Μετριασμός της κλιματικής αλλαγής

Ο μετριασμός της κλιματικής αλλαγής περιλαμβάνει δράσεις για τον περιορισμό της υπερθέρμανσης του πλανήτη και των σχετικών επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής. Αυτό μπορεί να γίνει με τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου (GHGs) μέσα από δραστηριότητες που μειώνουν τη συγκέντρωσή τους στην ατμόσφαιρα.

Οι δράσεις μπορούν να περιλαμβάνουν την αντικατάσταση του άνθρακα, του πετρελαίου και του φυσικού αερίου από καθαρές πηγές ενέργειας, κάτι το οποίο αποτελεί την πιο σημαντική πρόκληση. Επί του παρόντος, η καύση των ορυκτών καυσίμων αντιπροσωπεύει το 89% όλων των εκπομπών CO2 και το 68% όλων των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Η αιολική ενέργεια και τα φωτοβολταϊκά (PV), λόγω των τεράστιων μειώσεων των τιμών, είναι όλο και περισσότερο ανταγωνιστικά σε σχέση με τις συμβατικές πηγές ενέργειας, αν και απαιτούν αποθήκευση ενέργειας και βελτιωμένα ηλεκτρικά δίκτυα. Μόλις αυτή η ενέργεια χαμηλών εκπομπών διατεθεί σε μαζική κλίμακα, οι μεταφορές και η θέρμανση μπορούν να στραφούν σε αυτές τις πηγές ενέργειας.

Άλλες δράσεις μπορούν να περιλαμβάνουν τις αλλαγές στη γεωργία, την αναδάσωση και τη προστασία των δασών, αλλά και τη βελτιωμένη διαχείριση των αποβλήτων. Το μεθάνιο που εκπέμπεται και το οποίο έχει υψηλό βραχυπρόθεσμο αντίκτυπο, μπορεί να μειωθεί μέσω της μείωσης του αριθμού των βοοειδών και γενικότερα της ελάττωσης της κατανάλωσης του κρέατος.

Προς το παρόν, οι πολιτικές και οικονομικές δραστηριότητες των κυβερνήσεων περιλαμβάνουν φόρους άνθρακα και άλλα μοντέλα τιμολόγησης εκπομπών, κατάργηση επιδοτήσεων ορυκτών καυσίμων, απλουστευμένους κανονισμούς για την ενσωμάτωση ενέργειας χαμηλών εκπομπών άνθρακα και ενθάρυνση επενδύσεων σε εναλλακτικές μορφές ενέργειας με ταυτόχρονη αποεπένδυση από βιομηχανίες ορυκτών καυσίμων.

Σχεδόν όλες οι χώρες του κόσμου συμμετέχουν στη Σύμβαση Πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για την Κλιματική Αλλαγή (UNFCCC). Ο απώτερος στόχος της UNFCCC είναι η σταθεροποίηση των ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου σε επίπεδα που θα αποτρέψουν την επικίνδυνη ανθρώπινη επέμβαση στο κλιματικό σύστημα. Το 2010, τα συμμετέχοντα μέρη της UNFCCC συμφώνησαν ότι η μελλοντική υπερθέρμανση του πλανήτη θα πρέπει να περιοριστεί σε επίπεδα χαμηλότερα από 2 °C σε σχέση με τα προ-βιομηχανικά επίπεδα, κάτι το οποίο επιβεβαιώθηκε με τη Συμφωνία του Παρισιού το 2015.

Η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Αλλαγή του Κλίματος (ΙΡCC), στην Ειδική Έκθεση για την Υπερθέρμανση του Πλανήτη τόνισε το πόσο σημαντικό είναι να μειωθεί η μέση θερμοκρασία του πλανήτη κατά 1.5 °C. Αυτό θα απαιτούσε εφαρμογή σε μαζική κλίμακα μέτρων μείωσης του διοξειδίου του άνθρακα (CDR), με γρήγορες και εκτεταμένες επεμβάσεις στους τομείς της ενέργειας, της γης, τις αστικές υποδομές, συμπεριλαμβανομένων των μεταφορών, των κτιρίων, και των βιομηχανιών. Η τρέχουσα πορεία των παγκόσμιων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου δεν φαίνεται να είναι σύμφωνη με αυτόν τον στόχο, παρά το όριο των 1.5 ή 2 °C που είναι οικονομικά επωφελής και για χώρες με υψηλές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, όπως η Κίνα και η Ινδία.

Περιορισμός αερίων του θερμοκηπίου 

Η UNFCCC στοχεύει στη σταθεροποιήση των συγκεντρώσων αερίων του θερμοκηπίου (GHG) στην ατμόσφαιρα σε ένα επίπεδο όπου τα οικοσυστήματα να μπορούν να προσαρμοστούν φυσικά στην κλιματική αλλαγή, η παραγωγή τροφίμων να μην απειλείται και η οικονομική ανάπτυξη να μπορεί να προχωράει με βιώσιμο τρόπο. Επί του παρόντος, οι ανθρώπινες δραστηριότητες προσθέτουν CO2 στην ατμόσφαιρα γρηγορότερα από ό, τι οι φυσικές διεργασίες μπορούν να το αφαιρέσουν. 

Η IPCC χρησιμοποιεί συγκεκριμένες επιτρεπόμενες τιμές (ή ποσόστωση) εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Εάν οι εκπομπές παραμένουν στο τρέχον επίπεδο των 42 GtCO2, το όριο του 1,5 ° C θα μπορούσαμε να το φτάσουμε το 2028. Η αύξηση της θερμοκρασίας σε αυτό το επίπεδο θα συμβεί με κάποια καθυστέρηση μεταξύ του 2030 και του 2052. Ακόμα κι αν επιτευχθούν οι αρνητικές εκπομπές στο μέλλον, ο στόχος του 1,5 °C δεν πρέπει να ξεπεραστεί για να αποφευχθούν οι αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον.

Αφού προβλεφούν περιθώρια για την παραγωγή τροφίμων για 9 δισ. άτομα και για να διατηρηθεί η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας κάτω των 2 °C, οι εκπομπές για όλες τις υπόλοιπες δραστηριότητες και τις μεταφορές θα πρέπει να αρχίσουν να μειώνονται περίπου 10% κάθε χρόνο έως το μηδέν, μέχρι το 2030. Με αυτόν τον τρόπο, η αύξηση της θερμοκρασίας πολύ πιθανόν να σταματήσει σε 10 - 20 χρόνια. Λόγω της ανατροφοδότησης υπάρχει υψηλός βαθμός αβεβαιότητας σε οποιαδήποτε πρόβλεψη. Γι' αυτό τον λόγο, τα σενάρια μετριασμού της κλιματικής αλλαγής από την Πέμπτη Έκθεση Αξιολόγησης της IPCC καλύπτουν εύρος θερμοκρασιών από 1,5 ° C έως τα τέλη του 21ου αιώνα, εάν οι εκπομπές μειωθούν αμέσως και φτάσουν στο μηδέν το 2050, έως 4,8 °C εάν οι εκπομπές συνεχίζουν ν' ανεβαίνουν έως ότου τριπλασιαστούν.

Αέρια που προκαλούν υπερθέρμανση του πλανήτη 

Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι το κυρίαρχο αέριο του θερμοκηπίου, και ακολουθεί το μεθάνιο (CH4). Το υποξείδιο του αζώτου (N2O) και τα φθοριούχα αέρια (αέρια F) παίζουν δευτερεύοντα ρόλο. Στο Πρωτόκολλο του Κιότο αναφέρθηκε η μείωση σχεδόν όλων των αερίων του θερμοκηπίου που προέρχονται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες.

Οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου μετρώνται σε ισοδύναμα CO2 που καθορίζονται από την επίδραση που προκαλούν στη θερμοκρασία του πλανήτη (GWP), κάτι το οποίο εξαρτάται από τη διάρκεια ζωής τους στην ατμόσφαιρα. Οι εκτιμήσεις εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αποτελεσματικότητα των ωκεανών και της ξηράς να απορροφούν αυτά τα αέρια. Οι βραχύβιοι ρύποι κλίματος (SLCPs), όπως το μεθάνιο, οι υδροφθοράνθρακες (HFC), το τροποσφαιρικό όζον και ο μαύρος άνθρακας παραμένουν στην ατμόσφαιρα για μια περίοδο που κυμαίνεται από ημέρες έως 15 χρόνια σε σύγκριση με το διοξείδιο του άνθρακα που μπορεί να παραμείνει στην ατμόσφαιρα για χιλιετίες. Η μείωση των εκπομπών SLCP μπορεί να μειώσει τον τρέχοντα ρυθμό της υπερθέρμανσης του πλανήτη κατά σχεδόν ήμισυ και παράλληλα να μειώσει την προβλεπόμενη υπερθέρμανση της Αρκτικής κατά τα δύο τρίτα. Το 2019, οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου εκτιμήθηκαν στα 57,4 GtCO2e, ενώ οι εκπομπές μόνο του CO2 ανήλθαν στα 42,5 GtCO2e, μαζί με την αλλαγή χρήσης γης (LUC).

Αντικατάσταση ορυκτών καυσίμων 
Δεδομένου ότι οι περισσότερες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου οφείλονται στα ορυκτά καύσιμα, η σταδιακή κατάργηση του πετρελαίου, του φυσικού αερίου και του άνθρακα είναι κρίσιμη. Εάν αυτές οι πηγές ενέργειας παραμείνουν αναντικατάστατες, η ζήτησή τους αναμένεται να διπλασιαστεί έως το 2050. Προς το παρόν, λιγότερο από το 20% της συνολικής ενέργειας προέρχεται από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Η παγκόσμια μετάβαση σε 100% ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σε όλους τους τομείς είναι εφικτή πολύ πριν από το 2050. Λόγω της μείωσης των τιμών της αιολικής και της ηλιακής ενέργειας, καθώς και της βελτίωσης του τρόπου αποθήκευσής τους, η μετάβαση δεν εξαρτάται πλέον από την οικονομική βιωσιμότητα των εταιρειών, αλλά αποτελεί ζήτημα πολιτικής βούλησης.

Πηγές ενέργειας με χαμηλές εκπομπές άνθρακα 
Ο άνεμος και ο ήλιος μπορούν να αποτελέσουν πηγές μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας χαμηλών εκπομπών άνθρακα με ανταγωνιστικό κόστος παραγωγής. Ακόμη και αν συνδυαστούνε, όμως, η παραγωγή τους συνεχώς μεταβάλλεται. Μέρος του προβλήματος αυτού θα μπορούσε να αντιμετωπιστεί με την επέκταση δικτύων σε περιοχές με αρκετή χωρητικότητα και με τη δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας. Αντίθετα, η ενέργεια από βιοαέριο και η υδροηλεκτρική ενέργεια είναι πολύ πιο σταθερές και μπορούν να αξιοποιηθούν από τη βιομηχανία. Η ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας θα πρέπει να επιταχυνθεί έξι φορές περισσότερο για να παραμείνει κάτω από τον στόχο των 2 °C.  

Η παγκόσμια ζήτηση για πρωτογενή ενέργεια ξεπέρασε τα 161.000 TWh το 2018. Αυτό περιλαμβάνει τον ηλεκτρισμό, μεταφορές, και θέρμανση μαζί με τις απώλειες. Στον ηλεκτρισμό και στις μεταφορές, η χρήση των ορυκτών καυσίμων έχει χαμηλή απόδοση, μικρότερη των 50%. Υπάρχει σπατάλη ενέργειας σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής ενέργειας και σε κινητήρες οχημάτων. Η πραγματική ποσότητα που καταναλώνεται είναι σημαντικά μικρότερα από 116.000 TWh.

Το 2020, οι ανεμογεννήτριες και τα φωτοβολταϊκά ήταν οι φθηνότερες πηγές ενέργειας νέας γενεάς σε πολλές περιοχές. Και παρόλο που οι απαιτήσεις αποθήκευσης προκαλούν επιπλέον κόστος, ο φόρος άνθρακα θα μπορούσε να αυξήσει την ανταγωνιστικότητά τους.

Αποθήκευση ενέργειας 

Η αιολική ενέργεια και τα φωτοβολταϊκά μπορούν να παρέχουν μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά όχι σε οποιαδήποτε στιγμή και μέρος. Επί του παρόντος, υπάρχουν συζητήσεις για τον τρόπο αποθήκευσης της ενέργειας αυτής, λόγω και της απώλειας σε απόδοση. Σε μια μελέτη το 2020 υπολογίστηκε το χαμηλότερο επίπεδο ισοδύναμων συστημάτων, τόσο για μακροπρόθεσμη όσο και για την εποχιακή αποθήκευση. Έτσι, οι πιο αποδοτικοί τρόποι αποθήκευσης ενέργειας, ανάλογα με τον ρυθμό φόρτισης, βρέθηκαν ότι είναι η υδροηλεκτρική ενέργεια με αντλία αποθήκευσης (PHES), η αποθήκευση ενέργειας συμπιεσμένου αέρα (CAES), και οι μπαταρίες λιθίου. Ειδικά από το 2040, οι μπαταρίες λιθίου και το υδρογόνο θεωρούνται ότι θα έχουν σημαίνοντα ρόλο στην αποθήκευση ενέργειας.

Οι μπαταρίες λιθίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε σταθμούς αποθήκευσης ενέργειας με τη χρήση μπαταριών και, από το 2020, αρχίζουν να χρησιμοποιούνται και σε σταθμούς φόρτισης των οχημάτων. Παρέχουν επαρκή απόδοση μετ' επιστροφής 75-90%. Παρόλο που το κόστος χρήσης τους έχει μειωθεί δραστικά τα τελευταία χρόνια, η παραγωγή τους μπορεί να προκαλέσει περιβαλλοντικά προβλήματα. 

Το υδρογόνο μπορεί να είναι χρήσιμο για την εποχική αποθήκευση ενέργειας. Η χαμηλή απόδοση 30% πρέπει να βελτιωθεί  για να προσφέρει την ίδια συνολική ενεργειακή απόδοση με τις μπαταρίες. Προς το παρόν, λόγω του υψηλού κόστους, η μετατροπή επέκτασης δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας εξ ολοκλήρου με συστήματα μετατροπής υδρογόνου δεν έχει οικονομική ωφέλεια.

Δίκτυα ευρείας περιοχής 
Τα ηλεκτροφόρα καλώδια μεγάλων αποστάσεων συμβάλλουν στην ελαχιστοποίηση των απαιτήσεων αποθήκευσης. Ένα δίκτυο μεταφοράς ενέργειας σε χερσαία συστήματα μπορεί να εξομαλύνει τις τοπικές αυξομειώσεις αιολικής ενέργειας. Με ένα παγκόσμιο δίκτυο ακόμη και φωτοβολταϊκά θα μπορούσαν να είναι διαθέσιμα όλη μέρα και νύχτα. Οι ισχυρότερες συνδέσεις συνεχούς ρεύματος υψηλής τάσης (HVDC) έχουν απώλειες μόλις 1,6% ανά 1000 km με σαφή πλεονεκτήματα σε σχέση με το εναλλασσόμενο ρεύμα. Το HVDC προς το παρόν χρησιμοποιείται μόνο για συνδέσεις από σημείο σε σημείο. Τα πλέγματα Meshed HVDC αναφέρονται ότι είναι έτοιμα προς χρήση στην Ευρώπη και θα λειτουργήσουν στην Κίνα μέχρι το 2022. Η Κίνα έχει δημιουργήσει πολλές συνδέσεις HVDC εντός της χώρας και υποστηρίζει την ιδέα ενός παγκόσμιου, διηπειρωτικού δικτύου ως βασικού συστήματος για τα υπάρχοντα εθνικά δίκτυα εναλλασσόμενου ρεύματος. Ένα τέτοιο δίκτυο στις ΗΠΑ σε συνδυασμό με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά 80%.

Έξυπνα δίκτυα και διαχείριση φορτίου 
Αντί της επέκτασης των δικτύων και της αποθήκευσης περισσότερης ενέργειας, υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να επηρεαστεί το μέγεθος και ο χρόνος ζήτησης για το ηλεκτρικό ρεύμα από την πλευρά των καταναλωτών. Ο προσδιορισμός και η μετατόπιση των ηλεκτρικών φορτίων μπορεί να μειώσει το οικονομικό κόστος για τους καταναλωτές, οι οποίοι μπορούν να εκμεταλλευτούν τις χαμηλότερες τιμές σε ώρες εκτός αιχμής. Παραδοσιακά, η ζήτηση των καταναλωτών αντιμετωπίζεται ως ενιαία και γι' αυτό χρησιμοποιούνται κεντρικές επιλογές προσφοράς για την αντιμετώπιση της μεταβλητής ζήτησης. Το πρόβλημα αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί με καλύτερα συστήματα δεδομένων και με αναδυόμενες τεχνολογίες αποθήκευσης και παραγωγής στο χώρο, με τη βοήθεια ενός αυτοματοποιημένου λογισμικού ελέγχου της ζήτησης.

Η μέτρηση του χρόνου χρήσης είναι ένας κοινός τρόπος για να παρακινηθούν οι χρήστες να μειώσουν την μέγιστη κατανάλωση φορτίου. Για παράδειγμα, η λειτουργία πλυντηρίων πιάτων και πλυντηρίων ρούχων τη νύχτα μετά το πέρας της μέγιστης ζήτησης, μειώνει το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας.

Παράλληλα, τα δυναμικά σχέδια ζήτησης έχουν συσκευές, οι οποίες σβήνουν αυτόματα όταν υπάρχει αυξημένη πίεση στο ηλεκτρικό δίκτυο. Αυτή η μέθοδος μπορεί να λειτουργήσει καλά με τους θερμοστάτες, όταν υπάρχει πίεση στο δίκτυο, επιλέγεται αυτόματα η ρύθμιση θερμοκρασίας χαμηλής ισχύος.

Τέλος, οι συσκευές απόκρισης της ζήτησης μπορούν να λαμβάνουν κάθε είδους μηνύματα από το δίκτυο. Το μήνυμα θα μπορούσε να είναι ένα αίτημα για χρήση μιας λειτουργίας χαμηλής ισχύος όπως στα δυναμικά σχέδια ζήτησης, ένα αίτημα για την πλήρη απενεργοποίηση κατά τη διάρκεια μιας ξαφνικής αστοχίας στο δίκτυο ή μια ειδοποίση σχετικά με τις τρέχουσες και τις αναμενόμενες τιμές ισχύος. Για παράδειγμα, αυτό επιτρέπει στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα να φορτίζουν με τις φθηνότερες τιμές, ανεξάρτητα από την ώρα της μέρας.

Εναλλακτικές επιλογές στις μεταφορές 

Σε ένα σύστημα που βασίζεται πλήρως σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ο τομέας των μεταφορών μπορεί να λειτουργήσει πλήρως χωρίς εκπομπές. Τα ηλεκτρικά οχήματα και τα πορθμεία είναι τα βασικά μέσα μεταφοράς όπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Μέχρι το 2050 προβλέπεται ότι από το ένα τέταρτο έως τα τρία τέταρτα των αυτοκινήτων στο δρόμο θα είναι ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Στα φορτηγά και στα πλοία το υδρογόνο θα μπορούσε να αποτελέσει λύση για μεταφορά μεγάλων αποστάσεων, γιατί οι μπαταρίες είναι πολύ βαριές. Προς το παρόν, τα επιβατικά αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν υδρογόνο παράγονται σε μικρούς αριθμούς. Αν και είναι πιο ακριβά από τα αυτοκίνητα με μπαταρία, μπορούν να ανεφοδιαστούν πολύ πιο γρήγορα και να διανύσουν μεγαλύτερες αποστάσεις, έως και 700 χλμ. Το κύριο μειονέκτημα του υδρογόνου είναι η χαμηλή του απόδοση, μόλις 30%. Όταν χρησιμοποιείται στα οχήματα, απαιτείται διπλάσια ενέργεια σε σύγκριση με τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρία.

Οι αερομεταφορές συμβάλλουν στο 11% των συνολικών εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα, οι οποίες αναμένονται να αυξηθούν μέχρι το 2040. Τα αεροπορικά βιοκαύσιμα και το υδρογόνο μπορούν να καλύψουν μόνο ένα μικρό ποσοστό πτήσεων τα επόμενα χρόνια. Η είσοδος στην αγορά για τα υβριδικά αεροσκάφη σε προγραμματισμένες περιφερειακές πτήσεις προβλέπεται μετά το 2030, για αεροσκάφη με μπαταρία μετά το 2035.

Εναλλακτικές επιλογές στη θέρμανση 
Οι εκπομπές CO2 από τα κτίρια αντιστοιχούν στο 23% των συνολικών παγκόσμιων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Περίπου το ήμισυ της ενέργειας χρησιμοποιείται για θέρμανση χώρου και νερού. Ένας συνδυασμός ηλεκτρικών αντλιών θερμότητας και ηλιακής μόνωσης μπορεί να μειώσει σημαντικά τη ζήτηση για πρωτογενή ενέργεια. Γενικά, η ηλεκτροδότηση της θέρμανσης θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου μόνο αν η ηλεκτρική ενέργεια προερχόταν από πηγές με χαμηλές εκπομπές άνθρακα.

Παραπομπές 

Κλιματική αλλαγή
Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
Χημική ωκεανογραφία