Dar aparatele de aer condiționat în sine produc suficientă căldură pentru a crește în mod măsurabil temperaturile urbane și, de asemenea, emit gaze cu efect de seră foarte puternice. În plus, aceste miliarde de unități noi, mari consumatoare de energie, vor crea una dintre cele mai mari surse de creștere a cererii de electricitate din întreaga lume.
În lipsa unor îmbunătățiri majore, cererea de energie pentru răcire se va tripla, de asemenea, ajungând la 6.200 terawați-oră până în 2050 – sau aproape un sfert din consumul total de electricitate la nivel mondial din prezent.
În ciuda magnitudinii provocărilor din ce în ce mai mari, a existat relativ puțină finanțare care a intrat în acest sector și puține progrese notabile în ceea ce privește produsele de pe piață. În afară de creșterea lentă a eficienței, tehnologia de bază funcționează în mare parte la fel ca atunci când a fost introdusă în urmă cu aproape un secol.
„Faptul că utilizarea aparatelor de aer condiționat de fereastră continuă să crească în timp ce produsul arată și funcționează în mare parte la fel ca de zeci de ani vorbește de la sine”, spune Vince Romanin, directorul executiv al Treau, cu sediul în San Francisco, un start-up de răcire invizibilă care dezvoltă un tip nou de pompă de căldură. „Cred că o mulțime de oameni sunt entuziasmați de ceva nou aici, dar nu a existat decât un progres incremental.”
În ultimele decenii au existat îmbunătățiri mult mai mari în ceea ce privește costurile și performanța altor tehnologii energetice – cum ar fi panourile solare, bateriile și vehiculele electrice – determinate de politicile publice, eforturile de cercetare dedicate și cererea tot mai mare de alternative mai curate. Treau este unul dintre un număr de startup-uri și grupuri de cercetare care încearcă acum diverse modalități de a obține progrese similare pentru răcire.
Dar chiar dacă stocul global de unități AC devine mult mai eficient, salturile preconizate în utilizare sunt atât de mari încât cererea globală de energie electrică va crește în continuare. Acest lucru va complica sarcina deja uluitoare de curățare a sectoarelor energetice ale lumii. Aceasta înseamnă că națiunile nu trebuie doar să revizuiască infrastructura de electricitate existentă; ele trebuie să construiască sisteme mult mai mari decât cele care au existat vreodată – și să facă totul cu surse fără emisii de carbon.
Miliarde de aparate de aer condiționat noi
Răcirea permanentă a volumelor mari de aer cald care umplu casele, birourile și fabricile este și va fi întotdeauna un consumator masiv de energie.
Problema nu constă doar în faptul că mai multe aparate de aer condiționat vor necesita tot mai multă energie electrică pentru a le alimenta. Este, de asemenea, faptul că acestea vor crește în mod special cantitatea necesară în timpul orelor de vârf, când temperaturile sunt cu adevărat caniculare și toată lumea își pornește aerul condiționat în același timp. Asta înseamnă că trebuie să supraconstruim sistemele de electricitate pentru a satisface niveluri de cerere care pot apărea doar pentru câteva ore din câteva zile pe an.
În comitatul Los Angeles, creșterea temperaturilor combinată cu creșterea populației ar putea crește cererea de electricitate în timpul orelor de vârf din timpul verii cu până la 51% până în 2060, în condițiile unui scenariu cu emisii ridicate, potrivit unui studiu Applied Energy din 2019 realizat de cercetătorii de la Arizona State și de la University of California, Los Angeles.
Acesta se adaugă la aproximativ 6,5 gigawați suplimentari pe care operatorii de rețea ar trebui să fie capabili să îi aducă online deodată, sau producția instantanee a aproape 20 de milioane de panouri solare de 300 de wați într-o zi însorită.
Și asta doar pentru unul dintre cele 58 de comitate din California. În lume se vor înregistra creșteri mult mai mari ale cererii de curent alternativ în națiunile în care clasa de mijloc se extinde rapid și unde valurile de căldură vor deveni mai frecvente și mai severe. În special, AIE preconizează că India va instala încă 1,1 miliarde de unități până în 2050, ceea ce va duce la creșterea ponderii AC în cererea de energie electrică de vârf a națiunii de la 10% la 45%.
Curățarea rețelei
Cea mai importantă soluție trebuie să aibă loc în afara industriei AC. Tranziția rețelei de electricitate în ansamblul ei către o mai mare utilizare a surselor de energie curată, cum ar fi energia solară și eoliană, va reduce în mod constant emisiile indirecte de gaze cu efect de seră provenite din energia utilizată pentru alimentarea aparatelor de aer condiționat.
În plus, dezvoltarea unor rețele din ce în ce mai inteligente ar putea ajuta sistemele de electricitate să facă față tensiunilor legate de cererea de vârf a AC. Acest lucru presupune adăugarea de senzori, sisteme de control și software care pot reduce automat utilizarea pe măsură ce temperaturile exterioare scad, când oamenii părăsesc spațiile pentru perioade lungi de timp sau când cererea începe să se lovească de producția de energie electrică disponibilă.
Lumea poate reduce, de asemenea, emisiile directe de la AC prin trecerea la agenți frigorifici alternativi, compușii critici din dispozitivele de răcire care absorb căldura din aer. Producătorii s-au bazat în mare parte pe hidrofluorocarburi, care sunt gaze cu efect de seră foarte puternice care se pot scurge în timpul fabricării și reparării sau la sfârșitul duratei de viață a unei unități. Dar, în conformitate cu un amendament din 2016 la Protocolul de la Montreal, companiile și țările trebuie să treacă din ce în ce mai mult la opțiuni cu un impact mai redus asupra încălzirii, cum ar fi o clasă de compuși promițători cunoscuți sub numele de HFO, anumite hidrocarburi precum propanul și chiar dioxidul de carbon (care cel puțin are un efect de încălzire mai mic decât agenții frigorifici existenți).
Frigidele alternative ar putea reduce emisiile cu echivalentul a aproximativ 50 de miliarde de tone de dioxid de carbon în următoarele decenii, conform estimării de vârf a unei analize Project Drawdown. (Lumea a emis anul trecut un total de aproape 37 de miliarde de tone, conform Global Carbon Project.)
Există, de asemenea, modalități clare de a ușura sarcinile de energie electrică necesare pentru răcirea clădirilor, inclusiv adăugarea de izolație, etanșarea scurgerilor de aer, instalarea de acoperitoare sau folii pentru ferestre și aplicarea de culori sau materiale reflectorizante pe acoperișuri. Crearea unor astfel de „acoperișuri răcoroase” în 80% din clădirile comerciale din țară ar putea reduce consumul anual de energie cu peste 10 terawați-oră și ar economisi peste 700 de milioane de dolari, potrivit unui studiu anterior realizat de Lawrence Berkeley National Lab.
Evitarea „crizei de frig”
Dar, în cele din urmă, numărul tot mai mare de unități de aer condiționat care funcționează în casele și clădirile din întreaga lume trebuie să devină mult mai eficiente din punct de vedere energetic pentru a evita ceea ce este cunoscut sub numele de „criza de frig” care se apropie.”
Unul dintre cele mai puternice instrumente pentru a aduce aceste îmbunătățiri este politica publică. AIE notează că cea mai bună tehnologie disponibilă este de peste două ori mai eficientă decât media a ceea ce se utilizează în prezent în întreaga lume și de trei ori mai bună decât cele mai ineficiente produse de pe piață.
Problema este că majoritatea oamenilor și a întreprinderilor nu vor plăti mult mai mult pentru sisteme mai eficiente doar pentru a ajuta la atingerea obiectivelor climatice globale, în special în zonele sărace ale lumii. Dar, prin mandate, stimulente sau subvenții, națiunile pot contribui la asigurarea faptului că mai multe dintre unitățile produse și vândute sunt modele mai eficiente.
Creșterea preconizată a consumului de energie legată de răcire se reduce cu 45% până la jumătatea secolului în scenariul AIE care include astfel de politici (și nu presupune niciun progres tehnologic).
Chiar și atunci, totuși, cererea de energie pentru AC ar crește cu aproximativ 70% până la jumătatea secolului. Asta este mai bine decât o triplare. Dar obținerea unor câștiguri suplimentare semnificative ar putea necesita schimbări mai radicale.
Schimbări radicale
O serie de startup-uri încearcă să împingă lucrurile mai departe.
Transaera, cofondată de profesorul de energie de la MIT, Mircea Dincă, încearcă să îmbunătățească semnificativ eficiența prin abordarea umidității din aer ca o etapă separată.
În plus față de răcirea aerului ambiental, unitățile convenționale de aer condiționat trebuie să dedice cantități uriașe de energie pentru a face față acestor vapori de apă, care rețin o căldură considerabilă și fac ca senzația de disconfort să fie mult mai mare. Acest lucru necesită coborârea temperaturii cu mult peste ceea ce indică cadranul, pentru a transforma vaporii în lichid și a-i elimina din aer.
„Este pur și simplu incredibil de ineficient”, spune Dincă. „Este o cantitate mare de energie și este inutilă.”
Abordarea Transaera se bazează pe o clasă de materiale foarte poroase cunoscute sub numele de cadre metal-organice care pot fi personalizate pentru a capta și a se agăța de compuși specifici, inclusiv de apă. Compania a dezvoltat un accesoriu pentru sistemele de aer condiționat care utilizează aceste materiale pentru a reduce umiditatea din aer înainte ca acesta să intre într-o unitate standard. El estimează că poate îmbunătăți eficiența energetică globală cu peste 25%.
Transaera este finalistă în cadrul premiului Global Cooling Prize, în valoare de 3 milioane de dolari, un concurs menit să accelereze progresele în domeniul aerului condiționat pentru a reduce impactul asupra climei. Compania testează în prezent prototipuri în India, în parteneriat cu o divizie a gigantului chinez de electrocasnice Haier.
Între timp, SkyCool Systems din Mountain View, California, a dezvoltat în esență oglinzi de înaltă tehnologie care pot arunca căldură în întinderile reci ale spațiului, profitând de un fenomen natural cunoscut sub numele de răcire prin radiație.
Materialele sunt concepute pentru a emite radiații într-o bandă îngustă a spectrului luminos care se pot strecura pe lângă moleculele de apă și alți compuși atmosferici care altfel radiază căldura înapoi spre planetă.
Plasate pe acoperișuri, materialele pot înlocui sau spori sistemele tradiționale de răcire a clădirilor. Compania estimează că tehnologia poate reduce energia folosită pentru răcirea structurilor cu 10 până la 70%, în funcție de configurație și climă. SkyCool este în curs de instalare a materialelor în cel de-al patrulea amplasament comercial al său.
Alte startup-uri explorează idei precum pompele de căldură geotermale, tehnologia cu stare solidă care evită nevoia de gaze refrigerante și noi variante ale răcirii prin evaporare, care, de obicei, se bazează pe tampoane îmbibate cu apă pentru a reduce temperatura aerului.
Veștile bune sunt că încep să curgă ceva bani în încălzire, ventilație și aer condiționat. Firma de cercetare CB Insights a urmărit doar opt tranzacții de finanțare în valoare de aproape 40 de milioane de dolari în 2015, dar 35 în valoare totală de aproximativ 350 de milioane de dolari anul trecut. (Aceasta include împrumuturi, investiții de capital de risc și achiziții.) Și au existat deja 39 de tranzacții în valoare de aproximativ 200 de milioane de dolari în acest an.
Dar vestea proastă este că nivelul crescut de finanțare este infim în comparație cu zecile de miliarde de dolari care se varsă în alte sectoare energetice și tehnologice – și minuscul în raport cu amploarea problemelor care vor apărea.
Acest articol a fost actualizat pentru a adăuga informații actuale despre SkyCool Systems și pentru a corecta orașul în care își are acum sediul.
Înscrieți-văSubscrieți-vă acum