Декарбонізація — це процес зменшення викидів парникових газів і перехід до більш екологічно чистих джерел енергії та сталих практик, задля зменшення впливу антропогенної діяльності на зміну клімату.
Основні цілі та засоби декарбонізації включають: зменшення викидів парникових газів; розвиток відновлювальних джерел енергії; підвищення енергоефективності та покращення зберігання енергії; збільшення використання екологічно чистого транспорту; зменшення залежності від викопного палива; розвиток циркулярної економіки і переробки відходів; підвищення стійкості сільськогосподарських і харчових систем; впровадження технологій уловлення вуглецю, та покращення природнього в екосистемах; стійка архітектура та низько-вуглецеве будівництво; посилення екологічної свідомості та екологічної освіти; міжнародне співробітництво.
Огляд
Зміна клімату перевищила безпечну планетарну межу, і викиди парникових газів відіграють в цьому вирішальну роль.
На частку вуглекислого газу (CO2) від викопного палива припадає близько 74% викидів парникових газів. На метан (CH4) від, викопного палива, тваринництва й органічних відходів припадає 18,9% від загальної кількості, на оксид азоту (N2O) від сільського господарства – 4,7%, а на фторовані гази (CFC, HFC та ін.) – 2,7%.
Головне завдання полягає в тому, щоб відмовитися від використання вугілля, нафти і газу, і замінити ці викопні види палива безпечними, для здоров'я людини та природи, джерелами енергії. Через різке падіння цін вітроенергетика і сонячна фотовольтаїка (PV) все більше конкурують з нафтою, газом і вугіллям, хоча вони вимагають накопичення енергії і протяжних електричних мереж. Пом'якшення або повернення назад зміни клімату також може бути досягнуто шляхом: заміни бензину і дизельного палива — електромобілями, біопаливними та водневими автомобілями, декарбонізації публічного транспорту та вантажоперевезень; декарбонізацією енергетики; підвищенням енергоефективності промисловості; лісовідновленням і залісненням («поглиначів вуглецю»); змін в сільськогосподарській практиці (наприклад — регенеративне або органічне господарство) і техніці; декарбонізацією будівельного сектора; розвитку циркулярної економіки та максимізації переробки відходів; розвитку і активного впровадження технологій уловлення вуглецю; відмови від фінансування викопного палива; демократичних реформ корпоративного управління; змін в законодавстві.
Майже всі країни є учасниками Рамкової конвенції Організації Об'єднаних Націй про зміну клімату (РКЗК ООН). Кінцевою метою РКЗК ООН є стабілізація атмосферних концентрацій ПГ на рівні, який запобіг би небезпечне втручання людини в кліматичну систему. У 2010 році сторони РКЗК ООН погодилися з тим, що майбутнє глобальне потепління має бути обмежене рівнем нижче 2 °C (3,6 °F) в порівнянні з доіндустріальним рівнем. З Паризької угоди 2015 року це було підтверджено.
У спеціальній доповіді про глобальне потепління на 1,5 °C Міжурядова група експертів зі зміни клімату підкреслила переваги збереження глобального потепління нижче цього рівня, запропонувавши глобальні колективні зусилля, які можуть бути спрямовані на досягнення Цілей сталого розвитку Організації Об'єднаних Націй на 2015 рік. Шляхи викидів без будь-якого або обмеженого перевищення зажадали б швидких і далекосяжних перетворень в енергетиці, землі, містах і інфраструктурі, включаючи транспорт і будівлі, а також промислові системи.
Нинішня траєкторія глобальних викидів парникових газів, мабуть, не узгоджується з обмеженням глобального потепління до рівня нижче 1,5 або 2 °C. Однак, в глобальному масштабі вигоди від збереження потепління нижче 2 °C перевищують витрати на подолання наслідків.
Концентрація і стабілізація парникових газів РКЗК ООН спрямована на стабілізацію концентрацій парникових газів (ПГ) в атмосфері на такому рівні, при якому екосистеми можуть природним чином адаптуватися до зміни клімату, виробництво продовольства не перебуває під загрозою, а економічний розвиток може протікати стійким чином. В даний час людська діяльність додає CO2 в атмосферу швидше, ніж природні процеси можуть видалити його. Згідно з американським дослідженням 2011 року, стабілізація концентрації атмосферного CO2 вимагатиме скорочення антропогенних викидів CO2 на 80 % в порівнянні з піковим рівнем викидів.
МГЕЗК працює з концепцією фіксованого емісійного бюджету. Якщо викиди залишаться на поточному рівні 42 гігатонн CO2, вуглецевий бюджет для 1,5 °C може бути вичерпаний 2028 року. Підвищення температури до цього рівня відбудеться з деякою затримкою між 2030 і 2052 роками. Навіть якщо в майбутньому вдасться домогтися негативних викидів, 1,5 °C не повинно бути перевищено в жодному разі, щоб уникнути масової втрати екосистем на Землі.
Після того як 9 мільярдів людей залишать місце для викидів при виробництві продуктів харчування і для підтримки глобальної температури нижче 2 °C, викиди від виробництва енергії і транспорту повинні будуть майже відразу ж досягти піку в розвинених країнах і знижуватися приблизно на 10 % щороку, поки нульові викиди не будуть досягнуті приблизно в 2030 році.
Джерела викидів парникових газів Завдяки Кіотському протоколу вдалося вирішити проблему скорочення майже всіх антропогенних парникових газів, але цього недостатньо. Цими газами є CO2, метан (CH4), оксид азоту (N2O) і фторовані гази (F-Гази): гідрофторвуглеці (ДФУ), флуорокарбони (ПФУ) і гексафторид сірки (SF6). Їх потенціал глобального потепління (ПГП) залежить від тривалості їх життя в атмосфері. Метан має відносно короткий атмосферний час життя близько 12 років, але має великий безпосередній вплив, особливо через м'ясоїдність більшої частини людства. Для метану зниження приблизно на 30 % нижче нинішніх рівнів викидів призвело б до стабілізації його атмосферної концентрації, в той час як для N2O треба було б скорочення викидів більш ніж на 50 %. Оцінки в значній мірі залежать від здатності океанів і наземних поглиначів поглинати ПГ. Ризик впливу зворотного зв'язку при глобальному потеплінні призводить до високої невизначеності у визначенні значень ПГП.
Вуглекислий газ (CO2) Викопне паливо: нафта, газ і вугілля є основними факторами антропогенного глобального потепління з щорічними викидами 34,6 гігатонн CO2 в 2018 році. Виробництво цементу оцінюється в 1,5 гігатонн CO2. Зміна землекористування— це дисбаланс між вирубкою лісів і лісовідновленням. Оцінки дуже невизначені і знаходяться на рівні 3,8 гігатонн CO2. Лісові пожежі викликають викиди близько 7 гігатонн CO2. Спалювання на факелах: при видобутку сирої нафти величезна кількість попутного нафтового газу зазвичай спалюється на факелах як відпрацьований або непридатний для використання газ.
Метан (СН4) Викопне паливо (33 %) також становить більшу частину викидів метану, включаючи газорозподіл, витоки і газовідвід. На частку великої рогатої худоби (21 %) припадає дві третини метану, що виділяється худобою, за яким слідують буйволи, вівці і кози. Людські відходи і стічні води (21 %): коли відходи біомаси на звалищах і органічні речовини в побутових і промислових стічних водах розкладаються бактеріями в анаеробних умовах, утворюється значна кількість метану. Вирощування рису (10 %) на затоплених рисових полях є ще одним сільськогосподарським джерелом, де анаеробне розкладання органічного матеріалу призводить до утворення метану.
Оксиди азоту (N2О) Більшість викидів проводиться сільським господарством, особливо м'ясним виробництвом: велика рогата худоба (послід на пасовищі), добрива, гній тварин.
Фторовмісні гази Розподільні пристрої в енергетиці, виробництво напівпровідників і виробництво алюмінію.
Складання прогнозів Прогнози майбутніх викидів парникових газів дуже невизначені. За відсутності політики пом'якшення наслідків зміни клімату викиди парникових газів можуть значно зрости протягом 21 століття. Сучасні наукові прогнози попереджають про підвищення температури на 4,5 градуса протягом наступних десятиліть.
Методи і засоби Оскільки витрати на скорочення викидів парникових газів в електроенергетичному секторі, мабуть, нижче, ніж в інших секторах, таких як транспортний сектор, електроенергетичний сектор може забезпечити найбільш пропорційне скорочення викидів вуглецю в рамках економічно ефективної кліматичної політики.
Економічні інструменти можуть бути корисні при розробці політики пом'якшення наслідків зміни клімату. Скасування субсидій на викопне паливо дуже важливе, але мусить бути зроблено обережно, щоб не зробити бідних людей ще біднішими.
Інші часто обговорювані кошти включають ефективність, громадський транспорт, підвищення економії палива в автомобілях (що включає використання електричних гібридів), зарядку гібридів і електромобілів низьковуглецевої електрикою, внесення індивідуальних змін і зміна ділової практики. Заміна бензинових і дизельних автомобілів електричними означає, що їх викиди будуть знижені і, як наслідок, знизитися число захворювань, викликаних забрудненням навколишнього середовища.
Ще одне міркування стосується того, як буде розвиватися майбутнє соціально-економічний розвиток.
Заміщення викопного палива Оскільки велика частина викидів парникових газів припадає на викопне паливо, вкрай важливо швидко відмовитися від нафти, газу і вугілля. Стимул до використання 100 % поновлюваних джерел енергії був створений глобальним потеплінням та іншими екологічними, а також економічними проблемами. На думку МГЕЗК, існує кілька фундаментальних технологічних обмежень для інтеграції портфеля технологій використання поновлюваних джерел енергії для задоволення більшої частини загального глобального попиту на енергію.
Світовий попит на первинну енергію в 2018 році склав 161320 ТВт·год. Це відноситься до електрики, транспорту і опалення, включаючи всі втрати. Попит на первинну енергію в низьковуглецевій економіці важко визначити. У транспорті та виробництві електроенергії використання викопного палива має низьку ефективність менше 50 %. Двигуни транспортних засобів виконують багато тепла, яке витрачається даремно. Електрифікація всіх секторів і перехід на поновлювані джерела енергії можуть значно знизити попит на первинну енергію. З іншого боку, вимоги до зберігання, проблеми щільності енергії батарей і повторне перетворення в електрику знижують ефективність поновлюваних джерел енергії.
У 2018 році біомаса і відходи були перераховані з часткою 10 % первинної енергії, гідроенергетика— з 3 %. Вітер, сонячна енергія та інші поновлювані джерела енергії були на рівні 2 %.
Низьковуглецеві джерела енергії Вітер і Сонце можуть бути джерелами великої кількості низьковуглецевої енергії при конкурентоспроможних виробничих витратах. Ціни на сонячні фотоелектричні модулі впали приблизно на 80 % в 2010-х роках, а ціни на вітряні турбіни— на 30-40 %. Але навіть в поєднанні генерація змінної відновлюваної енергії сильно коливається. Це можна вирішити шляхом розширення мереж на великих площах з достатньою потужністю або за допомогою накопичувачів енергії. За даними Міжнародного агентства з відновлюваних джерел енергії (IRENA), впровадження поновлюваних джерел енергії має бути прискорено в шість разів, хоча і має залишатися нижче цільового показника в 2 °C. Управління навантаженням промислового енергоспоживання може допомогти збалансувати виробництво відновлюваної енергії та її попит. Виробництво електроенергії за допомогою біогазу і гідроенергетики може слідувати за попитом на енергію.
Сонячна енергія Сонячна фотовольтаїка стала найдешевшим способом виробництва електроенергії в багатьох регіонах світу, при цьому виробничі витрати знизилися до 0,015 — 0,02 дол./КВт * год в пустельних регіонах. Зростання фотовольтаїки є експоненціальним і подвоюється кожні три роки з 1990-х років. Інша технологія — це концентрована сонячна енергія (CSP) з використанням дзеркал або лінз для концентрації великої площі сонячного світла на приймачі. За допомогою CSP енергія може бути накопичена протягом декількох годин.