Airconditioningtechnologie is de grote gemiste kans in de strijd tegen klimaatverandering

Sergei Akulich / Pexels

Terwijl recordbrekende hittegolven de Californiërs vorige maand teisterden, dwong de collectieve belasting van miljoenen airconditioners de netbeheerders van de staat om honderdduizenden huishoudens in duisternis te storten.

De rollende black-outs boden slechts een kleine hint van wat er waarschijnlijk zal komen in Californië en ver daarbuiten. Groeiende bevolkingsgroepen, stijgende inkomens, toenemende verstedelijking en stijgende zomertemperaturen zouden het aantal wereldwijd geïnstalleerde AC-units tegen het midden van de eeuw kunnen verdrievoudigen, waardoor het totaal volgens de Internationaal Energie Agentschap ’s Future of Cooling-rapport.

Airconditioning is inderdaad een van de meest verraderlijke uitdagingen van klimaatverandering en een van de moeilijkst op te lossen technologische problemen. Hoe meer de wereld opwarmt, hoe meer koeling we nodig hebben - niet alleen voor comfort, maar voor gezondheid en overleving in grote delen van de wereld.

Maar airconditioners produceren zelf voldoende warmte om de stadstemperatuur meetbaar te verhogen, en ze stoten ook zeer krachtige broeikasgassen uit. Bovendien zullen die miljarden energieverslindende nieuwe eenheden een van de grootste bronnen van stijgende elektriciteitsvraag ter wereld creëren.

Zonder grote verbeteringen zal de energievraag van koeling ook verdrievoudigen, tot 6.200 terawattuur in 2050 – of bijna een kwart van het totale elektriciteitsverbruik van de wereld vandaag.

Death Valley in Californië heeft mogelijk de hoogste temperaturen vastgesteld die ooit betrouwbaar zijn geregistreerd, te midden van zinderende hittegolven vorige maand.

AP FOTO / JOHN LOCHER

Ondanks de omvang van de toenemende uitdagingen, is er relatief weinig geld naar de sector gestroomd en is er weinig opmerkelijke vooruitgang in producten op de markt. Afgezien van langzame winsten in efficiëntie, is de basistechnologie opereert net zoals het deed toen het bijna een eeuw geleden werd geïntroduceerd.

Het feit dat het gebruik van raam-AC blijft toenemen, terwijl het product er grotendeels hetzelfde uitziet en werkt als decennialang, spreekt voor zich, zegt Vince Romanin, chief executive van Treau, een stealth-koelingstartup die een nieuw type warmte ontwikkelt. pomp. Ik denk dat veel mensen enthousiast zijn over iets nieuws hier, maar er is alleen maar geleidelijke vooruitgang geboekt.

Er zijn de afgelopen decennia veel grotere verbeteringen geweest in kosten en prestaties bij andere energietechnologieën, 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 verschillende manieren proberen om vergelijkbare vooruitgang voor koeling te bereiken.

Maar zelfs als de wereldwijde voorraad AC-units veel efficiënter wordt, zijn de verwachte sprongen in het gebruik zo groot dat de wereldwijde vraag naar elektriciteit nog steeds zal stijgen. Dat zal de toch al duizelingwekkende taak om de energiesectoren van de wereld op te ruimen, bemoeilijken. Het betekent dat landen niet alleen de bestaande elektriciteitsinfrastructuur moeten herzien; ze moeten veel grotere systemen bouwen dan ooit hebben bestaan ​​- en dat allemaal doen met koolstofvrije bronnen.

Miljarden nieuwe airconditioners

Het voortdurend afkoelen van de enorme hoeveelheden hete lucht die huizen, kantoren en fabrieken vullen, is en zal altijd een enorme energievreter zijn.

Het probleem is niet alleen dat steeds meer airconditioners steeds meer elektriciteit nodig hebben om ze van stroom te voorzien. Het is ook dat ze met name de hoeveelheid verhogen die nodig is tijdens piekmomenten, wanneer de temperaturen echt branden en iedereen tegelijkertijd zijn airco aanzet. Dat betekent dat we elektriciteitssystemen moeten overbouwen om te voldoen aan de vraag die slechts voor een paar uur of een paar dagen per jaar kan optreden.

In Los Angeles County zouden stijgende temperaturen in combinatie met bevolkingsgroei de vraag naar elektriciteit tijdens de piekuren in de zomer in 2060 met wel 51% kunnen opdrijven in een scenario met hoge emissies, volgens een Studie Toegepaste Energie 2019 door onderzoekers van de Arizona State en de University of California, Los Angeles.

Dat komt neer op ongeveer 6,5 gigawatt extra die netbeheerders in één keer online zouden moeten kunnen brengen, of de onmiddellijke output van bijna 20 miljoen 300 watt zonnepanelen op een zonnige dag.

En dat is alleen voor een van de 58 provincies van Californië. De wereld zal een veel grotere toename van de AC-vraag zien in landen waar de middenklasse snel groeit en waar hittegolven vaker voorkomen en heviger worden. Het IEA voorspelt met name dat India tegen 2050 nog eens 1,1 miljard eenheden zal installeren, waardoor het aandeel van AC in de piekelektriciteitsvraag van het land zal stijgen van 10% naar 45%.

Het rooster schoonmaken

De meest cruciale oplossing moet buiten de AC-industrie plaatsvinden. De overgang van het elektriciteitsnet als geheel naar meer gebruik van schone energiebronnen, zoals zon en wind, zal de indirecte uitstoot van broeikasgassen door de energie die wordt gebruikt om airconditioningseenheden aan te drijven, gestaag verminderen.

Bovendien kan het ontwikkelen van steeds slimmere netwerken elektriciteitssystemen helpen om te gaan met de piekvraag van wisselstroom. Dat houdt in dat er sensoren, besturingssystemen en software worden toegevoegd die het gebruik automatisch kunnen verminderen als de buitentemperatuur daalt, wanneer mensen ruimtes voor langere tijd verlaten of wanneer de vraag begint te stijgen ten opzichte van de beschikbare opwekking.

De wereld kan ook de directe uitstoot van AC verminderen door over te schakelen op alternatieve koelmiddelen, de kritische verbindingen in koelapparatuur die warmte uit de lucht absorberen. Fabrikanten hebben grotendeels vertrouwd op fluorkoolwaterstoffen, dit zijn zeer krachtige broeikasgassen die kunnen weglekken tijdens fabricage en reparatie of aan het einde van de levensduur van een eenheid. Maar onder een 2016 wijziging van het Montreal Protocol , moeten bedrijven en landen in toenemende mate overschakelen naar opties met lagere opwarmingseffecten, zoals een klasse van veelbelovende verbindingen die bekend staan ​​​​als HFO's, bepaalde koolwaterstoffen zoals propaan en zelfs koolstofdioxide (dat op zijn minst een minder opwarmend effect heeft dan bestaande koelmiddelen).

Alternatieve koelmiddelen kunnen de uitstoot de komende decennia met het equivalent van ongeveer 50 miljard ton koolstofdioxide verminderen, volgens de high-end 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, zoals het toevoegen van isolatie, het dichten van luchtlekken, het installeren van raambekleding of films en het aanbrengen van reflecterende kleuren of materialen op daken. Het creëren van zulke koele daken op 80% van de commerciële gebouwen van het land zou het jaarlijkse energieverbruik met meer dan 10 terawattuur kunnen verminderen en meer dan $ 700 miljoen kunnen besparen, volgens een eerdere studie van het Lawrence Berkeley National Lab .

De 'koude crunch' vermijden

Maar uiteindelijk moet het groeiende aantal AC-units dat in huizen en gebouwen over de hele wereld wordt gebruikt, veel energiezuiniger worden om wat bekend staat als de komende koudecrisis te voorkomen.

Een van de krachtigste instrumenten om die verbeteringen tot stand te brengen, is overheidsbeleid. Het IEA merkt op dat de beste beschikbare technologie meer dan twee keer zo efficiënt is als het gemiddelde van wat er wereldwijd in gebruik is, en drie keer beter dan de meest inefficiënte producten op de markt.

Het probleem is dat de meeste mensen en bedrijven niet veel meer gaan betalen voor efficiëntere systemen, alleen maar om de wereldwijde klimaatdoelstellingen te helpen bereiken, met name in arme delen van de wereld. Maar met mandaten, stimulansen of subsidies kunnen landen ervoor zorgen dat meer van de geproduceerde en verkochte eenheden efficiëntere modellen zijn.

De verwachte toename van het koelingsgerelateerd energieverbruik zal tegen het midden van de eeuw met 45% krimpen volgens het IEA-scenario dat dergelijk beleid omvat (en geen technologische vooruitgang veronderstelt).

Maar zelfs dan zou de vraag naar AC-energie tegen het midden van de eeuw nog steeds ongeveer 70% hoger zijn. Dat is beter dan verdrievoudigen. Maar het bereiken van aanzienlijke extra winsten zou meer radicale veranderingen kunnen vereisen.

Drastische verandering

Een aantal startups probeert de zaken verder te pushen.

Transaera, mede opgericht door MIT energieprofessor Mircea Dincă, probeert de efficiëntie aanzienlijk te verbeteren door de luchtvochtigheid als een aparte stap aan te pakken.

Naast het koelen van de omgevingslucht, moeten conventionele AC-units enorme hoeveelheden energie besteden aan het omgaan met deze waterdamp, die veel warmte vasthoudt en het veel oncomfortabeler maakt. Dat vereist dat de temperatuur veel lager wordt dan op de wijzerplaat staat, om de damp in vloeistof om te zetten en uit de lucht te verwijderen.

Het is gewoon ongelooflijk inefficiënt', zegt Dincă. 'Het kost veel energie, en het is niet nodig,

De aanpak van Transaera 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 eraan vast te klampen. Het bedrijf heeft een opzetstuk voor airconditioningsystemen ontwikkeld dat deze materialen gebruikt om de vochtigheid in de lucht te verminderen voordat deze in een standaardeenheid wordt geplaatst. Hij schat dat het de algehele energie-efficiëntie met meer dan 25% kan verbeteren.

Transaera is finalist in de Wereldwijde koelprijs van $ 3 miljoen , een wedstrijd die is ontworpen om de vooruitgang in airconditioning te versnellen om de klimaateffecten 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 hightech spiegels ontwikkeld die: kan warmte in de koude ruimten werpen , profiterend van een natuurlijk fenomeen 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 terug naar de planeet uitstralen.

De materialen worden op daken geplaatst en kunnen traditionele koelsystemen voor gebouwen vervangen of aanvullen. Het bedrijf schat dat de technologie de energie die nodig is om constructies 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 haar 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 gewoonlijk vertrouwt op met water doordrenkte pads om de luchttemperatuur te verlagen.

Het goede nieuws is dat er wat geld begint te vloeien naar verwarming, ventilatie en airconditioning. Het onderzoeksbureau CB Insights volgde in 2015 slechts acht financieringsovereenkomsten ter waarde van bijna $ 40 miljoen, maar vorig jaar 35 van in totaal ongeveer $ 350 miljoen. (Dit omvat leningen, durfkapitaalinvesteringen en acquisities.) 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 klein is in vergelijking met de tientallen miljarden die in andere energie- en technologiesectoren stromen - en minuscuul in verhouding tot de omvang van de problemen die komen gaan.

Dit verhaal is bijgewerkt om actuele informatie over SkyCool Systems toe te voegen en de stad te corrigeren waarin het nu is gevestigd.

zich verstoppen