Der August ist gerade zu Ende gegangen und der Schaden einer weiteren Rekordhitze zählt überall. Hitzewellen und Brände sind ein bekanntes Leitmotiv, zu dem der Zusammenbruch der Stromnetze schrittweise hinzukommt. Tausende und Abertausende von Familien "im Dunkeln" vor den Auswirkungen der Energieüberlastung.
Periodische Stromausfälle bieten nur einen kleinen Hinweis darauf, was in Zukunft wahrscheinlich passieren wird. Bevölkerungswachstum, Verstädterung und Sommertemperaturen werden die Anzahl der weltweit installierten Klimaanlagen um ein halbes Jahrhundert verdreifachen. Die Gesamtzahl der Klimaanlagen geht in Richtung 6 Milliarden, gemäß dem Future of Cooling-Bericht der Internationalen Energieagentur.
Die Klimatisierung ist eine der heimtückischsten Herausforderungen des Klimawandels und eines der am schwierigsten zu lösenden technologischen Probleme.
Es ist offensichtlich: Je wärmer die Welt, desto mehr brauchen wir Kühlung
In weiten Teilen der Welt geht es nicht nur um Komfort, sondern auch um Gesundheit und Überleben. Klimaanlagen selbst produzieren jedoch genug Wärme, um die städtischen Temperaturen messbar zu erhöhen und Treibhausgase zu erzeugen.
Milliarden neuer energiehungriger Einheiten werden den Aufstieg einer der größten Stromquellen der Welt schaffen.
Ohne wesentliche Verbesserungen wird sich auch der Energiebedarf aus der Kühlung verdreifachen und i erreichen 6.200 Terawattstunden bis 2050, oder fast ein Viertel des gesamten Stromverbrauchs der heutigen Welt.
54,4 ° Celsius (130 Grad Fahrenheit). Es ist die höchste Temperatur, die jemals auf der Erde gemessen wurde. Und es wurde letzten Monat im kalifornischen Death Valley aufgenommen. Wollen wir so weitermachen? Und in der Hitze helfen?
Die Klimatechnik steht still
Ich sehe wenig Fortschritte in der Branche. Abgesehen von kleinen Effizienzgewinnen funktioniert die zugrunde liegende Technologie von Klimaanlagen ähnlich wie vor fast einem Jahrhundert.
"Die Tatsache, dass der Einsatz von Klimaanlagen weiter zunimmt, während das Produkt weitgehend so aussieht wie vor Jahrzehnten, spricht für sich", sagt er. Romanin gewinnt, CEO von Treau, einem in San Francisco ansässigen Startup, das einen neuen Wärmepumpentyp entwickelt.
"Ich denke, viele Menschen würden sich über eine Veränderung freuen, aber es wurden nur schrittweise Fortschritte erzielt", sagt er. Und er hat recht.
In den letzten Jahrzehnten wurden andere Energietechnologien (Sonnenkollektoren, Batterien und Elektrofahrzeuge) dank der öffentlichen Meinung und staatlicher Interventionen weitaus stärker verbessert. Treau ist eines von mehreren Startups und Forschungsgruppen, die jetzt versuchen, Fortschritte bei der Kühlung zu erzielen.
Es kann nicht genug sein
Selbst wenn der weltweite Bestand an Klimaanlagen wesentlich effizienter wird, sind die erwarteten Nutzungssprünge so groß, dass die weltweite Stromnachfrage weiter steigen wird. Dies wird die bereits unerschwingliche Aufgabe der Säuberung des weltweiten Energiesektors erschweren. Dies bedeutet, dass die Nationen nicht nur die vorhandene Strominfrastruktur überholen müssen, sondern auch viel größere Systeme als je zuvor bauen und alles mit erneuerbaren oder emissionsfreien Quellen tun müssen.
Das Kühlen der großen Mengen heißer Luft, die Häuser, Büros und Fabriken füllen, ist und bleibt ein enormer Energieverbrauch.
Das Problem ist nicht nur, dass mehr Klimaanlagen immer mehr Strom benötigen, um sie mit Strom zu versorgen. Es ist so, dass es besonders die Menge erhöht, die während der Spitzenzeiten benötigt wird, wenn die Temperaturen wirklich heiß sind. Ein früher als "Entenkurve" bekanntes Problem wird ebenfalls verursacht vom Aufladen von Elektroautos. Jeder wird dazu neigen, sich nachts wieder aufzuladen, jeder wird seine Klimaanlage während der heißesten Stunden einschalten. Wir müssen elektrische Systeme überbauen, um den Bedarf zu decken, der nur für einige Stunden oder Tage im Jahr auftreten kann.
Achten Sie auf Indien
In Ländern, in denen die Mittelschicht rasch wächst und Hitzewellen häufiger und stärker werden, wird die Nachfrage nach Klimaanlagen weltweit erheblich zunehmen. Bestimmtes Indien wird voraussichtlich bis 1,1 weitere 2050 Milliarden Einheiten installieren, was den Anteil der Klimaanlagen am Spitzenstrombedarf des Landes von 10% auf 45% erhöht.
Wie kann das gelöst werden?
Saubere Energie - Die wichtigste Maßnahme muss im gesamten Stromnetz stattfinden. Wir brauchen eine stärkere Nutzung sauberer Energiequellen wie Solar- und Windkraft, um die indirekten Treibhausgasemissionen durch den Einsatz von Klimaanlagen zu reduzieren.
Smart Grid - Die Entwicklung immer intelligenterer Netze könnte elektrischen Systemen helfen, Spitzenwerte des Wechselstrombedarfs zu bewältigen. Dies beinhaltet das Hinzufügen von Sensoren, Steuerungssystemen und Software. Systeme, die den Verbrauch automatisch reduzieren können, wenn die Außentemperatur sinkt oder wenn Personen längere Zeit Räume verlassen.
Frische Alternative - Die Welt kann auch die Emissionen von Klimaanlagen reduzieren, indem sie auf alternative Kältemittel umstellt. Die Hersteller haben sich stark auf Fluorkohlenwasserstoffe verlassen, sehr starke Treibhausgase, die während der Produktion und Reparatur oder am Ende der Lebensdauer eines Geräts entweichen können.
Im Rahmen einer Änderung des Montrealer Protokolls von 2016 müssen Unternehmen und Länder zunehmend auf Optionen mit geringeren Auswirkungen umsteigen. Es gibt einige vielversprechende Verbindungen, die als HFOs bekannt sind, einige Kohlenwasserstoffe wie Propan und sogar Kohlendioxid (das zumindest eine geringere Erwärmungswirkung hat als vorhandene Kältemittel).
Alternative Kältemittel könnten die Emissionen um etwa das Äquivalent reduzieren 50 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in den nächsten Jahrzehnten.
Vor allem Effizienz
Über diese Lösungen hinaus muss die wachsende Anzahl von Klimaanlagen, die in Häusern und Gebäuden auf der ganzen Welt betrieben werden, viel energieeffizienter werden.
Die Technologie dafür ist bereits vorhanden: Die beste verfügbare Technologie ist mehr als doppelt so effizient wie die weltweit tatsächlich verwendeten Produkte und dreimal besser als die ineffizientesten Produkte auf dem Markt.
Das Problem ist, dass die meisten Menschen und Unternehmen nicht viel mehr für effizientere Systeme bezahlen, "nur" um die globalen Klimaziele zu erreichen, insbesondere in armen Gegenden der Welt.
Anreize oder Subventionen könnten dazu beitragen, effizientere Produkte einzusetzen
Die Effekte? Offensichtlich
In dem IEA-Szenario einschließlich dieser guten Politik würde der Anstieg des Energieverbrauchs im Zusammenhang mit der Kühlung bis Mitte des Jahrhunderts um 45% sinken.
Selbst dann würde der Energiebedarf bis Mitte des Jahrhunderts noch um rund 70% steigen.
Um signifikante zusätzliche Gewinne zu erzielen, sind möglicherweise radikalere Änderungen erforderlich.
Radikale Veränderungen
Mehrere Startups versuchen, die Dinge weiter voranzutreiben.
Transaera, vom MIT-Professor für Energie mitbegründet Mircea Dinkăversucht, die Effizienz von Klimaanlagen deutlich zu verbessern.
Neben der Kühlung der Luft verbrauchen herkömmliche Geräte enorme Mengen an Energie für die Behandlung von Wasserdampf, der Wärme speichert. Dies erfordert, dass Sie die Temperatur weit über das hinaus senken, was Sie auf dem Display der Klimaanlagen ablesen können. Nur so kann der Dampf in eine Flüssigkeit umgewandelt und aus der Luft entfernt werden.
"Es ist unglaublich ineffizient", sagt er Dinkă, "Das ist viel Energie und es ist nicht notwendig".
Der Ansatz von Transaera basiert auf einer Klasse hochporöser Materialien. Sie sind als metallorganische Strukturen bekannt und können optimiert werden, um bestimmte Verbindungen, einschließlich Wasser, einzufangen. Transaera hat ein Zubehör für Klimaanlagen entwickelt, das diese Materialien verwendet, um die Luftfeuchtigkeit vor dem Eintritt in eine Klimaanlage zu verringern. Das Unternehmen schätzt, dass dieses System die Gesamtenergieeffizienz um mehr als 25% verbessert.
Weitere Forschung im Gange
La SkyCool-Systeme of Mountain View, Kalifornien, hat High-Tech-Spiegel entwickelt, die Wärme in die kalten Weiten des Weltraums projizieren können und dabei ein natürliches Phänomen ausnutzen, das als bekannt ist Strahlungskühlung.
Diese auf Dächern platzierten Geräte können herkömmliche Gebäudekühlsysteme ersetzen oder erweitern. Das Unternehmen schätzt, dass die Technologie den Energieverbrauch für die Kühlung der Strukturen reduzieren kann von 10 um 70%, je nach Konfiguration und Klima. SkyCool installiert die Materialien auf seinem vierten kommerziellen Standort.
Andere Startups untersuchen Ideen wie Erdwärmepumpen, Festkörpertechnologien, bei denen kein Kältemittel benötigt wird, und neue Kühlmodifikationen.
