Mais les climatiseurs eux-mêmes produisent assez de chaleur pour augmenter de façon mesurable les températures urbaines, et ils laissent échapper des gaz à effet de serre très puissants aussi. De plus, ces milliards de nouvelles unités énergivores créeront l’une des plus grandes sources d’augmentation de la demande d’électricité dans le monde.
Sans améliorations majeures, la demande d’énergie liée au refroidissement triplera également, atteignant 6 200 térawattheures d’ici 2050 – soit près d’un quart de la consommation totale d’électricité dans le monde aujourd’hui.
Malgré l’ampleur des défis croissants, il y a eu relativement peu de financement affluant dans le secteur, et peu d’avancées notables dans les produits sur le marché. Hormis de lents gains d’efficacité, la technologie de base fonctionne à peu près comme elle l’a fait lorsqu’elle a été introduite il y a près d’un siècle.
« Le fait que l’utilisation des climatiseurs de fenêtre continue d’augmenter alors que le produit ressemble et fonctionne largement comme il l’a fait pendant des décennies parle de lui-même », dit Vince Romanin, directeur général de Treau, basé à San Francisco, une startup de refroidissement furtif qui développe un nouveau type de pompe à chaleur. « Je pense que beaucoup de gens sont excités pour quelque chose de nouveau ici, mais il n’y a eu que des progrès incrémentaux. »
Il y a eu des améliorations beaucoup plus importantes dans les coûts et les performances à travers d’autres technologies énergétiques au cours des dernières décennies – comme les panneaux solaires, les batteries et les véhicules électriques – sous l’impulsion des politiques publiques, des efforts de recherche dédiés et de la demande croissante pour des alternatives plus propres. Treau fait partie d’un certain nombre de startups et de groupes de recherche qui tentent actuellement de réaliser des avancées similaires pour le refroidissement.
Mais même si le stock mondial d’unités de climatisation devient beaucoup plus efficace, les bonds prévus dans l’utilisation sont si importants que la demande mondiale d’électricité montera encore en flèche. Cela va compliquer la tâche déjà titanesque de nettoyer les secteurs de l’énergie dans le monde. Cela signifie que les nations n’ont pas seulement besoin de remanier l’infrastructure électrique existante ; elles doivent construire des systèmes beaucoup plus grands que ceux qui ont jamais existé – et tout faire avec des sources sans carbone.
Des milliards de nouveaux climatiseurs
Le refroidissement perpétuel des vastes volumes d’air chaud qui remplissent les maisons, les bureaux et les usines est, et sera toujours, un énorme dévoreur d’énergie.
Le problème n’est pas seulement que plus de climatiseurs nécessiteront toujours plus d’électricité pour les alimenter. Le problème n’est pas seulement qu’un plus grand nombre de climatiseurs nécessitera toujours plus d’électricité pour les alimenter, mais aussi qu’ils augmenteront particulièrement la quantité nécessaire pendant les heures de pointe, lorsque les températures sont vraiment élevées et que tout le monde augmente sa climatisation en même temps. Cela signifie que nous devons surconstruire les systèmes électriques pour répondre à des niveaux de demande qui peuvent se produire seulement pendant quelques heures de quelques jours par an.
Dans le comté de Los Angeles, la hausse des températures combinée à la croissance de la population pourrait faire augmenter la demande d’électricité pendant les heures de pointe de l’été jusqu’à 51% d’ici 2060 dans un scénario à fortes émissions, selon une étude de 2019 d’Applied Energy par des chercheurs de l’Arizona State et de l’Université de Californie, Los Angeles.
Cela représente environ 6,5 gigawatts supplémentaires que les opérateurs de réseau devraient pouvoir mettre en ligne en une seule fois, soit la production instantanée de près de 20 millions de panneaux solaires de 300 watts lors d’une journée ensoleillée.
Et cela ne concerne qu’un seul des 58 comtés de Californie. Le monde verra des augmentations bien plus importantes de la demande de courant alternatif dans les nations où la classe moyenne se développe rapidement et où les vagues de chaleur deviendront plus fréquentes et plus sévères. Notamment, l’AIE prévoit que l’Inde installera 1,1 milliard d’unités supplémentaires d’ici 2050, faisant passer la part du CA dans la demande d’électricité de pointe de la nation de 10 % à 45 %.
Nettoyage du réseau
Le correctif le plus crucial doit se produire en dehors de l’industrie du CA. La transition du réseau électrique dans son ensemble vers une plus grande utilisation de sources d’énergie propres, comme le solaire et l’éolien, réduira régulièrement les émissions indirectes de gaz à effet de serre provenant de l’énergie utilisée pour alimenter les unités de climatisation.
En outre, le développement de réseaux de plus en plus intelligents pourrait aider les systèmes électriques à faire face aux tensions de la demande de pointe du CA. Cela implique l’ajout de capteurs, de systèmes de contrôle et de logiciels qui peuvent réduire automatiquement l’utilisation lorsque les températures extérieures baissent, lorsque les gens quittent les espaces pendant de longues périodes ou lorsque la demande commence à se heurter à la production disponible.
Le monde peut également réduire les émissions directes de la climatisation en passant à des réfrigérants alternatifs, les composés critiques dans les dispositifs de refroidissement qui absorbent la chaleur de l’air. Les fabricants se sont largement appuyés sur les hydrofluorocarbones, des gaz à effet de serre très puissants qui peuvent fuir pendant la fabrication et la réparation ou à la fin de la vie d’un appareil. Mais en vertu d’un amendement de 2016 au Protocole de Montréal, les entreprises et les pays doivent de plus en plus se tourner vers des options ayant un impact moindre sur le réchauffement, comme une classe de composés prometteurs connus sous le nom de HFO, certains hydrocarbures comme le propane, et même le dioxyde de carbone (qui a au moins un effet de réchauffement moindre que les réfrigérants existants).
Les réfrigérants alternatifs pourraient réduire les émissions de l’équivalent d’environ 50 milliards de tonnes de dioxyde de carbone au cours des prochaines décennies, selon l’estimation la plus élevée d’une analyse de Project Drawdown. (Le monde a émis près de 37 milliards de tonnes au total l’année dernière, selon le Global Carbon Project.)
Il existe également des moyens évidents d’alléger les charges d’électricité nécessaires au refroidissement des bâtiments, notamment en ajoutant de l’isolation, en colmatant les fuites d’air, en installant des couvre-fenêtres ou des films, et en appliquant des couleurs ou des matériaux réfléchissants sur les toits. La création de tels « toits frais » sur 80% des bâtiments commerciaux de la nation pourrait réduire la consommation annuelle d’énergie de plus de 10 térawattheures et économiser plus de 700 millions de dollars, selon une étude antérieure du Lawrence Berkeley National Lab.
Éviter le « cold crunch »
Mais en fin de compte, le nombre croissant d’unités de climatisation fonctionnant dans les maisons et les bâtiments du monde entier doivent devenir beaucoup plus efficaces sur le plan énergétique pour éviter ce qu’on appelle le « cold crunch » à venir.
L’un des outils les plus puissants pour apporter ces améliorations est la politique publique. L’AIE note que la meilleure technologie disponible est plus de deux fois plus efficace que la moyenne de ce qui est actuellement utilisé dans le monde, et trois fois meilleure que les produits les plus inefficaces sur le marché.
Le problème est que la plupart des gens et des entreprises ne vont pas payer beaucoup plus pour des systèmes plus efficaces juste pour aider à atteindre les objectifs climatiques mondiaux, en particulier dans les régions pauvres du monde. Mais avec des mandats, des incitations ou des subventions, les nations peuvent contribuer à faire en sorte qu’une plus grande partie des unités produites et vendues soient des modèles plus efficaces.
L’augmentation prévue de la consommation d’énergie liée au refroidissement diminue de 45% d’ici le milieu du siècle dans le cadre du scénario de l’AIE qui inclut de telles politiques (et ne suppose aucune avancée technologique).
Même dans ce cas, cependant, la demande d’énergie CA ferait encore un bond d’environ 70% d’ici le milieu du siècle. C’est mieux que de tripler. Mais réaliser des gains supplémentaires significatifs pourrait nécessiter des changements plus radicaux.
Changement radical
Un certain nombre de startups tentent de pousser les choses plus loin.
Transaera, cofondée par le professeur d’énergie du MIT Mircea Dincă, tente d’améliorer considérablement l’efficacité en s’attaquant à l’humidité de l’air comme une étape distincte.
En plus de refroidir l’air ambiant, les unités de climatisation conventionnelles doivent consacrer d’énormes quantités d’énergie pour traiter cette vapeur d’eau, qui retient une chaleur considérable et rend la sensation beaucoup plus inconfortable. Cela nécessite de faire descendre la température bien au-delà de ce que le cadran indique, afin de convertir la vapeur en liquide et de l’éliminer de l’air.
« C’est juste incroyablement inefficace », dit Dincă. « C’est beaucoup d’énergie, et c’est inutile »
L’approche de Transaera s’appuie sur une classe de matériaux très poreux connus sous le nom de cadres métallo-organiques qui peuvent être personnalisés pour capturer et s’accrocher à des composés spécifiques, y compris l’eau. L’entreprise a mis au point un accessoire pour les systèmes de climatisation qui utilise ces matériaux pour réduire l’humidité de l’air avant qu’il n’entre dans une unité standard. Il estime que cela peut améliorer l’efficacité énergétique globale de plus de 25%.
Transaera est finaliste du Global Cooling Prize de 3 millions de dollars, un concours conçu pour accélérer les avancées dans la climatisation afin de réduire les impacts climatiques. L’entreprise teste actuellement des prototypes en Inde en partenariat avec une division du géant chinois de l’électroménager Haier.
Pendant ce temps, SkyCool Systems de Mountain View, en Californie, a développé des miroirs essentiellement high-tech qui peuvent projeter de la chaleur dans les étendues froides de l’espace, en tirant parti d’un phénomène naturel connu sous le nom de refroidissement radiatif.
Les matériaux sont conçus pour émettre un rayonnement dans une bande étroite du spectre lumineux qui peut se glisser à côté des molécules d’eau et d’autres composés atmosphériques qui, autrement, renvoient la chaleur vers la planète.
Placés sur les toits, les matériaux peuvent remplacer ou augmenter les systèmes de refroidissement traditionnels des bâtiments. L’entreprise estime que la technologie peut réduire l’énergie utilisée pour refroidir les structures de 10 à 70 %, selon la configuration et le climat. SkyCool est en train d’installer les matériaux sur son quatrième site commercial.
D’autres startups explorent des idées telles que les pompes à chaleur géothermiques, la technologie à l’état solide qui évite le besoin de gaz réfrigérants, et de nouvelles tournures sur le refroidissement par évaporation, qui repose généralement sur des tampons imbibés d’eau pour réduire les températures de l’air.
La bonne nouvelle est que de l’argent commence à affluer dans le chauffage, la ventilation et la climatisation. Le cabinet de recherche CB Insights a suivi seulement huit opérations de financement d’une valeur de près de 40 millions de dollars en 2015, mais 35 totalisant environ 350 millions de dollars l’année dernière. (Cela comprend les prêts, les investissements en capital-risque et les acquisitions.) Et il y a déjà eu 39 opérations d’une valeur d’environ 200 millions de dollars cette année.
Mais la mauvaise nouvelle est que le niveau accru de financement est minuscule par rapport aux dizaines de milliards qui se déversent dans d’autres secteurs de l’énergie et de la technologie – et minuscule par rapport à l’ampleur des problèmes à venir.
Cette histoire a été mise à jour pour ajouter des informations actuelles sur SkyCool Systems, et corriger la ville dans laquelle elle est maintenant basée.
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