Na grande legislação aprovada no final de agosto, A Califórnia se comprometeu a criar uma rede elétrica 100% livre de carbono - mais uma vez liderando outras nações, estados, e as cidades na definição de políticas agressivas para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Agora, um estudo realizado por pesquisadores do MIT fornece diretrizes para maneiras econômicas e confiáveis ​​de construir um sistema de eletricidade com emissão zero de carbono.

A melhor maneira de lidar com as emissões de eletricidade, o estudo encontra, é usar a combinação mais abrangente de fontes de eletricidade de baixo carbono.

Os custos caíram rapidamente para a energia eólica, energia solar, e baterias de armazenamento de energia nos últimos anos, levando alguns pesquisadores, políticos, e os defensores sugerem que essas fontes sozinhas podem alimentar uma rede livre de carbono. Mas o novo estudo descobriu que em uma ampla gama de cenários e locais, emparelhar essas fontes com recursos livres de carbono estáveis, com os quais se pode contar para atender à demanda em todas as estações e por longos períodos, como nuclear, geotérmico, bioenergia, e gás natural com captura de carbono - é uma rota menos dispendiosa e de menor risco para uma rede sem carbono.

As novas descobertas são descritas em um artigo publicado hoje na revista. Joule , pelo estudante de doutorado do MIT Nestor Sepulveda, Jesse Jenkins Ph.D. '18, Fernando de Sisternes Ph.D. '14, e professor de ciência e engenharia nuclear e reitor associado Richard Lester.

A necessidade de eficácia de custos

"Nesse artigo, estamos procurando estratégias robustas para nos levar a um fornecimento de eletricidade com zero carbono, que é a base dos esforços gerais para mitigar o risco das mudanças climáticas em toda a economia, "Diz Jenkins. Para conseguir isso, “não precisamos apenas chegar a emissões zero no setor elétrico, mas também temos que fazer isso a um custo baixo o suficiente para que a eletricidade seja um substituto atraente para o petróleo, gás natural, e carvão no transporte, aquecer, e setores industriais, onde a descarbonização é normalmente ainda mais desafiadora do que na eletricidade. "

Sepulveda também enfatiza a importância de caminhos econômicos para a eletricidade livre de carbono, acrescentando que no mundo de hoje, "temos tantos problemas, e a mudança climática é muito complexa e importante, mas não o único. Portanto, cada dólar extra que gastamos para lidar com a mudança climática também é outro dólar que não podemos usar para enfrentar outros problemas sociais urgentes, como eliminar a pobreza ou a doença. "Assim, é importante que a pesquisa não apenas identifique opções tecnicamente viáveis ​​para descarbonizar a eletricidade, mas também para encontrar maneiras de alcançar reduções de carbono ao custo mais razoável possível.

Para avaliar os custos de diferentes estratégias de descarbonização profunda da geração de eletricidade, a equipe olhou para quase 1, 000 cenários diferentes envolvendo diferentes suposições sobre a disponibilidade e o custo das tecnologias de baixo carbono, variações geográficas na disponibilidade de recursos renováveis, e diferentes políticas sobre seu uso.

Em relação às políticas, a equipe comparou duas abordagens diferentes. A abordagem "restritiva" permitia apenas o uso de geração solar e eólica mais armazenamento de bateria, ampliado por medidas para reduzir e mudar o momento da demanda por eletricidade, bem como linhas de transmissão de longa distância para ajudar a suavizar as variações locais e regionais. A abordagem "inclusiva" usou todas essas tecnologias, mas também permitiu a opção de usar fontes livres de carbono contínuas, como a energia nuclear, bioenergia, e gás natural com sistema de captura e armazenamento de emissões de carbono. Em cada caso que a equipe estudou, a combinação mais ampla de fontes foi considerada mais acessível.

A economia de custos da abordagem mais inclusiva em relação ao caso mais restrito foi substancial. Incluindo contínuo, ou "firma, "Os recursos de baixo carbono em uma combinação de recursos de carbono zero reduziram os custos de 10 por cento para até 62 por cento, nos vários cenários analisados. É importante saber, os autores enfatizam, porque em muitos casos os regulamentos existentes e propostos e incentivos econômicos favorecem, ou mesmo mandato, uma gama mais restrita de recursos energéticos.

"Os resultados desta pesquisa desafiam o que se tornou sabedoria convencional em ambos os lados do debate sobre as mudanças climáticas, "Lester diz." Contrariamente aos temores de que os esforços eficazes de mitigação do clima serão terrivelmente caros, nosso trabalho mostra que mesmo a descarbonização profunda do setor de energia elétrica é alcançável a um custo adicional relativamente modesto. Mas, ao contrário das crenças de que eletricidade livre de carbono pode ser gerada de forma fácil e barata com o vento, energia solar, e baterias de armazenamento sozinhas, nossa análise deixa claro que o custo social de atingir uma descarbonização profunda dessa forma provavelmente será muito mais caro do que o necessário. "

Uma nova taxonomia para fontes de eletricidade

Ao olhar para as opções de nova geração de energia em diferentes cenários, a equipe descobriu que a maneira tradicional de descrever diferentes tipos de fontes de energia na indústria elétrica - "carga de base, "" carregar a seguir, "e" recursos de pico - está desatualizado e não é mais útil, dada a forma como os novos recursos estão sendo usados.

Em vez, eles sugerem, é mais apropriado pensar em fontes de energia em três novas categorias:recursos para "economia de combustível", que incluem energia solar, vento e fio d'água (isto é, sem barragens) energia hidroelétrica; recursos de "explosão rápida", fornecendo respostas rápidas, mas de curta duração às flutuações na demanda e no fornecimento de eletricidade, incluindo armazenamento de bateria e tecnologias e estratégias de preços para melhorar a capacidade de resposta da demanda; e recursos "firmes", como nuclear, hidro com grandes reservatórios, biogás, e geotérmica.

"Como não podemos saber com certeza o custo futuro e a disponibilidade de muitos desses recursos, "Notas do Sepulveda, "os casos estudados abrangem um amplo leque de possibilidades, a fim de tornar as conclusões gerais do estudo robustas em toda essa gama de incertezas. "

Variedade de cenários

O grupo usou uma série de projeções, feito por agências como o Laboratório Nacional de Energia Renovável, quanto aos custos esperados de diferentes fontes de energia nas próximas décadas, incluindo custos semelhantes aos de hoje e reduções de custos previstas conforme sistemas novos ou aprimorados são desenvolvidos e colocados online. Para cada tecnologia, os pesquisadores escolheram um custo médio projetado, junto com uma estimativa de custo low-end e high-end, e então estudou muitas combinações desses possíveis custos futuros.

Em cada cenário, os casos que estavam restritos ao uso de tecnologias de economia de combustível e de explosão rápida tiveram um custo geral de eletricidade mais alto do que os casos que usam fontes firmes de baixo carbono também, "mesmo com o conjunto mais otimista de suposições sobre futuras reduções de custos, "Sepúlveda diz.

Isso é verdade, Jenkins acrescenta, "mesmo quando assumimos, por exemplo, que o nuclear continua tão caro quanto é hoje, e a energia eólica e solar e as baterias ficam muito mais baratas. "

Os autores também descobriram que em todos os casos apenas de baterias eólicas solares, o custo da eletricidade aumenta rapidamente à medida que os sistemas se movem em direção a emissões zero, mas quando fontes firmes de energia também estão disponíveis, os custos da eletricidade aumentam muito mais gradualmente à medida que as emissões caem para zero.

"Se decidirmos buscar a descarbonização principalmente com o vento, solar, e baterias, "Jenkins diz, "estamos efetivamente 'indo all in' e apostando o planeta em atingir custos muito baixos para todos esses recursos, "bem como a capacidade de construir linhas de transmissão de alta tensão em escala continental e de induzir uma demanda de eletricidade muito mais flexível.

Em contraste, "um sistema elétrico que usa recursos firmes de baixo carbono junto com a energia solar, vento, e o armazenamento pode atingir zero emissões com apenas aumentos modestos no custo, mesmo sob suposições pessimistas sobre o quão baratos esses recursos livres de carbono se tornam ou nossa capacidade de desbloquear a demanda flexível ou expandir a rede, "diz Jenkins. Isso mostra como a adição de recursos firmes de baixo carbono" é uma estratégia de cobertura eficaz que reduz o custo e o risco "para sistemas de energia totalmente descarbonizantes, ele diz.

Mesmo que um fornecimento de eletricidade totalmente livre de carbono esteja a anos de distância na maioria das regiões, é importante fazer esta análise hoje, Sepulveda diz, porque as decisões tomadas agora sobre a construção da usina, investimentos em pesquisa, ou as políticas climáticas têm impactos que podem durar décadas.

"Se não começarmos agora" no desenvolvimento e implantação da mais ampla gama de alternativas livres de carbono, ele diz, "isso poderia reduzir substancialmente a probabilidade de chegar a emissões zero."