A principal solução para a mudança climática é bem conhecida - pare de queimar combustíveis fósseis. Como fazer isso é mais complicado, mas como um estudioso que faz modelagem de energia, Eu e outros vemos os contornos de um futuro pós-combustível fóssil:fazemos eletricidade com fontes renováveis ​​e eletrificamos quase tudo.

Isso significa operar veículos e trens com eletricidade, aquecimento de edifícios com bombas de calor elétricas, eletrificação de aplicações industriais, como produção de aço e uso de eletricidade renovável para produzir hidrogênio (semelhante ao gás natural) para outras necessidades. Portanto, o foco é abastecer a rede elétrica com fontes renováveis.

Há um debate, no entanto, sobre se os sistemas de eletricidade totalmente renováveis ​​são viáveis ​​e com que rapidez a transição pode ser feita. Aqui eu argumento que a viabilidade é clara, portanto, apenas a questão da transição é relevante.

Tecnologias conhecidas

Minha pesquisa se concentra na economia das energias renováveis. Para demonstrar a viabilidade e estimar o custo dos sistemas de eletricidade renovável, pesquisadores usam modelos de computador que calculam a produção potencial de diferentes tecnologias em cada ponto no tempo, com base nas mudanças das condições meteorológicas. Um modelo revela qual combinação de fontes de eletricidade e sistemas de armazenamento de energia tem o menor custo, mas sempre atende a demanda.

Muitos estudos demonstram que redes elétricas totalmente renováveis ​​são viáveis ​​nos Estados Unidos, Europa, Austrália e outros lugares. Meus colegas e eu concluímos recentemente um estudo de pequena escala na nação-ilha de Maurício. As ilhas são locais atraentes para as transições renováveis ​​iniciais devido à sua pequena escala, relativa simplicidade e dependência de combustíveis importados.

Existem várias maneiras de fazer eletricidade renovável:hidro, vento, energia solar fotovoltaica, geotérmica e queima de várias formas de biomassa (matéria vegetal), além de melhorar a eficiência para usar menos energia. Essas são tecnologias maduras com custos conhecidos.

Outras possibilidades incluem onda, energia solar concentrada e das marés, onde os refletores focalizam os raios solares para produzir energia. Embora possam ser usados ​​no futuro, a necessidade de abordar a mudança climática é urgente, e na minha opinião, as tecnologias maduras são suficientes.

Opiniões sobre energia nuclear são fortes, que é outra conversa. Mas os modelos mostram que os Estados Unidos não precisam de energia nuclear para aposentar os combustíveis fósseis.

A grade do futuro

Os sistemas de energia renovável são específicos do local:O melhor sistema depende dos recursos do local (há vento?), seu padrão temporal (com que frequência não venta?) e disponibilidade de fontes complementares (há energia hidrelétrica para backup?). Apesar desta sensibilidade de localização, estudos em lugares díspares estão encontrando resultados semelhantes.

Ter uma diversidade de fontes renováveis ​​pode reduzir custos. Em particular, o solar e o vento são complementares se a estação ensolarada não for a dos ventos; os modelos descobrem que uma combinação de ambos é normalmente mais barata do que qualquer um deles isoladamente.

Para a maioria das tecnologias, escala maior reduz custos. Por exemplo, nos Estados Unidos, fazendas solares em grande escala podem ter mais de 1, 000 vezes maior do que os sistemas de telhado residenciais e cerca de metade do custo. Para minimizar custos, nós construímos grandes sistemas.

Como as condições solares e eólicas variam em toda a paisagem, os custos do sistema caem conforme a área de produção cresce, portanto, é necessário que haja uma rede elétrica robusta para mover eletricidade de locais onde há oferta para locais de demanda. Também precisamos de mais eletricidade para aplicações como transporte que atualmente usa combustíveis fósseis. Isso significa que a grade deve crescer.

Estudos mostram que operar uma rede elétrica com energia renovável variável incluirá o não uso, ou despejando, alguma energia às vezes, uma estratégia que reduz custos em relação a sempre armazenar energia excedente.

Ainda, alguma forma de armazenamento de eletricidade é necessária. As baterias funcionam bem para suavizar flutuações de curto prazo, mas para armazenar energia por muitas horas ou dias, o armazenamento hidrelétrico bombeado é mais barato. A hidro hidráulica usa qualquer energia extra na rede para bombear a água morro acima, e quando a energia é necessária, a água desce para gerar energia em uma turbina. Os Estados Unidos têm alguns exemplos existentes e muitos locais viáveis. Com a expansão da rede, o armazenamento pode estar localizado a uma distância dos usuários.

Hidroeletricidade e energia de biomassa estão disponíveis sob demanda, portanto, tê-los em uma rede elétrica renovável diminui a necessidade de armazenamento de energia e reduz os custos. Ambos têm efeitos ambientais que devem ser gerenciados.

A energia hidrelétrica pode alterar os ecossistemas locais. A queima de biomassa emite dióxido de carbono, mas um estudo no qual trabalhei mostra que as emissões de biomassa são reversíveis e são claramente preferíveis ao carbono às emissões de combustíveis fósseis. A sustentabilidade também depende criticamente do manejo de campos de biomassa e florestas; o histórico humano sobre isso não tem sido estelar.

Os sistemas de energia renovável requerem terra. Um estudo dos EUA mostra que fornecer toda a eletricidade do vento, água e energia solar precisariam de 0,42% da área de terra, mais 1,6% da área do terreno para espaço entre as turbinas eólicas. A energia da biomassa requer muito mais terra do que a eólica ou solar, portanto, a biomassa deve ser uma pequena parte da solução de energia renovável.

As barreiras reais são políticas e culturais

Uma futura rede de eletricidade renovável com eletrificação associada pode ou não reduzir os custos de energia. Mas evitar os piores efeitos da mudança climática significa abandonar os combustíveis fósseis, se isso economiza dinheiro ou não. Ainda, a transição renovável será mais rápida e politicamente mais fácil se for mais barata.

Nas Maurícias, nosso estudo mostra que os custos de eletricidade renovável são semelhantes aos custos atuais, com base nos custos de capital atuais para energia renovável. Alguns estudos também descobriram que os custos da eletricidade renovável no futuro são menores do que os custos atuais dos combustíveis fósseis, no caso provável de que os custos caiam à medida que construímos mais sistemas de energia renovável e melhoramos seu desempenho.

E é isso, de uma perspectiva técnica. Uma combinação de fontes renováveis ​​e armazenamento de energia - a combinação específica dependendo das condições e preferências locais - pode fornecer toda a eletricidade necessária a um preço acessível, e irá reduzir a poluição do ar para arrancar.

Mas as políticas governamentais são necessárias para fazer uma transição para a energia renovável. A mudança climática é um custo externo - suportado pela sociedade, e não pelos produtores de energia - portanto, as forças de mercado sozinhas não farão a transição. Além de colocar um preço no carbono (talvez com dividendos devolvidos ao público), o governo poderia facilitar a construção da infraestrutura necessária. E o apoio público é necessário:por exemplo, a aceitação pública das linhas de transmissão para transportar eletricidade das ventosas Grandes Planícies para os centros das cidades é outro desafio para uma rede totalmente renovável.

Um projeto na escala de transformar o sistema de energia criará empregos - muitos empregos - que talvez seja a medida econômica de maior importância para os cidadãos.

Pesquisas minhas e de outros mostram que redes elétricas totalmente renováveis ​​são viáveis ​​com a tecnologia atual a preços atuais; as barreiras ao uso da eletricidade renovável são mais políticas e culturais do que tecnológicas ou econômicas.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.