Maar airconditioners produceren zelf genoeg warmte om de temperatuur in steden meetbaar op te voeren, en ze lekken ook zeer krachtige broeikasgassen uit. Bovendien zullen die miljarden energievretende nieuwe apparaten een van de grootste bronnen van de stijgende vraag naar elektriciteit in de wereld creëren.
Zonder grote verbeteringen zal de vraag naar energie uit koeling ook verdrievoudigen, tot 6.200 terawattuur in 2050 – of bijna een kwart van het totale elektriciteitsverbruik in de wereld van vandaag.
Ondanks de omvang van de toenemende uitdagingen zijn er relatief weinig financiële middelen naar de sector gevloeid en is er weinig noemenswaardige vooruitgang geboekt met producten op de markt. Afgezien van een langzame verbetering van de efficiëntie, functioneert de basistechnologie vrijwel hetzelfde als toen deze bijna een eeuw geleden werd geïntroduceerd.
“Het feit dat het gebruik van window AC’s blijft toenemen terwijl het product er grotendeels hetzelfde uitziet en hetzelfde werkt als tientallen jaren geleden, spreekt voor zich,” zegt Vince Romanin, chief executive van het in San Francisco gevestigde Treau, een “stealth cooling startup” die een nieuw type warmtepomp ontwikkelt. “Ik denk dat veel mensen enthousiast zijn over iets nieuws hier, maar er is slechts incrementele vooruitgang geboekt.”
Er zijn de afgelopen decennia veel grotere verbeteringen in de kosten en prestaties van andere energietechnologieën geweest, zoals zonnepanelen, batterijen en elektrische voertuigen, gedreven door overheidsbeleid, toegewijde onderzoeksinspanningen en een groeiende vraag naar schonere alternatieven. Treau is een van een aantal startups en onderzoeksgroepen die nu op verschillende manieren proberen om vergelijkbare vooruitgang te boeken op het gebied van koeling.
Maar zelfs als de voorraad airconditioners wereldwijd veel efficiënter wordt, zijn de voorspelde sprongen in het gebruik zo groot dat de wereldwijde vraag naar elektriciteit nog steeds zal stijgen. Dat bemoeilijkt de toch al duizelingwekkende taak om ’s werelds energiesectoren op te schonen. Het betekent dat landen niet alleen de bestaande elektriciteitsinfrastructuur moeten herzien, maar ook veel grotere systemen moeten bouwen dan er ooit zijn geweest, en dat alles met koolstofvrije bronnen.
Miljoenen nieuwe airconditioners
Het voortdurend koelen van de enorme hoeveelheden warme lucht die huizen, kantoren en fabrieken vullen, is en blijft een enorme energieverslinder.
Het probleem is niet alleen dat meer airconditioners steeds meer elektriciteit nodig hebben om ze aan te drijven. Het is ook dat ze vooral de hoeveelheid die nodig is tijdens de piekuren, wanneer de temperaturen zijn echt roosteren en iedereen zwengelt hun AC op hetzelfde moment. Dat betekent dat we de elektriciteitssystemen moeten overbouwen om te voldoen aan vraagniveaus die zich slechts gedurende een paar uur van een paar dagen per jaar kunnen voordoen.
In Los Angeles County kunnen stijgende temperaturen in combinatie met bevolkingsgroei de vraag naar elektriciteit tijdens piekuren in de zomer tot 51% opdrijven in 2060 volgens een scenario met hoge emissies, volgens een 2019 Applied Energy-studie door onderzoekers van Arizona State en de University of California, Los Angeles.
Dat komt neer op ongeveer 6,5 extra gigawatt die netbeheerders in één keer online zouden moeten kunnen brengen, of de onmiddellijke output van bijna 20 miljoen zonnepanelen van 300 watt op een zonnige dag.
En dat is slechts voor één van de 58 graafschappen van Californië. In landen waar de middenklasse snel groeit en waar hittegolven vaker en heviger zullen voorkomen, zal de wereldvraag naar AC veel sterker toenemen. Het IEA voorspelt met name dat India tegen 2050 nog eens 1,1 miljard apparaten zal installeren, waardoor het aandeel van AC in de piekvraag naar elektriciteit van 10% naar 45% zal stijgen.
Schoonmaken van het net
De meest cruciale oplossing moet buiten de AC-industrie plaatsvinden. Door het elektriciteitsnet als geheel over te schakelen op een groter gebruik van schone energiebronnen, zoals zonne- en windenergie, zal de indirecte uitstoot van broeikasgassen door de energie die wordt gebruikt om airconditioningunits aan te drijven, gestaag afnemen.
Daarnaast kan de ontwikkeling van steeds slimmere netten de elektriciteitssystemen helpen om te gaan met de piekvraag van AC. Dat betekent het toevoegen van sensoren, controlesystemen en software die het gebruik automatisch kunnen verminderen wanneer de buitentemperatuur daalt, wanneer mensen ruimten voor langere perioden verlaten, of wanneer de vraag begint te botsen tegen de beschikbare opwekking.
De wereld kan ook de directe emissies van AC verminderen door over te schakelen op alternatieve koelmiddelen, de kritische verbindingen in koelapparaten die warmte uit de lucht absorberen. Fabrikanten hebben grotendeels vertrouwd op fluorkoolwaterstoffen, wat zeer krachtige broeikasgassen zijn die kunnen weglekken tijdens fabricage en reparatie of aan het einde van de levensduur van een apparaat. Maar onder een amendement van 2016 op het Protocol van Montreal moeten bedrijven en landen in toenemende mate overschakelen op opties met een lager opwarmend effect, zoals een klasse veelbelovende verbindingen bekend als HFO’s, bepaalde koolwaterstoffen zoals propaan, en zelfs kooldioxide (dat in ieder geval een minder opwarmend effect heeft dan bestaande koelmiddelen).
Alternatieve koelmiddelen zouden de uitstoot in de komende decennia met het equivalent van ongeveer 50 miljard ton kooldioxide kunnen verminderen, volgens de hoogste schatting van een Project Drawdown-analyse. (De wereld stootte vorig jaar in totaal bijna 37 miljard ton uit, volgens het Global Carbon Project.)
Er zijn ook duidelijke manieren om de elektriciteitsbelasting die nodig is voor het koelen van gebouwen te verminderen, waaronder het toevoegen van isolatie, het dichten van luchtlekken, het installeren van raambekleding of folie, en het aanbrengen van reflecterende kleuren of materialen op daken. Het creëren van dergelijke “koele daken” in 80% van de commerciële gebouwen van de natie zou het jaarlijkse energieverbruik met meer dan 10 terawattuur kunnen verminderen en meer dan $700 miljoen besparen, volgens een eerdere studie van het Lawrence Berkeley National Lab.
Vermijden van de ‘koude crunch’
Maar uiteindelijk moet het groeiende aantal AC-units in huizen en gebouwen over de hele wereld veel energie-efficiënter worden om de zogenaamde ‘koude crunch’ te voorkomen.”
Een van de krachtigste instrumenten om die verbeteringen te bewerkstelligen is overheidsbeleid. Het IEA merkt op dat de beste beschikbare technologie meer dan twee keer zo efficiënt is als het gemiddelde van wat er momenteel in de wereld wordt gebruikt, en drie keer beter dan de meest inefficiënte producten op de markt.
Het probleem is dat de meeste mensen en bedrijven niet van plan zijn veel meer te betalen voor efficiëntere systemen alleen maar om de wereldwijde klimaatdoelstellingen te helpen verwezenlijken, vooral in arme delen van de wereld. Maar met mandaten, stimulansen of subsidies kunnen landen ervoor helpen zorgen dat meer van de geproduceerde en verkochte apparaten zuinigere modellen zijn.
De verwachte toename van het energiegebruik voor koeling krimpt met 45% tegen het midden van de eeuw in het IEA-scenario dat dergelijk beleid omvat (en geen technologische vooruitgang veronderstelt).
Zelfs dan echter zou de vraag naar AC-energie nog steeds met ongeveer 70% toenemen tegen het midden van de eeuw. Dat is beter dan verdrievoudiging. Maar het bereiken van aanzienlijke extra winst zou radicalere veranderingen kunnen vereisen.
Radicale verandering
Een aantal startups probeert de zaken verder te duwen.
Transaera, mede opgericht door MIT energieprofessor Mircea Dincă, probeert de efficiëntie aanzienlijk te verbeteren door de vochtigheid in de lucht als een aparte stap aan te pakken.
Naast het koelen van de omgevingslucht moeten conventionele airconditioners enorme hoeveelheden energie besteden aan het verwerken van deze waterdamp, die aanzienlijke warmte vasthoudt en het veel onaangenamer maakt. Daarvoor moet de temperatuur veel verder omlaag worden gebracht dan de wijzerplaat aangeeft, om de damp om te zetten in een vloeistof en deze uit de lucht te verwijderen.
“Het is gewoon ongelooflijk inefficiënt,” zegt Dincă. “Het kost veel energie en het is onnodig.”
Transaera’s benadering is gebaseerd op een klasse van zeer poreuze materialen die bekend staan als metaal-organische raamwerken die kunnen worden aangepast om specifieke verbindingen, waaronder water, op te vangen en vast te houden. Het bedrijf heeft een hulpstuk voor airconditioningsystemen ontwikkeld dat deze materialen gebruikt om de vochtigheid in de lucht te verminderen voordat deze in een standaardunit terechtkomt. Hij schat dat het de totale energie-efficiëntie met meer dan 25% kan verbeteren.
Transaera is finalist in de Global Cooling Prize van 3 miljoen dollar, een wedstrijd die is ontworpen om de vooruitgang in airconditioning te versnellen om de gevolgen voor het klimaat te verminderen. Het bedrijf test momenteel prototypes in India in samenwerking met een divisie van de Chinese huishoudelijke apparatengigant Haier.
Ondertussen heeft SkyCool Systems uit Mountain View, Californië, in wezen high-tech spiegels ontwikkeld die warmte in de koude uitgestrektheid van de ruimte kunnen werpen, waarbij gebruik wordt gemaakt van een natuurlijk verschijnsel dat bekend staat als stralingskoeling.
De materialen zijn ontworpen om straling uit te zenden in een smalle band van het lichtspectrum die langs watermoleculen en andere atmosferische verbindingen kan glippen die anders warmte terugstralen naar de planeet.
Geplant op daken, kunnen de materialen traditionele koelsystemen voor gebouwen vervangen of aanvullen. Het bedrijf schat dat de technologie de energie die wordt gebruikt om gebouwen te koelen met 10 tot 70% kan verminderen, afhankelijk van de configuratie en het klimaat. SkyCool is bezig met het installeren van de materialen op zijn vierde commerciële locatie.
Andere startups onderzoeken ideeën zoals geothermische warmtepompen, solid-state technologie die de noodzaak van koelgassen vermijdt, en nieuwe wendingen op verdampingskoeling, die meestal vertrouwt op in water gedrenkte pads om de luchttemperatuur te verlagen.
Het goede nieuws is dat er wat geld begint te stromen naar verwarming, ventilatie en airconditioning. Het onderzoeksbureau CB Insights volgde slechts acht financieringstransacties met een waarde van bijna $ 40 miljoen in 2015, maar 35 met een totale waarde van ongeveer $ 350 miljoen vorig jaar. (Dit omvat leningen, durfkapitaalinvesteringen en overnames.) En er zijn dit jaar al 39 deals geweest met een waarde van ongeveer $ 200 miljoen.
Maar het slechte nieuws is dat het verhoogde financieringsniveau miniem is vergeleken met de tientallen miljarden die in andere energie- en technologiesectoren worden gestort – en minuscuul in verhouding tot de omvang van de problemen die nog komen.
Dit verhaal is bijgewerkt met actuele informatie over SkyCool Systems, en met de stad waar het nu gevestigd is.
Teken inNeem nu