Оформя се новата ЕНЕРГИЙНА ИКОНОМИКА
Има безпогрешни сигнали, че нещата се променят.
Дори когато икономиките паднаха под тежестта на затварянето в следствие на епидемията от Covid-19, добавените мощности за възобновяема енергия, като вятърна и слънчева фотоволтаична енергия, нараснаха с най-бързия си темп от две десетилетия през 2020 г., докато продажбите на електрически автомобили установиха нови върхове. Политическите действия, технологичните иновации и нарастващата спешност на необходимостта от справяне с изменението на климата водят до нова енергийна икономика. Няма гаранция, че преходът към тази нова енергийна икономика ще бъде лесен, а и не се случва достатъчно бързо, за да се избегнат сериозни щети за климата. Но вече е очевидно, че енергийната икономика на бъдещето ще бъде много по-различна от тази, която имаме сега.
Електричеството играе все по-важна роля в живота на потребителите и за все по-голям брой домове то ще бъде основен източник на енергия за всички техни ежедневни нужди, включително транспорт, готвене, осветление, отопление и охлаждане. Предполага се, че надеждността и цената на електроенергията ще станат все по-важни във всички аспекти на живота и благосъстоянието на хората.
Делът на електроенергията в световното крайно потребление на енергия непрекъснато нараства през последните десетилетия и в момента възлиза на 20%. Тъй като темпът на нарастване на този дял се увеличава ще се забележи значимо ускорение на процесите през следващите години. До 2050 г. електричеството ще представлява около половината от общото потребление на енергия в NZE (Икономика с нулеви емисии), от които 30 процента в APS (Сценарият на обявените обещания, въведен тази година, има за цел да покаже до каква степен обявените амбиции и цели, включително най-новите, са на път да осигурят намаления на емисиите, необходими за постигане на нетни нулеви емисии до 2050 г.).
Като се има предвид, че електроенергията предоставя ценни енергийни услуги по-ефективно от другите горива, нейният принос е значително повече, отколкото показват тези цифри.
Повишаването на нуждата от електроенергията налага увеличаване на дела на инвестициите.. От 2016 г. глобалните инвестиции в електроенергия редовно изпреварват инвестициите в доставките на нефт и газ. С ускоряването на прехода, този тип инвестиции се превръщат в основното място за финансови транзакции, свързани с енергията. До 2030 г. инвестициите в производството на електроенергия и инфраструктурата в NZE ще бъдат шест пъти по-големи от тези в доставките на нефт и газ.
Чистите технологии в енергийния сектор и при крайния потребител се превърнаха в основен избор по целия свят, поради първоначалната законодателна подкрепа, но в крайна сметка защото са и най-рентабилните. Слънчевата фотоволтаична или вятърната енергия вече са най-рентабилните източници на ново производство на електроенергия. На много пазари случаят с електрическите автомобили вече е убедителен пример на базата на общите разходи за притежание.
Голямата пазарна възможност за чисти технологии се превърна в основен нов сектор за инвестиции и международна конкуренция в новата енергийна икономика, тъй като правителствата и предприятията се конкурират за позиция в глобалните вериги за доставки. Предвижда се, че ако светът постигне нетни нулеви емисии до 2050 г., годишната пазарна възможност за вятърни турбини, слънчеви панели, литиево-йонни батерии, електролизери и горивни клетки ще се увеличи десетократно до 1,2 трилиона щатски долара до 2050 г., или 3,5 пъти повече. Общата стойност на тези пет фактора би била повече от текущия петролен сектор и съпътстващите го приходи.
Новата енергийна икономика обхваща широк спектър от, и често, сложни взаимодействия в секторите на електроенергията, горивата и съхранението, създавайки нови регулаторни и пазарни трудности. Как да управляваме променливите в енергийното уравнение, както от страна на търсенето, така и от страна на предлагането става основна грижа. Увеличаването на пропорциите на вятърната и слънчевата фотоволтаична енергия ще повлияе на енергийните доставки, като ще даде предимство на силните мрежи и други форми на гъвкавост на доставките. Увеличеното внедряване на термопомпи и климатици (последните, особено в развиващите се икономики, където сегашните нива на собственост са ниски) ще формира променливостта в търсенето, която може да се повлияе от лошо структуриране на парка от електромобили или от внезапни студове, горещи вълни или други екстремни метеорологични събития. Дневното отклонение в търсенето може да се покачи до 270 гигавата (GW) в Европейския съюз (от 120 GW сега) и над 170 GW в Индия (от 40 GW) до средата на века, ако не бъдат предприети подходящи мерки за подготовка и контрол на тези колебания на място.
За да се интегрират различни части от бъдещата енергийна система, са необходими цифрови технологии. С нарастването на електрическата мобилност секторите, които преди са работили до голяма степен независимо (като електроенергия и транспорт), стават по-свързани по нови начини и мрежите трябва да се справят с много по-голямо разнообразие и сложност на потоците, тъй като много нови играчи, включително домакинства, излизат на сцената като производители. Управлението на платформите и данните, необходими за безпроблемното функциониране на тази система, както и управлението на заплахите за киберсигурността и поверителността на данните, се превръща в основен аспект на новата енергийна икономика.
Чистата електрификация, заедно със стремежа към повишаване на ефективността, е основната тема в ранните етапи на промяната на световната енергийна икономика. Продължаващото бързо внедряване в тези области обаче трябва да бъде допълнено от иновации за чиста енергия и масово внедряване на технологии, които все още не са широко достъпни. Тези технологии, които включват усъвършенствани батерии, водородни електролизатори, модерни биогорива и нови технологии за улавяне и използване на CO2, включително директно улавяне от въздуха, са от решаващо значение за декарбонизиращи се области като тежката промишленост и транспорта на дълги разстояния, които не са лесно податливи на електрификация поради една или друга причина. Изграждането на тези допълнителни стълбове на новата енергийна икономика ще изисква ранни и постоянни инвестиции в енергийни изследвания и разработки, както и програма за ускорени демонстрационни проекти.
Тези разработки ще пренасочат глобалните търговски и финансови дейности. Тъй като стойността при търговията с изкопаеми горива пада, комбинираният принос на водорода и ключови минерали (като литий, кобалт, мед и редкоземни елементи) в глобалната търговия, свързана с енергията, нараства до една четвърт от общия принос в APS и отнема основна част в NZE. Това радикално променя текущата динамика на международната търговия свързана с енергията, както и води до драматична промяна във финансовите потоци, свързани с енергетиката: тъй като стойността на търговията с изкопаеми горива намалява, така намаляват и печалбите, деноминирани в долари, изтичащи към икономиките на производителите на петрол и износ на газ.
NZE изобразява съвместна нова енергийна икономика, в която страните демонстрират споделен ангажимент за постигане на необходимото намаляване на въглеродните емисии, като същевременно минимизират и смекчават новите проблеми на енергийната сигурност. Въпреки това APS ни предупреждават, че тъй като страните преминават през енергийни преходи с различна скорост, могат да се появят нови разделения и фрагментация. APS, например, предвиждат, че при производството на „зелена“ стомана в икономики, които са обещали да постигнат нетни нулеви емисии заедно с продължаващото използване на традиционните процеси с интензивни емисии в други сфери до 2030-те години, ще ескалират напрежението по отношение на търговията с енергоемки стоки. Възможно е да се получи и друга пропаст в международните инвестиции и финанси: все по-строгите регулации за финансовите потоци може да означават, че капиталите от „нетния нулев“ свят не се движат толкова свободно към нации, които преминават по-бавно през процеса. Намирането на стратегии за намаляване и контрол на възможните напрежения в международната система, които са подчертани в APS, ще бъде от решаващо значение за успешните, подредени и широкообхватни промени, в които страните печелят от глобалната търговия.
ИДЕНТИФИЦИРАНЕ НА ВЪЗМОЖНОСТТА ЗА ПРОМИШЛЕНОСТ ЗА ВЪЗОБНОВЯЕМА ЕНЕРГИЯ
Достигането до нетни нулеви емисии ще наложи огромно увеличение на инвестициите в чиста енергия. До 2030 г. годишните инвестиции във възобновяема енергия в NZE ще нараснат до 4 трилиона щатски долара, което е повече от тройно спрямо сегашните нива. Ще бъде трудно да се събере толкова голяма сума пари, но инвестицията, необходима за осигуряване на преход към чиста енергия, предоставя безпрецедентно ниво на пазарни възможности за производители на оборудване, доставчици на услуги, разработчици и инженерингови, снабдителни и строителни фирми в цялата верига за доставки на чиста енергия.
Пазарът на вятърни турбини, слънчеви панели, литиево-йонни батерии, електролизатори и горивни клетки в NZE представлява обща пазарна възможност на стойност 27 трилиона щатски долара до 2050 г. Батериите доминират в очаквания пазар за оборудване за технологии за възобновяема енергия през 2050 г., като представляват повече от над 60% от общия дял. Батериите играят решаваща роля в новата енергийна икономика, с над 3 милиарда електрически превозни средства (EVs) на пътя и 3 тераватчаса (TWh) акумулаторни батерии до 2050 г. Те се превърщат в единствения най-важен източник на търсенето на основни минерали като литий, никел и кобалт.
Напредналите икономики засилват своите програми за научноизследователска и развойна дейност (НИРД) и увеличават разходите в технологии за възобновяема енергия, но тъй като внедряването се разпространява в световен мащаб, моделите на разходите ще се променят. Според NZE Азиатско-тихоокеанският район ще представлява 45% от очаквания пазар за чиста енергийна технология до 2050 г., докато частта от пазара на Северна Америка и Европа ще бъде по-ниска.
Neutrino Energy Group е двунационална изследователска организация, базирана в Германия и Съединените щати. Целта на изследователската дейност е генериране на енергия чрез използване на невидими радиационни спектри. В резултат на това тази изследователска група работи по гореща тема, тъй като ограничеността на изкопаемите горива става все по-очевидна и са необходими нови, за предпочитане CO2-неутрални енергийни източници от гледна точка на изменението на климата.
Neutrino Energy Group вече успя да разработи материал, достатъчно плътен, за да активира определени взаимодействия на неутриното (елементарна частица, която взаимодейства единствено чрез слабото ядрено взаимодействие и гравитацията). Този уникален материал се използва за създаване на първите неутрино фотоволтаични клетки за производство на електроенергия. Материалът е съставен от носещ слой, съставен от слоеве силиций и легиран графен. Тези слоеве са невероятно тънки, измерват се в нанометровия диапазон. Хоризонтални (силиций) и вертикални (графен) импулси се получават, когато неутрино се сблъскат с този материал. Правилната дебелина на слоя на тези легирани материали е от решаващо значение в това приложение. Атомните вибрации, причинени от импулсите, се задават в резонанс, ако дебелината на слоя е оптимална. Това впоследствие се предава към субстратния материал, което води до протичане на електрически ток, който може да бъде прихванат (събран).
На теория количеството енергия, което може да бъде извлечено, се определя от пропътувания регион. В бъдеще ще бъде възможно зареждането на електрически устройства без използване на електрически контакт или кабел благодарение на метода вътрешно неутрино. Енергията може просто да бъде „събрана“ от околната среда. В резултат на това човечеството вече има неограничен, чист и винаги наличен запас от енергия, както и способността да спре изменението на климата.
ГРАФЕНОВИ СУПЕРКОНДЕНЗАТОРИ: СБОГОМ БАТЕРИИ, ЗДРАВЕЙТЕ ГРАФЕНОВИ СУПЕРКОНДЕНЗАТОРИ?
Тъй като се зареждат и разреждат бързо и имат удължен живот на цикъла, суперкондензаторите, които се използват във всичко, от военни приложения до асансьори и автомобили, са примамливи възобновяеми енергийни източници. Има обаче един голям недостатък: ниска енергийна плътност.
„Днешните суперкондензатори имат само една десета от енергийната плътност на литиево-йонните батерии“, според Мейлин Лиу, професор в Училището по материалознание и инженерство на Georgia Tech. „Устройството би трябвало да бъде значително по-голямо, за да ви осигури същото количество електрическа енергия.
Лиу работи с колегата си професор Уонг върху суперкондензатори на базата на графен, които имат драстично увеличена енергийна плътност, като същевременно поддържат висока мощност и дълъг експлоатационен живот. Изследването е подкрепено от ARPA-E (правителствена агенция, натоварена със задачата да насърчава и финансира научни изследвания и развитие на съвременни енергийни технологии).
Графенът е двуизмерен материал, който е 100 пъти по-здрав от стоманата и има по-добра електрическа проводимост от медта. Графенът, от друга страна, е известен със способността си да се подрежда и произвежда графит. Изследователите заобикалят това, като поставят молекулярни дистанционери между графеновите листове, което води до триизмерна пореста структура с капацитет от 400 Фарадея на грам, четири пъти по-голям от сегашните суперкондензатори.
Изследователите успяха да увеличат капацитета чрез поставяне на съединения на преходните метали в рамката, базирана на графен. Комплексите от преходни метали, от друга страна, имат по-висока енергийна плътност (2000 до 3000 Фараея на грам), но лоша електрическа връзка, която забавя потока от електрони, необходими за зареждане и разреждане. Чрез комбиниране на метални съединения с 3-D порест графен, който има високо ниво на свързаност, изследователите успяха да постигнат капацитет от над 1500 Фарада на грам, като същевременно поддържат отлична цикличност. Използвайки два различни електродни материала за увеличаване на напрежението, изследователите също така повишават енергийната плътност.
НЕБЕТО ОСИГУРЯВА ГОРИВО
Изследователи, ръководени от Петер Луценхизер, използват слънчева енергия, за да произвеждат синтезиран газ (смес от водород, въглероден оксид и малки количества въглероден диоксид), който може да се превърне в горива като керосин и бензин. „Вместо да използваме изкопаеми ресурси за производство на гориво, ние използваме странични продукти от горенето (вода и въглероден диоксид), за да енергизираме системата със слънцето“, отбелязва Луценхизер, асистент в Училището по машинно инженерство на Georgia Tech.
Изследователите разглеждат процедура в две стъпки, която разделя водата и въглеродния диоксид с помощта на метални оксиди. Между 1100 и 1800 градуса по Целзий, първата фаза термично намалява или „извлича“ кислорода от веществото на металния оксид. Във втория етап се добавя вода или въглероден диоксид при температури между 300 и 900 градуса по Целзий. По-ниските температури благоприятстват повторното окисление, което позволява на металния оксид да абсорбира кислород или от водата или от въглероден диоксид, произвеждайки водород или въглероден монооксид. „Двата процеса са критично важни, защото без тях кислородът ще се рекомбинира или с въглероден монооксид, или с водород, отделяйки топлина, която ще бъде загубена“, обяснява Луценхизер.
Доказано е, че методът работи с цинков оксид, но изследователите търсят материали, които ще ускорят реакциите и ще понижат температурата на първия етап. „В етапа на висока температура търсите нещо, което може да редуцира при най-ниската възможна температура и след това да отнеме кислород от въглероден диоксид или водна пара във втората фаза“, обясни Луценхизер.
Със смесени йонни електронно проводящи материали изследователите наскоро дадоха окуражаващи резултати. Сега те се опитват да приспособят тези материали, така че да могат да разграждат молекулите на CO2 или водни пари при по-ниски температури. „Вместо да теглим гориво от земята, бихме могли да извличаме въглероден диоксид от въздуха и да използваме слънцето, за да го преобразуваме с вода в среда за дългосрочно съхранение, която може да се доставя и използва по целия свят, без да променяме транспортната инфраструктура“, казва Луценхизер, ако технологията в бъдеще се комерсиализира.
Много държави работят за създаване на производствен опит и възможности, които ще им позволят да задоволят вътрешното търсене с местно произведени стоки, като същевременно участват в глобалните вериги за доставки и лицензират съответната интелектуална собственост. Важна роля в това играят енергийните стартиращи предприятия. Въпреки епидемията, стартиращите технологични компании за възобновяема енергия са получили безпрецедентни суми финансиране, като инвестициите през 2021 г. се очаква да надминат 4 милиарда щатски долара в собствен капитал, набран през 2019 г., предишната силна година.
Въпреки че Съединените щати продължават да представляват над половината от всички инвестирани капитали, Европа беше единственият голям регион, който увеличи инвестициите през 2020 г., а пазарният дял на Китай се е увеличил от 5% през 2010-14 г. до над 35% през последните три години.
Правителствата по целия свят също агресивно търсят нови таланти. В Индия и Сингапур са стартирани правителствени инициативи за подкрепа на международни предприятия за възобновяема енергия. Енергийната научноизследователска и развойна дейност и иновациите наскоро получиха ангажименти на високо ниво от Китай, Япония и Съединените щати, което ги позиционира като основна област на технологична конкурентоспособност през следващите години. Обществени инициативи в Европа, като Европейския алианс за батерии, активно се опитват да създадат нови вериги за създаване на стойност. Най-добрите иноватори имат шанса веднъж в живота да притежават част от развиващи се вериги за стойност с огромен бъдещ потенциал.
Източник: NeutrinoScience
