Aircondition-teknologi er den store forpassede mulighed i kampen mod klimaændringer

Sergei Akulich / Pexels

Da rekordstore hedebølger bagte californiere i sidste måned, tvang den kollektive belastning af millioner af klimaanlæg statens netoperatører til at kaste hundredtusindvis af husstande ud i mørket.

De rullende strømafbrydelser gav blot et lille hint om, hvad der sandsynligvis vil komme i Californien og langt videre. Voksende befolkninger, stigende indkomster, stigende urbanisering og stigende sommertemperaturer kan tredoble antallet af AC-enheder installeret på verdensplan i midten af ​​århundredet, hvilket skubber det samlede beløb mod 6 milliarder, ifølge Det Internationale Energiagentur 's Future of Cooling-rapport.

Faktisk repræsenterer klimaanlæg en af ​​de mest lumske udfordringer ved klimaændringer, og et af de sværeste teknologiske problemer at løse. Jo mere verden opvarmes, jo mere har vi brug for afkøling – ikke kun for komfort, men for sundhed og overlevelse i store dele af verden.

Men klimaanlægget producerer selv nok varme til målbart at øge bytemperaturerne, og de lækker også meget potente drivhusgasser ud. Plus, disse milliarder af energikrævende nye enheder vil skabe en af ​​de største kilder til stigende efterspørgsel efter elektricitet rundt om i verden.

Uden større forbedringer vil energibehovet fra køling også tredobles og nå 6.200 terawatt-timer i 2050 - eller næsten en fjerdedel af verdens samlede elforbrug i dag.

Californiens Death Valley kan have etableret de højeste temperaturer, der nogensinde er pålideligt registreret, midt i blærende hedebølger i sidste måned.

AP FOTO / JOHN LOCHER

På trods af omfanget af de voksende udfordringer, har der været relativt lidt midler, der strømmer ind i sektoren, og få bemærkelsesværdige fremskridt inden for produkter på markedet. Bortset fra langsomme gevinster i effektivitet, den grundlæggende teknologi fungerer meget som den gjorde, da den blev introduceret for næsten et århundrede siden.

Det faktum, at brugen af ​​vindues AC fortsætter med at stige, mens produktet stort set ser ud og fungerer på samme måde, som det har gjort i årtier, taler for sig selv, siger Vince Romanin, administrerende direktør for San Francisco-baserede Treau, en stealth cooling startup, der udvikler en ny type varme pumpe. Jeg tror, ​​at mange mennesker er begejstrede for noget nyt her, men der har kun været gradvise fremskridt.

Der har været langt større forbedringer i omkostninger og ydeevne på tværs af andre energiteknologier i de seneste årtier - som solpaneler, batterier og elektriske køretøjer - drevet af offentlige politikker, dedikeret forskningsindsats og stigende efterspørgsel efter renere alternativer. Treau er en af ​​en række startups og forskningsgrupper, der nu forsøger forskellige måder at opnå lignende fremskridt inden for køling.

Men selvom det globale lager af AC-enheder bliver meget mere effektivt, er de forventede spring i brugen så store, at den globale efterspørgsel efter elektricitet stadig vil stige. Det vil komplicere den allerede svimlende opgave med at rydde op i verdens elsektorer. Det betyder, at nationer ikke kun behøver at revidere eksisterende el-infrastruktur; de skal bygge langt større systemer, end der nogensinde har eksisteret – og gøre det hele med kulstoffrie kilder.

Milliarder af nye klimaanlæg

En evig afkøling af de enorme mængder af varm luft, der fylder hjem, kontorer og fabrikker, er og vil altid være en massiv energisluger.

Problemet er ikke kun, at flere klimaanlæg vil kræve stadig mere elektricitet for at drive dem. Det er også, at de især vil øge den mængde, der er nødvendig i spidsbelastningsperioder, hvor temperaturerne virkelig steger, og alle skruer op for deres AC på samme tid. Det betyder, at vi er nødt til at overbygge elektricitetssystemer for at imødekomme efterspørgselsniveauer, der kun kan forekomme i nogle få timer af et par dage om året.

I Los Angeles County kan stigende temperaturer kombineret med befolkningstilvækst øge efterspørgslen efter elektricitet i sommertimerne med så meget som 51 % i 2060 under et scenarie med høje emissioner, ifølge en 2019 Anvendt Energi undersøgelse af forskere ved Arizona State og University of California, Los Angeles.

Det tilføjer op til omkring 6,5 ekstra gigawatt, som netoperatører skal være i stand til at bringe online på én gang, eller det øjeblikkelige output af næsten 20 millioner 300-watt solpaneler på en solskinsdag.

Og det er kun for et af Californiens 58 amter. Verden vil se langt større stigninger i AC-efterspørgslen i nationer, hvor middelklassen vokser hurtigt, og hvor hedebølger vil blive mere almindelige og alvorlige. Især forventer IEA, at Indien vil installere yderligere 1,1 milliarder enheder i 2050, hvilket øger AC's andel af landets højeste elefterspørgsel fra 10 % til 45 %.

Rengøring af gitteret

Den mest afgørende løsning skal ske uden for AC-industrien. Omlægning af elnettet som helhed til større brug af rene energikilder, såsom sol og vind, vil støt reducere de indirekte drivhusgasemissioner fra den energi, der bruges til at drive klimaanlæg.

Derudover kan udvikling af mere og mere smarte net hjælpe elsystemer med at håndtere spidsbelastningsbelastningen af ​​AC. Det indebærer tilføjelse af sensorer, kontrolsystemer og software, der automatisk kan reducere brugen, når udendørstemperaturerne falder, når folk forlader pladser i længere perioder, eller når efterspørgslen begynder at støde op mod tilgængelig generation.

Verden kan også reducere de direkte emissioner fra AC ved at skifte til alternative kølemidler, de kritiske forbindelser i køleenheder, der absorberer varme fra luften. Producenter har i vid udstrækning stolet på hydrofluorcarboner, som er meget potente drivhusgasser, der kan lække ud under fremstilling og reparation eller i slutningen af ​​en enheds levetid. Men under en ændring fra 2016 til Montreal-protokollen , skal virksomheder og lande i stigende grad skifte til muligheder med lavere opvarmningspåvirkning, såsom en klasse af lovende forbindelser kendt som HFO'er, visse kulbrinter som propan og endda kuldioxid (som i det mindste har mindre opvarmningseffekt end eksisterende kølemidler).

Alternative kølemidler kan reducere emissionerne med hvad der svarer til omkring 50 milliarder tons kuldioxid i de kommende årtier, ifølge det høje estimat fra en Project Drawdown-analyse . (Verden udledte næsten 37 milliarder tons i alt sidste år, ifølge Global Carbon Project .)

Der er også klare måder at lette de elektricitetsbelastninger, der kræves til afkøling af bygninger, herunder tilføjelse af isolering, tætning af luftlækager, installation af vinduesbeklædninger eller film og påføring af reflekterende farver eller materialer på tagene. At skabe sådanne kølige tage på tværs af 80 % af landets kommercielle bygninger kan reducere det årlige energiforbrug med mere end 10 terawatt-timer og spare mere end 700 millioner dollars, ifølge en tidligere undersøgelse foretaget af Lawrence Berkeley National Lab .

Undgå 'det kolde knas'

Men i sidste ende skal det voksende antal AC-enheder, der opererer i hjem og bygninger rundt om i verden, blive langt mere energieffektive for at undgå det, der er kendt som det kommende kolde knas.

Et af de mest kraftfulde værktøjer til at opnå disse forbedringer er offentlig politik. IEA bemærker, at den bedste tilgængelige teknologi er mere end dobbelt så effektiv som gennemsnittet af det, der faktisk er i brug rundt om i verden, og tre gange bedre end de mest ineffektive produkter på markedet.

Problemet er, at de fleste mennesker og virksomheder ikke kommer til at betale meget mere for mere effektive systemer bare for at hjælpe med at nå globale klimamål, især i fattige dele af verden. Men med mandater, incitamenter eller subsidier kan nationer hjælpe med at sikre, at flere af de enheder, der produceres og sælges, er mere effektive modeller.

Den forventede stigning i kølerelateret energiforbrug falder med 45 % i midten af ​​århundredet under IEA-scenariet, der inkluderer sådanne politikker (og forudsætter ingen teknologiske fremskridt).

Selv da ville efterspørgslen efter AC-energi stadig stige omkring 70 % højere i midten af ​​århundredet. Det slår tredobling. Men at opnå væsentlige yderligere gevinster kan kræve mere radikale ændringer.

Radikal forandring

En række startups forsøger at skubbe tingene yderligere.

Transaera, som er medstiftet af MIT energiprofessor Mircea Dincă, forsøger at forbedre effektiviteten væsentligt ved at håndtere fugtigheden i luften som et separat trin.

Ud over at køle den omgivende luft, skal konventionelle AC-enheder dedikere enorme mængder energi til at håndtere denne vanddamp, som holder på en betydelig varme og får den til at føles meget mere ubehagelig. Det kræver, at temperaturen sænkes langt ud over, hvad skiven viser, for at omdanne dampen til en væske og fjerne den fra luften.

Det er bare utroligt ineffektivt,' siger Dincă. 'Det er meget energi, og det er unødvendigt,

Transaeras tilgang er afhængig af en klasse af meget porøse materialer kendt som metal-organiske rammer, der kan tilpasses til at fange og klæbe til specifikke forbindelser, herunder vand. Virksomheden har udviklet et tilbehør til klimaanlæg, der bruger disse materialer til at reducere fugtigheden i luften, før den går i en standard enhed. Han vurderer, at det kan forbedre den samlede energieffektivitet med mere end 25 %.

Transaera er finalist i $3 millioner Global Cooling Prize , en konkurrence designet til at fremskynde fremskridt inden for klimaanlæg for at reducere klimapåvirkningerne. Virksomheden tester i øjeblikket prototyper i Indien i samarbejde med en afdeling af den kinesiske husholdningsgigant Haier .

I mellemtiden har SkyCool Systems fra Mountain View, Californien, udviklet i det væsentlige højteknologiske spejle, der kan kaste varme ud i rummets kolde vidder , ved at drage fordel af et naturligt fænomen kendt som strålingskøling.

Materialerne er designet til at udsende stråling i et smalt bånd af lysspektret, der kan glide forbi vandmolekyler og andre atmosfæriske forbindelser, der ellers udstråler varme tilbage mod planeten.

Placeret på tagene kan materialerne erstatte eller forstærke traditionelle bygningskølesystemer. Virksomheden vurderer, at teknologien kan reducere den energi, der bruges til at afkøle strukturer med 10 til 70 %, afhængigt af konfigurationen og klimaet. SkyCool er i gang med at installere materialerne på sit fjerde kommercielle websted.

Andre startups udforsker ideer som f.eks jordvarmepumper , solid state-teknologi, der undgår behovet for kølemiddelgasser , og nye drejninger på evaporativ køling , som normalt er afhængig af vandgennemblødte puder at reducere lufttemperaturerne.

Den gode nyhed er, at nogle penge er begyndt at strømme til opvarmning, ventilation og aircondition. Analysefirmaet CB Insights sporede kun otte finansieringsaftaler til en værdi af næsten 40 millioner dollars i 2015, men 35 til i alt omkring 350 millioner dollars sidste år. (Dette inkluderer lån, venturekapitalinvesteringer og opkøb.) Og der har allerede været 39 handler til en værdi af omkring $200 millioner i år.

Men den dårlige nyhed er, at det øgede finansieringsniveau er lille sammenlignet med de titusindvis af milliarder, der strømmer ind i andre energi- og teknologisektorer - og minimalt i forhold til omfanget af de kommende problemer.

Denne historie blev opdateret for at tilføje aktuelle oplysninger om SkyCool Systems og rette den by, hvor den nu er baseret.

skjule