Klimatizace však samy o sobě produkují dostatek tepla, aby měřitelně zvýšily teploty ve městech, a navíc vypouštějí vysoce účinné skleníkové plyny. Navíc tyto miliardy energeticky náročných nových jednotek vytvoří jeden z největších zdrojů rostoucí poptávky po elektřině na celém světě.
Pokud nedojde k zásadním zlepšením, poptávka po energii z chlazení se rovněž ztrojnásobí a do roku 2050 dosáhne 6 200 terawatthodin, což je téměř čtvrtina dnešní celkové světové spotřeby elektřiny.
Přes rozsah narůstajících problémů proudí do odvětví poměrně málo finančních prostředků a na trhu je jen málo pozoruhodných pokroků v oblasti produktů. Kromě pomalého zvyšování účinnosti funguje základní technologie stejně jako v době svého uvedení na trh před téměř sto lety.
„Skutečnost, že používání okenních klimatizací stále roste, zatímco výrobek z velké části vypadá a funguje stejně jako po celá desetiletí, hovoří sama za sebe,“ říká Vince Romanin, šéf společnosti Treau se sídlem v San Francisku, která vyvíjí nový typ tepelného čerpadla. „Myslím, že spousta lidí je nadšená z něčeho nového, ale pokrok je jen postupný.“
V posledních desetiletích došlo k mnohem většímu zlepšení nákladů a výkonu u jiných energetických technologií – jako jsou solární panely, baterie a elektromobily – a to díky veřejné politice, specializovanému výzkumu a rostoucí poptávce po čistších alternativách. Společnost Treau je jednou z řady začínajících firem a výzkumných skupin, které se nyní snaží různými způsoby dosáhnout podobného pokroku v oblasti chlazení.
Ale i kdyby se celosvětové zásoby klimatizačních jednotek staly mnohem účinnějšími, předpokládané skoky ve využívání jsou tak velké, že celosvětová poptávka po elektřině stále poroste. To zkomplikuje již tak ohromující úkol vyčistit světová energetická odvětví. Znamená to, že státy budou muset nejen zrekonstruovat stávající elektrickou infrastrukturu, ale také vybudovat mnohem větší systémy, než jaké kdy existovaly – a to vše z bezuhlíkových zdrojů.
Biliony nových klimatizací
Neustálé chlazení obrovských objemů horkého vzduchu, které naplňují domácnosti, kanceláře a továrny, je a vždy bude obrovským žroutem energie.
Problém nespočívá pouze v tom, že více klimatizací bude vyžadovat stále více elektřiny na jejich napájení. Jde také o to, že budou zvyšovat množství, které je potřeba zejména v době špiček, kdy jsou teploty opravdu vysoké a všichni najednou zapínají klimatizaci. To znamená, že musíme přebudovat elektrické systémy, abychom uspokojili úroveň poptávky, která se může vyskytovat jen několik hodin v několika dnech v roce.
V okrese Los Angeles by rostoucí teploty v kombinaci s růstem populace mohly podle studie Applied Energy z roku 2019, kterou vypracovali výzkumníci z Arizonské státní univerzity a Kalifornské univerzity v Los Angeles, zvýšit poptávku po elektřině v letních špičkách až o 51 % do roku 2060.
To dává dohromady asi 6,5 gigawattů navíc, které by provozovatelé sítí museli být schopni uvést do provozu najednou, nebo okamžitý výkon téměř 20 milionů 300wattových solárních panelů za slunečného dne.
A to je jen pro jeden z 58 kalifornských okresů. Ve světě dojde k mnohem většímu nárůstu poptávky po klimatizaci v zemích, kde se rychle rozšiřuje střední třída a kde budou častější a silnější vlny veder. Podle odhadů IEA bude v Indii do roku 2050 instalováno dalších 1,1 miliardy jednotek, čímž se podíl střídavého proudu na špičkové poptávce po elektřině v zemi zvýší z 10 % na 45 %.
Čištění sítě
Nejdůležitější náprava musí nastat mimo odvětví střídavého proudu. Přechod elektrické sítě jako celku na větší využívání čistých zdrojů energie, jako je solární a větrná energie, postupně sníží nepřímé emise skleníkových plynů z energie používané k napájení klimatizačních jednotek.
Rozvoj stále inteligentnějších sítí by navíc mohl elektrickým systémům pomoci vypořádat se se špičkovou poptávkou klimatizací. To zahrnuje přidání senzorů, řídicích systémů a softwaru, které mohou automaticky snížit spotřebu při poklesu venkovních teplot, když lidé na delší dobu opustí prostory nebo když poptávka začne narážet na dostupnou výrobu.
Svět může také snížit přímé emise z klimatizace přechodem na alternativní chladiva, kritické sloučeniny v chladicích zařízeních, které absorbují teplo ze vzduchu. Výrobci se doposud z velké části spoléhali na fluorované uhlovodíky, což jsou vysoce účinné skleníkové plyny, které mohou unikat při výrobě a opravách nebo na konci životnosti zařízení. Podle změny Montrealského protokolu z roku 2016 však musí společnosti a státy stále více přecházet na možnosti s nižším vlivem na oteplování, jako je třída slibných sloučenin známých jako HFO, některé uhlovodíky, jako je propan, a dokonce i oxid uhličitý (který má přinejmenším menší vliv na oteplování než stávající chladiva).
Alternativní chladiva by mohla v nadcházejících desetiletích snížit emise o ekvivalent přibližně 50 miliard tun oxidu uhličitého, jak vyplývá z nejvyššího odhadu analýzy Project Drawdown. (Podle Global Carbon Project svět loni vypustil celkem téměř 37 miliard tun emisí.)
Existují také jasné způsoby, jak snížit zatížení elektrickou energií potřebnou k chlazení budov, včetně přidání izolace, utěsnění úniků vzduchu, instalace okenních krytin nebo fólií a použití reflexních barev nebo materiálů na střechách. Podle dřívější studie Lawrence Berkeley National Lab by vytvoření takových „chladných střech“ na 80 % komerčních budov v zemi mohlo snížit roční spotřebu energie o více než 10 terawatthodin a ušetřit více než 700 milionů dolarů.
Vyhnout se „studené krizi“
V konečném důsledku se však rostoucí počet klimatizačních jednotek provozovaných v domácnostech a budovách po celém světě musí stát mnohem energeticky účinnějšími, aby se zabránilo tomu, čemu se říká „studená krize“.
Jedním z nejmocnějších nástrojů, jak dosáhnout těchto zlepšení, je veřejná politika. IEA uvádí, že nejlepší dostupné technologie jsou více než dvakrát účinnější než průměr toho, co se ve světě skutečně používá, a třikrát lepší než nejneúčinnější výrobky na trhu.
Problém je v tom, že většina lidí a podniků nehodlá platit mnohem více za účinnější systémy jen proto, aby pomohla dosáhnout globálních klimatických cílů, zejména v chudých částech světa. Ale pomocí mandátů, pobídek nebo dotací mohou státy pomoci zajistit, aby více vyráběných a prodávaných jednotek byly modely s vyšší účinností.
Předpokládaný nárůst spotřeby energie související s chlazením se podle scénáře IEA, který zahrnuje takové politiky (a nepředpokládá žádný technologický pokrok), do poloviny století sníží o 45 %.
I pak by však poptávka po střídavé energii do poloviny století stále skokově vzrostla asi o 70 %. To je lepší než ztrojnásobení. Dosažení dalších významných zisků by však mohlo vyžadovat radikálnější změny.
Radikální změna
Několik startupů se snaží posunout věci dál.
Transaera, kterou spoluzaložil profesor energetiky na MIT Mircea Dincă, se pokouší výrazně zvýšit účinnost tím, že v samostatném kroku řeší vlhkost vzduchu.
Kromě ochlazování okolního vzduchu musí běžné klimatizační jednotky vynakládat obrovské množství energie na to, aby se vypořádaly s touto vodní párou, která zadržuje značné množství tepla a způsobuje mnohem nepříjemnější pocit. To vyžaduje snížit teplotu mnohem více, než ukazuje ručička, aby se pára přeměnila na kapalinu a odstranila ze vzduchu.
„Je to prostě neuvěřitelně neefektivní,“ říká Dincă. „Je to spousta energie a je to zbytečné.“
Přístup společnosti Transaera se opírá o třídu vysoce porézních materiálů známých jako metalo-organické rámce, které lze přizpůsobit tak, aby zachytávaly a přichytávaly specifické sloučeniny, včetně vody. Společnost vyvinula nástavec pro klimatizační systémy, který tyto materiály využívá ke snížení vlhkosti vzduchu předtím, než se dostane do standardní jednotky. Odhaduje, že to může zlepšit celkovou energetickou účinnost o více než 25 %.
Transaera je finalistou soutěže Global Cooling Prize s rozpočtem 3 miliony dolarů, jejímž cílem je urychlit pokrok v oblasti klimatizace a snížit tak dopady na klima. Společnost v současné době testuje prototypy v Indii ve spolupráci s divizí čínského giganta v oblasti domácích spotřebičů Haier.
Společnost SkyCool Systems z Mountain View v Kalifornii mezitím vyvinula v podstatě high-tech zrcadla, která mohou vrhat teplo do chladných prostorů vesmíru a využívat tak přírodního jevu známého jako radiační chlazení.
Materiály jsou navrženy tak, aby vyzařovaly záření v úzkém pásmu světelného spektra, které může proklouznout kolem molekul vody a dalších atmosférických sloučenin, které jinak vyzařují teplo zpět k planetě.
Umístěním na střechy mohou tyto materiály nahradit nebo doplnit tradiční chladicí systémy budov. Společnost odhaduje, že tato technologie může snížit spotřebu energie na chlazení staveb o 10 až 70 % v závislosti na konfiguraci a klimatu. Společnost SkyCool právě instaluje tyto materiály na svém čtvrtém komerčním místě.
Další začínající firmy zkoumají nápady, jako jsou geotermální tepelná čerpadla, technologie pevných látek, které se vyhýbají potřebě chladicích plynů, a nové varianty odpařovacího chlazení, které se obvykle spoléhá na vodou napuštěné podložky ke snížení teploty vzduchu.
Dobrou zprávou je, že do vytápění, větrání a klimatizace začínají proudit nějaké peníze. Výzkumná společnost CB Insights sledovala v roce 2015 pouze osm finančních transakcí v hodnotě téměř 40 milionů dolarů, ale v loňském roce jich bylo 35 v celkové hodnotě přibližně 350 milionů dolarů. (To zahrnuje půjčky, investice rizikového kapitálu a akvizice.) A v letošním roce již proběhlo 39 transakcí v hodnotě přibližně 200 milionů dolarů.
Špatnou zprávou však je, že zvýšená úroveň financování je nepatrná ve srovnání s desítkami miliard, které proudí do jiných energetických a technologických odvětví – a nepatrná ve srovnání s rozsahem problémů, které přijdou.
Tento příběh byl aktualizován, aby byly přidány aktuální informace o společnosti SkyCool Systems a opraveno město, ve kterém nyní sídlí.
Přihlaste sePředplatné nyní
.