Den huvudsakliga lösningen på klimatförändringarna är välkänd – sluta förbränna fossila bränslen. Hur man gör detta är mer komplicerat, men som en forskare som gör energimodellering, Jag och andra ser konturerna av en framtid efter fossila bränslen:Vi gör el med förnybara källor och elektrifierar nästan allt.

Det innebär att köra fordon och tåg på el, värma upp byggnader med elektriska värmepumpar, elektrifiera industriella tillämpningar som stålproduktion och använda förnybar el för att göra väte (liknande naturgas) för andra behov. Så fokus ligger på att driva elnätet med förnybara källor.

Det finns debatt, fastän, om huruvida helt förnybara elsystem är genomförbara och hur snabbt omställningen kan göras. Här hävdar jag att genomförbarheten är tydlig, så endast övergångsfrågan är relevant.

Kända tekniker

Min forskning fokuserar på ekonomin för förnybar energi. För att demonstrera genomförbarheten och uppskatta kostnaden för förnybara elsystem, forskare använder datormodeller som beräknar potentiell produktion från olika teknologier vid varje tidpunkt, baserat på ändrade väderförhållanden. En modell avslöjar vilken kombination av elkällor och energilagringssystem som har lägst kostnad samtidigt som efterfrågan alltid tillgodoses.

Många studier visar att helt förnybara elnät är möjliga i USA, Europa, Australien och på andra håll. Mina kollegor och jag slutförde nyligen en småskalig studie om önationen Mauritius. Öar är attraktiva platser för initiala förnyelsebara övergångar på grund av deras småskalighet, relativ enkelhet och beroende av importerade bränslen.

Det finns ett antal sätt att tillverka förnybar el:vattenkraft, vind, solceller, geotermisk och förbränning av olika former av biomassa (växtmaterial), förutom att förbättra effektiviteten för att använda mindre energi. Dessa är mogna teknologier med kända kostnader.

Andra möjligheter inkluderar våg, tidvatten och koncentrerad solenergi, där reflektorer fokuserar solstrålar för att producera kraft. Även om dessa kan användas i framtiden, behovet av att ta itu med klimatförändringarna är akut, och enligt min uppskattning, de mogna teknologierna räcker.

Åsikterna om kärnenergi är starka, vilket är ett annat samtal. Men modeller visar att USA inte behöver kärnkraft för att pensionera fossila bränslen.

Framtidens rutnät

Förnybara energisystem är platsspecifika:Det bästa systemet beror på en platss resurser (blåser det?), dess tidsmässiga mönster (hur ofta blåser det inte?) och tillgången på kompletterande källor (finns det vattenkraft för backup?). Trots denna platskänslighet, studier på olika platser har hittat liknande resultat.

Att ha en mångfald av förnybara källor kan minska kostnaderna. Särskilt, sol och vind är komplementära om den soliga årstiden inte är den blåsiga årstiden; modeller upptäcker att en kombination av båda är vanligtvis billigare än var och en för sig.

För de flesta tekniker, större skala minskar kostnaderna. Till exempel, i USA, storskaliga solgårdar kan vara fler än 1, 000 gånger större än hustaksystem och ungefär halva kostnaden. För att minimera kostnaden, vi bygger stora system.

Eftersom sol- och vindförhållandena varierar över landskapet, systemkostnaderna minskar när ett produktionsområde växer, så det måste finnas ett robust elnät för att flytta el från platser där det finns tillgång till platser med efterfrågan. Vi behöver också mer el för tillämpningar som transporter som för närvarande använder fossila bränslen. Det betyder att nätet måste växa.

Studier visar att driften av ett elnät med variabel förnybar energi inkluderar att inte använda, eller dumpning, lite energi ibland, en strategi som minskar kostnaderna jämfört med att alltid lagra överskottsenergi.

Fortfarande, någon form av ellagring behövs. Batterier fungerar bra för att utjämna kortsiktiga fluktuationer, men för att lagra energi i många timmar eller dagar, pumpad vattenkraftslagring är billigare. Pumpad vattenkraft använder all extra energi i nätet för att pumpa vatten uppför, och när energi behövs, vattnet rinner tillbaka ner för att generera kraft i en turbin. USA har några befintliga exempel och många möjliga platser. Med nätutbyggnad, lagring kan finnas på avstånd från användarna.

Vattenkraft och biomassakraft är tillgänglig på begäran, så att ha dessa i ett förnybart elnät krymper behovet av energilagring och minskar kostnaderna. Båda har miljöeffekter som måste hanteras.

Vattenkraft kan förändra lokala ekosystem. Förbränning av biomassa släpper ut koldioxid, men en studie som jag arbetat med visar att utsläpp av biomassa är reversibla och är helt klart att föredra kol än utsläpp av fossila bränslen. Hållbarhet är också avgörande för förvaltningen av biomassafält och skogar; den mänskliga meritlistan på detta har inte varit fantastisk.

Förnybara energisystem kräver mark. En amerikansk studie visar att all el från vind, vatten och solenergi skulle behöva 0,42 % av landytan, plus 1,6 % av landytan för utrymme mellan vindkraftverk. Biomassaenergi kräver mycket mer mark än vind eller sol, så biomassa måste vara en liten del av den förnybara energilösningen.

Verkliga hinder är politiska och kulturella

Ett framtida förnybart elnät med tillhörande elektrifiering kan eventuellt minska energikostnaderna. Men att undvika de värsta effekterna av klimatförändringarna innebär att man slutar med fossila bränslen, oavsett om detta sparar pengar eller inte. Fortfarande, den förnybara omställningen blir snabbare och politiskt enklare om den är billigare.

På Mauritius, vår studie finner att kostnaderna för förnybar el liknar nuvarande kostnader där, baserat på nuvarande kapitalkostnader för förnybar energi. Vissa studier finner också att kostnaderna för framtida förnybar el är lägre än dagens kostnader för fossila bränslen, i händelse av att kostnaderna sjunker när vi bygger fler förnybara energisystem och blir bättre på att göra det.

Och det är allt, ur ett tekniskt perspektiv. En kombination av förnybara källor och energilagring – den specifika kombinationen beroende på lokala förhållanden och preferenser – kan leverera all el som behövs till ett överkomligt pris, och kommer att minska luftföroreningarna till start.

Men regeringens politik behövs för att göra en övergång till förnybar energi. Klimatförändringar är en extern kostnad – som bärs av samhället snarare än av energiproducenter – så marknadskrafterna ensamma kommer inte att göra omställningen. Förutom att sätta ett pris på kol (kanske med utdelningar som returneras till allmänheten), Regeringen skulle kunna göra det lättare att bygga den nödvändiga infrastrukturen. Och offentligt stöd behövs:t.ex. allmänhetens acceptans av transmissionsledningar för att flytta el från de blåsiga stora slätterna till stadskärnor är en annan utmaning för ett helt förnybart nät.

Ett projekt i omfattningen av att omvandla energisystemet kommer att skapa jobb – många jobb – vilket kanske är det ekonomiska måttet av störst betydelse för medborgarna.

Forskning från mig och andra visar att helt förnybara elnät är genomförbara med nuvarande teknik till nuvarande priser; hinder för att använda förnybar el är mer politiska och kulturella än tekniska eller ekonomiska.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.