperaturer kan tredoble antallet AC-enheter installert over hele verden innen midten av århundret, og presse totalen mot 6 milliarder, ifølge Det internasjonale energibyrået sin Future of Cooling-rapport.
Klimaanlegg representerer faktisk en av de mest lumske utfordringene ved klimaendringer, og et av de vanskeligste teknologiske problemene å fikse. Jo mer verden varmes opp, jo mer trenger vi avkjøling – ikke bare for komfort, men for helsen og overlevelse i store deler av verden.
Men klimaanlegg produserer selv nok varme til å øke temperaturen i byene målbart, og de lekker ut svært potente drivhusgasser også. I tillegg vil disse milliarder av energisyke nye enheter skape en av de største kildene til økende etterspørsel etter elektrisitet rundt om i verden.
Uten store forbedringer vil energibehovet fra kjøling også tredobles, og nå 6200 terawattimer innen 2050 – eller nesten en fjerdedel av verdens totale strømforbruk i dag.
Californias Death Valley kan ha etablert de høyeste temperaturene som noen gang er registrert på en pålitelig måte, midt i blemme hetebølger forrige måned.
AP-FOTO / JOHN LOCHER
Til tross for omfanget av de økende utfordringene, har det vært relativt lite midler som strømmer inn i sektoren, og få bemerkelsesverdige fremskritt innen produkter på markedet. Bortsett fra langsomme gevinster i effektivitet, den grunnleggende teknologien opererer mye som det gjorde da det ble introdusert for nesten et århundre siden.
Det faktum at vindusbruken fortsetter å øke mens produktet stort sett ser ut og fungerer på samme måte som det har gjort i flere tiår, sier Vince Romanin, administrerende direktør i San Francisco-baserte Treau, en stealth cooling startup som utvikler en ny type varme pumpe. Jeg tror mange er spente på noe nytt her, men det har bare vært gradvis fremgang.
Det har vært langt større forbedringer i kostnader og ytelse på tvers av andre energiteknologier de siste tiårene – som solcellepaneler, batterier og elektriske kjøretøy – drevet av offentlig politikk, dedikert forskningsinnsats og økende etterspørsel etter renere alternativer. Treau er en av en rekke startups og forskningsgrupper som nå prøver forskjellige måter å oppnå lignende fremskritt for kjøling.
Men selv om den globale beholdningen av AC-enheter blir mye mer effektiv, er de anslåtte sprangene i bruk så store at den globale etterspørselen etter elektrisitet fortsatt vil øke. Det vil komplisere den allerede svimlende oppgaven med å rydde opp i verdens kraftsektorer. Det betyr at nasjoner ikke bare trenger å overhale eksisterende elektrisitetsinfrastruktur; de må bygge langt større systemer enn noen gang har eksistert – og gjøre alt med karbonfrie kilder.
Milliarder av nye klimaanlegg
Å alltid kjøle ned de enorme volumene av varm luft som fyller hjem, kontorer og fabrikker er, og vil alltid være, en enorm slukking av energi.
Problemet er ikke bare at flere klimaanlegg vil kreve stadig mer strøm for å drive dem. Det er også at de vil øke mengden som trengs spesielt i høye perioder, når temperaturene virkelig steker og alle skru opp AC-en samtidig. Det betyr at vi må overbygge elektrisitetssystemer for å møte etterspørselsnivåer som kan forekomme bare noen få timer av noen få dager i året.
I Los Angeles County kan økende temperaturer kombinert med befolkningsvekst øke etterspørselen etter elektrisitet i de høye sommertidene med så mye som 51 % innen 2060 under et scenario med høye utslipp, ifølge en Studien anvendt energi 2019 av forskere ved Arizona State og University of California, Los Angeles.
Det tilsvarer omtrent 6,5 ekstra gigawatt som nettoperatører trenger for å være i stand til å bringe online på en gang, eller den umiddelbare ytelsen til nesten 20 millioner 300-watt solcellepaneler på en solrik dag.
Og det er bare for et av Californias 58 fylker. Verden vil se langt større økninger i AC-etterspørselen i nasjoner der middelklassen ekspanderer raskt og hvor hetebølger vil bli mer vanlig og alvorlig. Spesielt anslår IEA at India vil installere ytterligere 1,1 milliarder enheter innen 2050, og øke ACs andel av landets høyeste etterspørsel etter elektrisitet fra 10 % til 45 %.
Rengjøring av rutenettet
Den mest avgjørende løsningen må skje utenfor AC-industrien. Omlegging av strømnettet som helhet til økt bruk av rene energikilder, som sol og vind, vil jevnt redusere de indirekte klimagassutslippene fra energien som brukes til å drive klimaanlegg.
I tillegg kan utvikling av stadig smartere nett hjelpe elektrisitetssystemer med å takle de høye etterspørselsbelastningene av AC. Det innebærer å legge til sensorer, kontrollsystemer og programvare som automatisk kan redusere bruken når utetemperaturen synker, når folk forlater rom i lengre perioder, eller når etterspørselen begynner å øke mot tilgjengelig generasjon.
Verden kan også kutte de direkte utslippene fra AC ved å bytte til alternative kjølemedier, de kritiske forbindelsene i kjøleenheter som absorberer varme fra luften. Produsenter har i stor grad stolt på hydrofluorkarboner, som er svært potente drivhusgasser som kan lekke ut under produksjon og reparasjon eller ved slutten av en enhets levetid. Men under en 2016-endring av Montreal-protokollen , må bedrifter og land i økende grad skifte til alternativer med lavere oppvarmingseffekt, for eksempel en klasse lovende forbindelser kjent som HFOer, visse hydrokarboner som propan, og til og med karbondioksid (som i det minste har mindre oppvarmingseffekt enn eksisterende kjølemidler).
Alternative kjølemedier kan redusere utslippene med tilsvarende rundt 50 milliarder tonn karbondioksid de neste tiårene, i henhold til high-end anslaget fra en Project Drawdown-analyse . (Verden slapp ut nesten 37 milliarder tonn totalt i fjor, ifølge Global Carbon Project .)
Det er også klare måter å lette elektrisitetsbelastningen som kreves for å kjøle bygninger, inkludert å legge til isolasjon, tette luftlekkasjer, installere vindusbelegg eller filmer og bruke reflekterende farger eller materialer på hustak. Å lage slike kule tak over 80 % av landets kommersielle bygninger kan redusere årlig energibruk med mer enn 10 terawatt-timer og spare mer enn 700 millioner dollar, ifølge en tidligere studie av Lawrence Berkeley National Lab .
Unngå 'kald knas'
Men til syvende og sist må det økende antallet AC-enheter som opererer i hjem og bygninger rundt om i verden bli langt mer energieffektive for å unngå det som er kjent som den kommende kuldekrisen.
Et av de kraftigste verktøyene for å få til disse forbedringene er offentlig politikk. IEA bemerker at den beste tilgjengelige teknologien er mer enn dobbelt så effektiv som gjennomsnittet av det som faktisk er i bruk rundt om i verden, og tre ganger bedre enn de mest ineffektive produktene på markedet.
Problemet er at de fleste mennesker og bedrifter ikke kommer til å betale mye mer for mer effektive systemer bare for å bidra til å nå globale klimamål, spesielt i fattige deler av verden. Men med mandater, insentiver eller subsidier kan nasjoner bidra til at flere av enhetene som produseres og selges er mer effektive modeller.
Den anslåtte økningen i kjølerelatert energibruk krymper 45 % i midten av århundret under IEA-scenarioet som inkluderer slike retningslinjer (og forutsetter ingen teknologiske fremskritt).
Selv da ville imidlertid etterspørselen etter AC-energi fortsatt stige omtrent 70 % høyere ved midten av århundret. Det slår tredobling. Men å oppnå betydelige tilleggsgevinster kan kreve mer radikale endringer.
Radikal endring
En rekke startups prøver å presse ting videre.
Transaera, medstiftet av MIT energiprofessor Mircea Dincă, forsøker å forbedre effektiviteten betydelig ved å takle fuktigheten i luften som et separat trinn.
I tillegg til å kjøle ned omgivelsesluften, må konvensjonelle AC-enheter dedikere enorme mengder energi til å håndtere denne vanndampen, som holder på betydelig varme og får den til å føles mye mer ubehagelig. Det krever å få temperaturen ned langt utover det skiven viser, for å omdanne dampen til en væske og fjerne den fra luften.
Det er bare utrolig ineffektivt, sier Dincă. «Det er mye energi, og det er unødvendig,
Transaeras tilnærming er avhengig av en klasse svært porøse materialer kjent som metall-organiske rammeverk som kan tilpasses for å fange og klamre seg til spesifikke forbindelser, inkludert vann. Selskapet har utviklet et vedlegg for klimaanlegg som bruker disse materialene for å redusere fuktigheten i luften før den går inn i en standard enhet. Han anslår at det kan forbedre den totale energieffektiviteten med mer enn 25 %.
Transaera er finalist i $3 millioner Global Cooling Prize , en konkurranse designet for å akselerere fremskritt innen klimaanlegg for å redusere klimapåvirkningene. Selskapet tester for tiden prototyper i India i samarbeid med en avdeling av den kinesiske husholdningsgiganten Haier .
I mellomtiden har SkyCool Systems i Mountain View, California, utviklet hovedsakelig høyteknologiske speil som kan kaste varme inn i de kalde vidder av rommet , ved å dra nytte av et naturfenomen kjent som strålingskjøling.
Materialene er designet for å sende ut stråling i et smalt bånd av lysspekteret som kan skli forbi vannmolekyler og andre atmosfæriske forbindelser som ellers stråler varme tilbake mot planeten.
Plassert på hustak, kan materialene erstatte eller forsterke tradisjonelle bygningskjølesystemer. Selskapet anslår at teknologien kan redusere energien som brukes til å kjøle ned strukturer med 10 til 70 %, avhengig av konfigurasjon og klima. SkyCool er i ferd med å installere materialene på sitt fjerde kommersielle nettsted.
Andre startups utforsker ideer som geotermiske varmepumper , solid state-teknologi som unngår behovet for kjølemediegasser , og nye vendinger på evaporativ kjøling , som vanligvis er avhengig av vanngjennomvåte puter for å redusere lufttemperaturen.
Den gode nyheten er at det begynner å strømme penger til oppvarming, ventilasjon og klimaanlegg. Analysefirmaet CB Insights sporet bare åtte finansieringsavtaler verdt nesten 40 millioner dollar i 2015, men 35 til sammen rundt 350 millioner dollar i fjor. (Dette inkluderer lån, venturekapitalinvesteringer og oppkjøp.) Og det har allerede vært 39 avtaler verdt rundt 200 millioner dollar i år.
Men den dårlige nyheten er at det økte finansieringsnivået er lite sammenlignet med titalls milliarder som strømmer inn i andre energi- og teknologisektorer – og minimalt i forhold til omfanget av problemene som kommer.
Denne historien ble oppdatert for å legge til aktuell informasjon om SkyCool Systems, og korrigere byen der den nå er basert.