Нынешнее лето с его невыносимой жарой заставило кондиционеры в моей квартире работать на пределе. Пока я прикидываю, какой будет счет за электричество в этом месяце, я все чаще задумываюсь: кондиционирование воздуха — это, безусловно, палка о двух концах в контексте климатических технологий.
С одной стороны, температура по всему миру бьет все мыслимые рекорды, и в некоторых регионах кондиционер перестал быть предметом роскоши, превратившись в жизненную необходимость.
С другой стороны, спрос на энергию, который генерирует эта техника, превращается в чудовищную проблему. Существует риск, что нам придется построить целую новую генерацию, эквивалентную всей электрической сети США, чтобы обеспечить работу кондиционеров, которые будут установлены в ближайшие десятилетия.
Этот дисбаланс обостряется вместе с ростом температур. Поэтому на этой неделе мы в $ ext{atompil.net}$ сосредоточимся на кондиционировании воздуха — как на части проблемы, так и на источнике потенциальных решений.
Холодный взгляд на проблему
В США, где я живу, кондиционеры стали настолько привычной частью быта, что я даже ношу с собой легкий свитер на случай, если зайду в слишком сильно охлажденный офис или ресторан.
Однако во многих частях света, особенно в регионах, наиболее уязвимых к экстремальной жаре, большинство населения обходится без них. Например, в Индии кондиционерами оборудовано всего около 5% домохозяйств. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), лишь каждый десятый из 2,8 миллиарда человек, живущих в самых жарких регионах планеты, имеет доступ к охлаждению.
Ситуация скоро изменится, поскольку крупнейшие мировые производители ориентируются на растущие рынки Азии и Африки. Согласно прогнозам МЭА, к 2050 году более двух третей населения мира могут обзавестись кондиционерами, причем половина этих устройств придется на три страны: Китай, Индонезию и Индию (согласно МЭА).
Расширение доступа к охлаждению абсолютно необходимо: это спасет жизни по мере того, как волны жары становятся все более частыми и интенсивными из-за изменения климата. Но рост числа кондиционеров несет огромный вызов, поскольку это резко увеличит потребление энергии.
На долю систем кондиционирования (охлаждения помещений) придется почти 40% всего ожидаемого роста мирового энергопотребления до 2050 года.
В 2018 году мировое потребление энергии на охлаждение составляло около 2000 тераватт-часов (ТВт⋅ч). К 2050 году эта цифра может вырасти до 6200 ТВт⋅ч. Разница, то есть 4200 ТВт⋅ч, — это примерно тот объем энергии, который вся электросеть США поставила за 2022 год. Таким образом, если ничего не менять, нам придется не только заместить все ископаемое топливо в сети за счет возобновляемых источников, но и построить мощности для питания колоссального числа новых кондиционеров.
Горячие новости технологий
Позитивная новость заключается в том, что в технологии кондиционирования воздуха есть огромный потенциал для совершенствования.
Я обсуждал это с Анкитом Каланки, который недавно помогал в организации масштабного конкурса Global Cooling Prize. Он также является менеджером программы по зданиям с нулевыми выбросами в некоммерческом энергетическом аналитическом центре Rocky Mountain Institute.
Global Cooling Prize завершился в 2021 году, присудив денежные призы командам из научных кругов и промышленности, которые разработали более эффективные способы охлаждения зданий. Целью была система, которая производит на одну пятую меньше воздействия на климат по сравнению с традиционными кондиционерами, при этом отвечая ряду других строгих требований.
Среди восьми финалистов были представлены самые разные подходы: от незначительных улучшений существующих технологий до совершенно новых способов охлаждения.
Две команды-победителя разработали усовершенствованные версии систем с парокомпрессионным циклом — по сути, улучшенные варианты тех кондиционеров, что мы знаем и любим сегодня. Заменив некоторые компоненты на более эффективные (например, более результативные теплообменники, компрессоры с переменной скоростью и т. д.), команды смогли создать значительно более экономичные устройства.
Однако несколько других финалистов искали совершенно новые пути охлаждения зданий. Хотя они и не достигли установленной климатической цели или некоторых других критериев, Каланки отметил, что все они продемонстрировали «очень интересные, инновационные подходы».
Часть этих финалистов относится к категории стартапов, работающих над использованием материалов, известных как осушители (или десиканты), которые способны впитывать влагу из воздуха, подобно губке. Используя эти материалы для борьбы с влажностью, можно значительно снизить потребление электроэнергии, одновременно обеспечивая комфортную температуру в жаркие дни.
Я недавно подробно изучил системы осушительного охлаждения для своего нового материала. В целом, предстоит пройти долгий путь, прежде чем эти материалы попадут в дома и коммерческие здания, но лежащая в их основе физика захватывает. Если вам интересно узнать больше — читайте мой репортаж. А для более глубокого погружения в надвигающуюся проблему кондиционеров и потенциальные решения, ознакомьтесь с другими материалами из архива Tech Review.
Сопутствующее чтение
Прошлым летом я писал о волнах жары в Европе и о том, что может означать рост числа кондиционеров для континента.
Мой коллега Джеймс Темпл в 2020 году освещал, насколько серьезной проблемой становилось кондиционирование воздуха.
Джеймс также рассматривал, как калорические материалы, способные выделять тепло при механическом или электрическом воздействии, могут проложить новый путь в охлаждении зданий.
Климат в фокусе
Исторически энергосети Техаса и Калифорнии испытывали серьезные перегрузки в летний период. Однако в этом году ситуация для этих штатов пока складывается относительно спокойно. Калифорния получила большой объем гидроэнергии благодаря исключительно влажной зиме, а Техас недавно установил много солнечных мощностей. (Wall Street Journal)
Некоторые эксперты полагают, что оплата потребителям за снижение энергопотребления в часы пиковой нагрузки могла бы предотвратить веерные отключения, однако Техас до сих пор не внедрил никаких программ реагирования на спрос для жилых домов. (Canary Media)
Геотермальный стартап Fervo достиг нового рубежа, завершив 30-дневную демонстрацию своего коммерческого пилотного завода мощностью 3,5 мегаватта. (Bloomberg)
→ Ранее в этом году Fervo продемонстрировал, что может использовать свои скважины в качестве гигантской подземной батареи. (MIT Technology Review)
Самым «горячим» новым трендом среди корпораций стало «гринхашинг» (greenhushing) — практика замалчивания заявленных климатических целей. Никто не сможет задать вопросы о ваших планах, если вы о них не говорите. (Grist)
Хотя в некоторых регионах сельское хозяйство столкнулось с трудностями, в США урожайность продолжает расти. Эксперты пока не уверены, как долго продлится эта тенденция. (Modern Farmer)
Федеральное правительство США активно направляет средства на чистую энергетику с момента принятия Закона о снижении инфляции почти год назад. Более трети финансирования, выделенного на производство, досталось южнокорейским компаниям, которые зарекомендовали себя как ключевые партнеры, особенно в области производства аккумуляторов. (Inside Climate News)
Интенсивные штормы вызывают сильные наводнения по всему миру. Изменение климата играет свою роль в этих штормах, и мы увидим их еще больше. (Vox)
