Mutta ilmastointilaitteet tuottavat itse tarpeeksi lämpöä kohottaakseen kaupunkien lämpötiloja mitattavasti, ja ne myös vuotavat erittäin voimakkaita kasvihuonekaasuja. Lisäksi nämä miljardit energiaa vaativat uudet laitteet luovat yhden suurimmista sähköntarpeen kasvulähteistä maailmassa.
Jollei merkittäviä parannuksia tehdä, myös jäähdytyksen energiantarve kolminkertaistuu ja nousee 6 200 terawattituntiin vuoteen 2050 mennessä eli lähes neljännekseen maailman nykyisestä kokonaissähkönkulutuksesta.
Kasvavien haasteiden suuruudesta huolimatta alalle on virrannut suhteellisen vähän rahoitusta ja markkinoilla on ollut vain vähän merkittäviä edistysaskeleita tuotteissa. Tehokkuuden hidasta parantumista lukuun ottamatta perustekniikka toimii pitkälti samalla tavalla kuin se esiteltiin lähes sata vuotta sitten.
”Se, että ikkuna-ilmastointilaitteiden käyttö lisääntyy edelleen, vaikka tuote näyttää ja toimii pitkälti samalla tavalla kuin se on toiminut jo vuosikymmeniä, puhuu puolestaan”, sanoo Vince Romanin, San Franciscossa toimivan Treau-yrityksen toimitusjohtaja, joka kehittää uudenlaista lämpöpumppua. ”Uskon, että monet ovat innoissaan jostain uudesta, mutta edistystä on tapahtunut vain vähitellen.”
Kustannuksissa ja suorituskyvyssä on viime vuosikymmeninä tapahtunut paljon suurempia parannuksia muissa energiatekniikoissa, kuten aurinkopaneeleissa, akuissa ja sähköajoneuvoissa, mikä on johtunut julkisesta politiikasta, omistautuneesta tutkimustoiminnasta ja puhtaampien vaihtoehtojen kasvavasta kysynnästä. Treau on yksi monista startup-yrityksistä ja tutkimusryhmistä, jotka yrittävät nyt eri tavoin saavuttaa samanlaisia edistysaskeleita jäähdytyksessä.
Mutta vaikka maailmanlaajuiset ilmastointilaitteet tulisivat paljon tehokkaammiksi, käytön ennustetut harppaukset ovat niin suuria, että maailmanlaajuinen sähkönkysyntä tulee silti kasvamaan. Tämä vaikeuttaa jo ennestään huikeaa tehtävää maailman energiasektoreiden puhdistamisessa. Se tarkoittaa, että kansakuntien ei tarvitse vain uudistaa nykyistä sähköinfrastruktuuria, vaan niiden on rakennettava paljon suurempia järjestelmiä kuin mitä on koskaan ollut – ja tehtävä kaikki hiilidioksidipäästöttöminä.
Miljardit uudet ilmastointilaitteet
Kotien, toimistotilojen ja tehtaiden täyttämien valtavien kuumien ilmamäärien jatkuva jäähdytys on ja tulee aina olemaan massiivinen energiasyöppö.
Ongelmana ei ole pelkästään se, että yhä useammat ilmastointilaitteet vaativat yhä enemmän sähköä. Kyse on myös siitä, että ne lisäävät sähkön tarvetta erityisesti ruuhka-aikoina, jolloin lämpötila on todella korkea ja kaikki nostavat ilmastointilaitteita samaan aikaan. Tämä tarkoittaa, että meidän on rakennettava sähköjärjestelmiä liikaa, jotta voimme vastata kysyntään, jota esiintyy vain muutamana tuntina muutamana päivänä vuodessa.
Los Angelesin piirikunnassa lämpötilan nousu yhdistettynä väestönkasvuun voi nostaa sähkön kysyntää kesän huipputunneilla jopa 51 prosenttia vuoteen 2060 mennessä, jos päästöt ovat korkeat, ilmenee Arizonan osavaltion osavaltion ja Kalifornian yliopiston tutkijoiden vuonna 2019 tekemästä Applied Energy -tutkimuksesta.
Tämä tarkoittaa noin 6,5 gigawatin lisäystä, joka verkko-operaattoreiden olisi kyettävä ottamaan käyttöön kerralla, tai lähes 20 miljoonan 300 watin aurinkopaneelin välitöntä tehoa aurinkoisena päivänä.
Ja tämä koskee vain yhtä Kalifornian 58 piirikunnasta. Maailmanlaajuisesti ilmastointilaitteiden kysyntä kasvaa paljon enemmän maissa, joissa keskiluokka laajenee nopeasti ja joissa helleaallot yleistyvät ja muuttuvat vakavammiksi. Erityisesti IEA ennustaa, että Intiassa asennetaan 1,1 miljardia laitetta vuoteen 2050 mennessä, jolloin ilmastointilaitteiden osuus maan huippusähkön kysynnästä nousee 10 prosentista 45 prosenttiin.
Verkon puhdistaminen
Kriittisimmän korjauksen on tapahduttava ilmastointilaiteteollisuuden ulkopuolella. Siirtymällä sähköverkkoon kokonaisuudessaan käyttämään enemmän puhtaita energialähteitä, kuten aurinko- ja tuulienergiaa, vähennetään tasaisesti ilmastointilaitteiden käyttövoimana käytetystä energiasta aiheutuvia epäsuoria kasvihuonekaasupäästöjä.
Lisäksi yhä älykkäämpien sähköverkkojen kehittäminen voisi auttaa sähköjärjestelmiä selviytymään ilmastointilaitteiden aiheuttamista huippukulutuksen rasituksista. Tämä tarkoittaa sellaisten antureiden, ohjausjärjestelmien ja ohjelmistojen lisäämistä, jotka voivat automaattisesti vähentää käyttöä, kun ulkolämpötilat laskevat, kun ihmiset poistuvat tiloista pitkiksi ajoiksi tai kun kysyntä alkaa törmätä käytettävissä olevaan sähköntuotantoon.
Maailma voi leikata ilmastointilaitteista aiheutuvia suoria päästöjä myös siirtymällä käyttämään vaihtoehtoisia kylmäaineita, eli jäähdytyslaitteisiin sisältyviä kriittisiä yhdisteitä, jotka absorboivat lämmöntuottoa ilmasta. Valmistajat ovat suurelta osin luottaneet fluorihiilivetyihin, jotka ovat erittäin voimakkaita kasvihuonekaasuja, jotka voivat vuotaa valmistuksen ja korjauksen aikana tai laitteen elinkaaren lopussa. Montrealin pöytäkirjaan vuonna 2016 tehdyn muutoksen mukaan yritysten ja maiden on kuitenkin siirryttävä yhä useammin vaihtoehtoihin, joilla on vähäisempi lämpenemisvaikutus, kuten lupaavien yhdisteiden luokkaan, joka tunnetaan nimellä HFO, tiettyihin hiilivetyihin, kuten propaaniin, ja jopa hiilidioksidiin (jonka lämpenemisvaikutus on ainakin vähäisempi kuin nykyisillä jäähdytysaineilla).
Vaihtoehtoiset jäähdytysaineet voisivat vähentää päästöjä tulevina vuosikymmeninä noin 50:llä miljardilla tonnilla hiilidioksidia vastaavalla määrällä Project Drawdown -analyysin korkeimman arvion mukaan. (Global Carbon Projectin mukaan maailman kokonaispäästöt olivat viime vuonna lähes 37 miljardia tonnia.)
On myös selkeitä keinoja helpottaa rakennusten jäähdyttämiseen tarvittavaa sähkökuormaa, kuten lisäämällä eristystä, tiivistämällä ilmavuotoja, asentamalla ikkunapeitteitä tai -kalvoja ja käyttämällä heijastavia värejä tai materiaaleja katoilla. Tällaisten ”viileiden kattojen” luominen 80 prosenttiin maan kaupallisista rakennuksista voisi vähentää vuotuista energiankulutusta yli 10 terawattitunnilla ja säästää yli 700 miljoonaa dollaria Lawrence Berkeley National Labin aikaisemman tutkimuksen mukaan.
Kylmäkriisin välttäminen
Mutta viime kädessä kodeissa ja rakennuksissa ympäri maailmaa toimivien ilmastointilaitteiden kasvavan määrän on muututtava paljon energiatehokkaammiksi, jotta vältetään niin sanottu ”kylmäkriisi”.
Yksi tehokkaimmista keinoista näiden parannusten aikaansaamiseksi on julkinen politiikka. Kansainvälinen energiajärjestö IEA toteaa, että paras saatavilla oleva teknologia on yli kaksi kertaa tehokkaampaa kuin se, mitä maailmalla on keskimäärin käytössä, ja kolme kertaa tehokkaampaa kuin markkinoilla olevat kaikkein tehottomimmat tuotteet.
Ongelmana on, että useimmat ihmiset ja yritykset eivät aio maksaa paljon enemmän tehokkaammista järjestelmistä vain auttaakseen saavuttamaan maailmanlaajuisia ilmastotavoitteita, varsinkaan maailman köyhissä osissa. Mutta toimeksiantojen, kannustimien tai tukien avulla valtiot voivat auttaa varmistamaan, että suurempi osa tuotettavista ja myytävistä laitteista on tehokkaampia malleja.
Jäähdytykseen liittyvän energiankäytön ennustettu kasvu supistuu 45 prosenttia vuosisadan puoliväliin mennessä IEA:n skenaariossa, joka sisältää tällaiset politiikat (ja jossa ei oleteta minkäänlaista teknistä edistystä).
Tällöinkin ilmastointilaitteiden energiantarve nousisi vuosisadan puoliväliin mennessä vielä noin 70 prosenttia. Se voittaa kolminkertaistumisen. Merkittävien lisähyötyjen saavuttaminen saattaisi kuitenkin vaatia radikaalimpia muutoksia.
Radikaali muutos
Muutamat startup-yritykset yrittävät viedä asioita pidemmälle.
MIT:n energia-alan professorin Mircea Dincăin perustama Transaera yrittää parantaa tehokkuutta merkittävästi puuttumalla erillisenä vaiheena ilman kosteuteen.
Ympäristön ilman jäähdyttämisen lisäksi perinteiset ilmastointilaitteet joutuvat käyttämään valtavia määriä energiaa tämän vesihöyryn käsittelyyn, joka pidättää huomattavan paljon lämpöä ja tekee olon paljon epämiellyttävämmäksi. Tämä edellyttää lämpötilan laskemista huomattavasti yli sen, mitä mittarissa lukee, jotta höyry voidaan muuttaa nesteeksi ja poistaa se ilmasta.
”Se on vain uskomattoman tehotonta”, Dincă sanoo. ”Siihen kuluu paljon energiaa, ja se on tarpeetonta.”
Transaeran lähestymistapa perustuu metalli-orgaanisiksi kehyksiksi kutsuttujen erittäin huokoisten materiaalien luokkaan, jotka voidaan räätälöidä vangitsemaan ja tarttumaan tiettyihin yhdisteisiin, kuten veteen. Yritys on kehittänyt ilmastointijärjestelmiin lisälaitteen, joka käyttää näitä materiaaleja vähentämään ilman kosteutta ennen kuin se menee vakioyksikköön. Hän arvioi, että se voi parantaa kokonaisenergiatehokkuutta yli 25 prosenttia.
Transaera on finaalissa 3 miljoonan dollarin Global Cooling Prize -palkinnossa, joka on kilpailu, jonka tarkoituksena on vauhdittaa ilmastoinnin kehitystä ilmastovaikutusten vähentämiseksi. Yritys testaa parhaillaan prototyyppejä Intiassa yhteistyössä kiinalaisen kodinkonejätti Haierin osaston kanssa.
Kalifornian Mountain View’ssä sijaitseva SkyCool Systems on kehittänyt lähinnä huipputeknisiä peilejä, jotka voivat heittää lämpöä kylmään avaruuteen hyödyntäen luonnollista ilmiötä, jota kutsutaan säteilyjäähdytykseksi.
Materiaalit on suunniteltu lähettämään säteilyä valospektrin kapealla kaistalla, joka voi livahtaa vesimolekyylien ja muiden ilmakehän yhdisteiden ohi, jotka muutoin säteilevät lämpöä takaisin kohti planeettaa.
Materiaaleilla voidaan korvata tai täydentää rakennusten perinteisiä jäähdytysjärjestelmiä, kun ne sijoitetaan katoille. Yhtiö arvioi, että teknologia voi vähentää rakenteiden jäähdyttämiseen käytettyä energiaa 10-70 prosenttia kokoonpanosta ja ilmastosta riippuen. SkyCool on parhaillaan asentamassa materiaaleja neljänteen kaupalliseen kohteeseensa.
Muut startup-yritykset tutkivat ideoita, kuten geotermisiä lämpöpumppuja, kiinteän olomuodon teknologiaa, joka välttää kylmäaineena käytettävien kaasujen käytön, ja uusia käänteitä haihdutusjäähdytykseen, joka tavallisesti perustuu veteen imeytettyihin tyynyihin ilman lämpötilojen alentamiseksi.
Hyvä uutinen on se, että jonkin verran rahaa on alkanut virrata lämmitykseen, ilmanvaihtoon ja ilmastointijärjestelmiin. Tutkimusyritys CB Insights seurasi vuonna 2015 vain kahdeksaa rahoitussopimusta, joiden arvo oli lähes 40 miljoonaa dollaria, mutta viime vuonna 35:tä, joiden arvo oli yhteensä noin 350 miljoonaa dollaria. (Tähän sisältyvät lainat, pääomasijoitukset ja yritysostot.) Tänä vuonna on tehty jo 39 kauppaa noin 200 miljoonan dollarin arvosta.
Mutta huono uutinen on se, että lisääntynyt rahoitus on pientä verrattuna muihin energia- ja teknologiasektoreihin valuviin kymmeniin miljardeihin – ja mitättömän pientä suhteessa tulevien ongelmien laajuuteen.
Tätä juttua päivitettiin lisäämällä ajankohtaiset tiedot SkyCool Systemsistä ja korjaamalla kaupunki, jossa se nyt sijaitsee.
Kirjaudu sisäänTilaa nyt