Как скоро поднимающиеся уровни моря и выбросы метана станут устаревшими проблемами прошлых десятилетий?

Сколько лет пройдет, прежде чем дроны смогут посадить миллиарды деревьев за несколько месяцев, или пока технологии улавливания и хранения углерода (CCS) не станут эффективными и доступными для улавливания CO2 на электростанциях и в промышленных процессах? Когда эти технологии смогут безопасно его хранить?

Когда возобновляемые источники энергии — солнечная, ветровая, геотермальная, ядерная — станут настолько дешевыми и распространенными, что уголь, нефть и природный газ пойдут на страницы истории наряду с китовым маслом, как древние источники энергии?

Какие технологии вызовут этот необходимый переворот, и какие рыночные силы их активируют? В сегодняшнем блоге мы рассмотрим 10 новых прорывов в 10 различных отраслях, которые станут катализатором новой эры углеродного нейтралитета.

Этот мегатренд продвигается за счет слияния материаловедения, искусственного интеллекта, батарей нового поколения, все более дешевого использования возобновляемых источников энергии, технологий информационного моделирования зданий (BIM), электромобилей, датчиков и продвинутых широкополосных сетей.

Погрузимся!

ЗЕЛЕНОЕ БУДУЩЕЕ ВОТ-ВОТ НАСТУПИТ

Углерод является строительным блоком всей жизни на Земле.

От белков до ДНК, от нейронов до мышечной ткани, практически все в вашем теле зависит от углерода и углекислого газа.

Тем не менее, он также является основной парникового газа, ответственного за то, что Всемирный экономический форум назвал одной из пяти главных угроз нашему будущему: экстремальные погодные условия — с последствиями от лесных пожаров до волатильности на рынке жилья.

Но что, если ядерный синтез, солнечные панели нового поколения и передовые батареи могли бы не только замедлить изменение климата, но и обратить его вспять?

Нет сомнений, что изменение климата имеет антропогенную природу. Единственный оставшийся вопрос: справятся ли люди с задачей его обращения вспять?

Пора действовать радикально уже сейчас.

По крайней мере, наша способность обратить изменение климата будет соответствовать нашей способности представить позитивное будущее, где прорывные технологии, немыслимые для наших предков, заставят проблему с тепловой ловушкой показаться устаревшей нашим внукам и правнукам.

Текущие соглашения приведут к потеплению примерно на 2,9 градуса Цельсия к 2100 году — вместо 4 градусов, к чему все шло до Парижского соглашения 2015 года.

Но наша цель должна составлять согласованные 1,5 градуса Цельсия. И для этого потребуются гораздо более радикальные меры.

Представьте себе город, где производится больше энергии, чем потребляется. Город, электросеть которого использует обильную и бесплатную энергию солнца, которое дает Земле в 8000 раз больше энергии, чем мы потребляем как вид. Город, где возобновляемые источники энергии генерируют 100% используемой энергии, а батареи так эффективны и дешевы, что весь транспорт перешел на электричество.

Когда и где это произойдет впервые? Если план LA100 (разработанный в 2021 году) удастся, то годом будет 2035, а городом — Лос-Анджелес.

Этот план, одобренный единогласно советом, обязывает Лос-Анджелес к 100% чистой энергии к 2035 году. И как отмечает советник Митч О’Фаррелл, «LA100 — это не утопический жест. Это рабочий план для мира в беде».

Потепление планеты на 2 градуса Цельсия серьезно повредит нашу планету, вызвав частые сильные штормы, повышение уровня океанов, вымирание диких животных и растительности, уменьшение коралловых рифов, таяние льдов и увеличение смертности, связанной с жарой, наводнениями и смогом.

Вот почему Соединенные Штаты пообещали обеспечить 80% страны возобновляемыми источниками энергии к 2050 году.

Углеродно-нейтральное будущее не только возможно — оно необходимо и уже на подходе.

10 ПРОРЫВОВ, КОТОРЫЕ СДЕЛАЮТ ЭТО БУДУЩЕЕ РЕАЛЬНЫМ

(1) ШИРОКОПОЛОСНЫЕ СЕТИ

Выбросы парниковых газов от использования Интернета составляют 3,7% от глобального общего показателя — или столько же, сколько от всех выбросов глобального воздушного трафика.

Тем не менее, рост технологий Интернета вещей (IoT) готов революционизировать способ потребления энергии.

Возникающие прорывы, такие как оптоволоконные сети и 5G, способствуют устойчивости IoT, обеспечивая более быструю и эффективную передачу данных и сокращая потребление энергии. Оптоволоконные сети могут передавать данные на большие расстояния с минимальными потерями, уменьшая необходимость в нескольких энергоемких центрах обработки данных. Технология 5G, с другой стороны, предлагает более низкую задержку, более надежные соединения и улучшенную энергоэффективность по сравнению с предыдущими поколениями беспроводных технологий.

По мере продолжения развития этих устойчивых технологий широкополосной связи потенциал IoT для сокращения потребления энергии и выбросов углерода будет только расти. Широкополосные сети готовы изменить каждый сектор современного мира: от инфраструктуры зарядки до демократизации электромобилей.

(2) УЛАВЛИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ УГЛЕРОДА (CCS)

CCS — это технология, которая улавливает выбросы CO2 от крупных точечных источников, таких как электростанции и промышленные процессы, и хранит захваченный CO2 под землей в геологических формациях, таких как истощенные месторождения нефти и газа.

Согласно Международному энергетическому агентству (IEA), CCS может сократить выбросы CO2 до 90 гигатонн к 2050 году — что эквивалентно удалению более чем 20 лет выбросов всего мира.

Помимо сокращения выбросов, CCS также улучшает существующие активы нефти и газа за счет увеличенной добычи нефти (EOR), при которой CO2 впрыскивается в истощенные нефтяные месторождения для увеличения производства. Министерство энергетики США оценивает, что EOR имеет потенциал восстановить более 60 миллиардов баррелей нефти, что эквивалентно более чем 4 годам общего объема добычи нефти в США.

Захваченный CO2 хранится под землей в геологических формациях, с более чем 20-летним успешным опытом реализации и мониторинга по всему миру. Процесс хранения доказал свою безопасность и надежность, и итак уже низкий риск утечки или выброса в атмосферу продолжает уменьшаться.

(3) УЛУЧШЕННОЕ СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

Производство мяса требует примерно в 20 раз больше земли и производит примерно в 20 раз больше парниковых газов, чем источники растительного белка.

Возникновение доступных синтетически разработанных растительных альтернатив быстро снижает спрос на животный белок. С годовым темпом роста в 20,5%, отрасль должна будет произвести около 35 миллиардов долларов к концу этого десятилетия.

Компании вроде Impossible Foods и Beyond Meat — первопроходцы этого тренда, но настоящее изменение еще впереди.

Производство мяса использует четверть земель мира и 70% мирового водопотребления. Оно также производит 14,5% парниковых газов и является основной причиной обезлесения и массового вымирания.

Культивируемое мясо, выращенное из стволовых клеток животных в биореакторах, имеет потенциал преодолеть эти проблемы и стать более экономичным, чем традиционное мясо. Процесс автоматизирован, занимает меньше времени, а разработка мяса и молочных продуктов не влечет за собой страданий животных.

Билл Гейтс поддержал австралийский стартап Rumin8, направленный на сокращение выбросов от газов коров, инвестируя 12 миллионов долларов на кормление коров водорослями для сокращения выхода газа из них.

Это имеет смысл, так как выбросы метана из-за отрыжки коров составляют примерно одну треть всех сельскохозяйственных парниковых газов.

Технология CRISPR, кроме того, имеет потенциал увеличить урожайность без избыточного использования удобрений или чрезмерного использования орошения. В следующем десятилетии CRISPR обещает быть высокоэффективным методом оптимизации выбросов углерода при производстве пищевых продуктов.

(4) РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ

По данным BloombergNEF, инвестиции в зарядные устройства для электромобилей в ближайшем будущем превысят 100 миллиардов долларов, причем следующие 100 миллиардов долларов расходов предполагается осуществить всего за три года по сравнению с десятилетием на первые 100 миллиардов.

В 2022 году примерно 16% всех новых продаж автомобилей в Калифорнии приходились на автомобили с нулевым уровнем выбросов — вдвое больше, чем в 2020 году. Производители Калифорнии будут вынуждены электрифицировать свой автопарк, поскольку штат стремится к тому, чтобы к 2035 году 100% новых автомобилей были полностью электрическими.

Электромобили становятся все более доступными, а прогресс в области материаловедения и искусственного интеллекта быстро улучшает эффективность и срок службы батарей.

Только Tesla революционизировала батареи и хранение энергии, разработав крупномасштабные системы Powerpack для интеграции возобновляемой энергии в сеть, доступные системы хранения энергии Powerwall для дома, передовые технологии батарей в их электромобилях и сократив стоимость литий-ионных батарей за счет массовых инвестиций в производство и исследования батарей.

Это имеет далеко идущие последствия не только для роста электромобилей, но и для всей экосистемы технологий сокращения углерода.

Конец эры автомобилей с внутренним сгоранием означает конец эпохи ископаемого топлива. К настоящему времени каждый производитель объявил о своих амбициозных планах по выпуску электромобилей. Например, Ford Motor Company инвестирует 4,5 миллиарда долларов в электромобили, делая более 40% своих моделей электрифицированными.

(5) ЗЕЛЕНЫЕ ЗДАНИЯ

Здания производят почти 40% всех парниковых газов (через эксплуатационную и встроенную энергию). Строительная отрасль является одной из самых быстрорастущих в мире, но наименее цифровой и, следовательно, наименее эффективной.

Generate, выходец из Массачусетского технологического института, предлагает решить эту проблему путем переплетения природы с цифровыми технологиями: использование деревьев, поглощающих CO2, и, в частности, массивной древесины (которая особенно хорошо подходит для цифрового дизайна), для строительства плотных, энергоэффективных и биофильных небоскребов.

Массивная древесина не только выступает в роли углеродного поглотителя за счет хранения CO2, низкого уровня загрязнения и отходов, но также функционирует как конструктор, подобный лего-системе строительства, что позволяет использовать масштабируемость нулей и единиц. С помощью подхода Insilico Design от Generate архитекторы скоро смогут моделировать полностью предварительно разработанные деревянные здания за несколько минут, выбирая между энергоэффективными, оптимизированными для HVAC дизайнами, которые напрямую связаны с реальными строительными материалами в цепочке поставок устойчивых материалов.

Этот подход — полное моделирование зданий в виртуальном пространстве — значительно уменьшает загрязнение воздуха и шум, сокращает отходы и выбросы углерода, связанные с транспортировкой. Он также помогает восстановить здоровье наших лесов как части возобновляемой материальной экономики замкнутого цикла.

Устойчивое производство будет большой частью углеродно-отрицательного будущего.

Например, General Motors недавно сообщили, что за последние несколько лет они сэкономили 1 миллиард долларов благодаря своим 152 предприятиям без отходов. Такой тип замкнутого производства станет все более распространенным, а устойчивые строительные материалы, такие как массивная древесина, будут постепенно демократизироваться.

(6) ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Согласно данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), ядерные электростанции в настоящее время предотвращают выброс 2 миллиардов тонн CO2 в год, что эквивалентно снятию с дорог 430 миллионов автомобилей.

Ядерная энергия является источником базовой нагрузки, который может обеспечивать постоянное, круглосуточное электроснабжение, помогая обеспечить стабильное и надежное энергоснабжение. Данные показывают, что страны с значительным производством ядерной энергии имеют одни из самых низких выбросов CO2 на душу населения при сохранении сильного экономического роста.

Это делает убедительным аргументом в пользу продолжения разработки и внедрения безопасной ядерной энергии как части комплексной стратегии борьбы с изменением климата.

Как мы разбирали в прошлом метатренде, ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии потрясли мир знаменательным прорывом в стремлении к ядерному синтезу, уже несколько раз получив чистую энергию реакторе ядерного синтеза.

Ядерный синтез давно считается святым Граалем в производстве энергии, поскольку он производит больше энергии, чем ядерный распад, создает меньше кратковременных радиоактивных отходов, не выделяет парниковых газов и обеспечивает почти неограниченную чистую энергию.

Использование процесса, который обеспечивает энергией все известные звезды во Вселенной, становится революционным в производстве энергии. Эта реакция объединяет два легких ядра, образуя более тяжелое ядро, высвобождая энергию в процессе, поскольку масса полученного ядра меньше исходных двух. В конечном итоге это превращает оставшуюся массу в источник обильной и, в принципе, бесплатной энергии.

Прежде чем синтез можно будет использовать на электростанциях, необходимо решить ряд проблем. Но теоретическая жизнеспособность ядерного синтеза доказывает, что сила звезд может быть использована на Земле.

Теперь предпринимателям предстоит воплотить все это в жизнь — и уже около 40 частных компаний по синтезу, работающих над коммерциализацией различных форм синтеза. Одним из примеров является Commonwealth Fusion Systems, вышедшая из Массачусетского технологического института в 2017 году, которая строит токамак размером с теннисный корт, финансируемый 2 миллиардами долларов частного капитала.

(7) ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Между 2010 и 2020 годами использование возобновляемых источников энергии, таких как ветер, солнце и гидроэнергетика, более чем удвоилось.

В частности, ветряные и солнечные энергии демонстрируют снижение цен и повышение производительности на удивительно постоянной основе. И удобный факт о ветре и солнце заключается в том, что обычно, где бы вы ни находились, обычно ветрено или солнечно — или иногда и то, и другое.

Наука о материалах сейчас сливается с солнечной энергией, меняя способ строительства панелей и их функционирование. Возьмем «квантовые точки», по сути, наноразмерные кусочки полупроводникового материала, которые начинают появляться в солнечных элементах. Главное здесь — преобразование энергии. Квантовые точки утраивают выходную мощность передовых технологий, превращая один фотон в триаду электронов, повышая коэффициент преобразования до 66%.

Но самый важный момент также является самым очевидным: солнечный свет бесплатен. И обилен.

Это помогает объяснить, почему Peabody Coal, крупнейшая частная угольная компания в мире, объявила о банкротстве. В первом десятилетии этого века акции угля упали на 75-90%.

За последние сорок лет стоимость производства солнечной панели снизилась в триста раз. Теперь строительство новой ветряной фермы или солнечной электростанции обходится дешевле, чем эксплуатация существующей угольной электростанции.

Еще одним фактором роста возобновляемых источников энергии является улучшение технологии батарей. Как сообщает BloombergNEF, рынок хранения энергии удваивается в течение последних нескольких лет, несмотря на высокие затраты на хранение энергии, добавляя примерно 28 ГВт/69 ГВтч хранения энергии к концу 2023 года.

Технология батарей быстро развивается, цены падают вдвое быстрее, чем предсказывали даже самые оптимистичные прогнозы. Это в конечном итоге приведет к созданию емкости хранения для полностью электрической, полностью возобновляемой экономики.

(8) ВОДОРОД

Согласно Международному энергетическому агентству (МЭА), широкое использование водорода может сократить глобальные выбросы CO2 до 6 гигатонн в год к 2050 году.

Транспортные средства на водородных топливных элементах выбрасывают на 90% меньше загрязнений по сравнению с традиционными бензиновыми автомобилями. Кроме того, водород имеет потенциал заменить природный газ в качестве топлива для пиковых электростанций, что может привести к сокращению более чем на 300 миллионов тонн выбросов CO2 в год.

Стартап ZeroAvia привлек внимание своим недавним испытательным полетом 19-местного Dornier 228, крупнейшего самолета, частично работающего на водородных топливных элементах.

Преимущества самолетов на водородном топливе включают в себя снижение выбросов парниковых газов, повышение энергоэффективности, улучшение дальности полета, снижение зависимости от ископаемого топлива и более тихую работу.

Кроме того, водород невероятно легкий, что побуждает авиационных гигантов, таких как Airbus, удвоить инвестиции в гибридные водородные самолеты. ZeroAvia планирует начать коммерческие полеты на более крупных самолетах на водородном топливе к концу этого десятилетия.

(9) ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЛЕСОВ С ПОМОЩЬЮ ДРОНОВ

Обезлесение, являющееся одной из основных причин вымирания видов, приводит к потере 18,7 миллионов акров леса в год и к 15% выбросов парниковых газов.

BioCarbon Engineering — британская компания, использующая дроны с искусственным интеллектом для борьбы с обезлесением, высаживающие 100 000 деревьев в день на пилота, с амбициозной целью создать глобальную армию из 10 000 дронов для посадки поразительного количества в один миллиард деревьев в год.

Эта технология синергетически сойдется с ростом зданий из массивной древесины, позволяя создать замкнутую, возобновляемую материальную экономику.

На Всемирном экономическом форуме 2020 года в Давосе совместно была объявлена инициатива «Одна триллионная деревьев» для поддержки Десятилетия ООН по восстановлению экосистем (2020–2030), возглавляемого ЮНЕП и ФАО.

По некоторым оценкам, триллион деревьев может усвоить около 200 гигатонн углерода за свой жизненный цикл — что равно годовым выбросам более чем 43 миллиардов автомобилей.

(10) МОЩЬ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА И КВАНТОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Возможно, самое большое влияние на климат в ближайшее десятилетие окажут искусственный интеллект и квантовые технологии… прогнозирование, моделирование, анализ и оптимизация.

Использование для моделирования: ИИ может предсказывать модели потребления энергии с точностью до 90%, позволяя менеджерам зданий сокращать энергетические отходы и повышать эффективность. Например, система машинного обучения DeepMind смогла «систематически достигать 40-процентного сокращения количества энергии, используемой для охлаждения».

Прогнозирование урожайности: В сельском хозяйстве исследование, проведенное Калифорнийским университетом в Дэвисе, показало, что алгоритмы ИИ могут предсказывать урожайность с точностью более 85% и сокращать водопотребление на 20%. Другое исследование, проведенное Кембриджским университетом, показало, что ИИ может в реальном времени точно идентифицировать болезни и вредителей растений, сокращая использование пестицидов.

Оптимизированная Производительность: В транспорте используются системы предиктивного обслуживания на основе искусственного интеллекта для оптимизации работы транспортных средств и сокращения расхода топлива. В области возобновляемой энергии ИИ оптимизирует производство энергии на основе погодных условий и потребления, предсказывая отказы оборудования до их возникновения.

Новые Материалы: Исследование Кембриджского университета показало, что использование квантовых материалов в производстве солнечных панелей и ветряных турбин может увеличить их срок службы на 20-30%.

Оптимизация/Алгоритмы: Исследовательская группа Массачусетского технологического института обнаружила, что квантовые вычисления могут моделировать и оптимизировать энергетические сети, что приводит к увеличению эффективности на 15-20%. Компании, такие как 1QBit и Zapata Computing, работают над разработкой квантовых алгоритмов для оптимизации энергии и хранения углерода. 1QBit сотрудничает с нефтегазовыми компаниями для оптимизации их энергопроизводства и сокращения выбросов, в то время как Zapata Computing работает над квантовыми симуляциями для процессов улавливания углерода.

Синергетическое использование искусственного интеллекта и квантовых технологий для решения нашего кризиса устойчивости предложит новый набор очень мощных и масштабируемых инструментов для исследователей и технологов, чтобы решить проблему изменения климата.

Это будущее наступает быстро, и капитал для подпитки революции ускоряется наряду с технологиями.

ОТКУДА БЕРУТСЯ ДЕНЬГИ?

Все больше общественность требует радикальных действий в отношении глобального потепления нашей планеты, и риск репутационного ущерба для компаний, которые не решают вопросы устойчивости, становится все больше.

Только в 2022 году венчурный капитал вложил 70 миллиардов долларов в климатические технологии, что почти вдвое больше рекордного объема 2021 года.

Как сообщает BloombergNEF, американское правительство возглавляет этот процесс, вкладывая в климатические технологии больше средств, чем когда-либо. Закон об уменьшении инфляции (IRA), подписанный президентом Байденом в 2022 году, выделил 369 миллиардов долларов на чистую энергетическую экономику страны.

Это самая крупная попытка усилить обязательства США перед решениями климатических проблем на сегодняшний день, предусматривающая кредиты в рамках разделов Advanced Manufacturing Production Credit и Clean Vehicle Credit для поддержки внутренней цепочки поставок от сырья до батарейных элементов, модулей, электромобилей и хранения энергии.

IRA уже привела к новым инвестициям в цепочку поставок батарей на сумму более 80 миллиардов долларов.

К тому же, благотворительность в области смягчения последствий изменения климата почти утроилась между 2015 и 2021 годами.

Наиболее значительно, Фонд XPRIZE недавно объявил о нашем 100-миллионном Carbon Removal XPRIZE, который бросает вызов инноваторам разработать масштабируемые технологии, способные удалять углерод на гигатонном уровне с планеты непосредственно из атмосферы или океанов и долговременно и устойчиво удерживать его.

ИТОГОВЫЕ МЫСЛИ

Решение глобальных климатических и экологических проблем породит многотриллионную индустрию. Вспоминаются две важные цитаты из 2021 года:

«Изменение климата приносит экономические возможности, превышающие бум интернета». – Джон Доэр (11/10/21)

«Технологии улавливания углерода создадут следующие Microsoft, Google, Amazon и следующие 8-10 Teslas…» – Билл Гейтс (10/20/21)

Слияние прорывов в науке о материалах, искусственном интеллекте, наряду с достижениями в широкополосных сетях, производстве и хранении энергии, движет революцию в том, как мы захватываем и обращаем выбросы парниковых газов.

Растущее экологическое сознание вызывает увеличение капитала, вкладываемого в климатические технологии, и широкий спектр новых технологий, в сочетании с изменениями политики и экономическими стимулами, движет человечество к захвату углерода на гигатонном уровне.

Все отрасли, от информатики до производства продуктов питания, будут ощущать все большее давление на разработку альтернатив с низким углеродным следом для своей текущей инфраструктуры, и все отрасли будут извлекать выгоду из экспоненциальных выгод дешевого и повсеместного искусственного интеллекта.

Для борьбы с изменением климата нам нужно сделать возобновляемую энергию настолько дешевой, что использование ископаемого топлива исчезнет по той же причине, по которой исчез каменный век: не из-за нехватки камней, а из-за наличия в 10 раз лучшего варианта.

Учитывая наш доступ к экспоненциальным технологиям, я надеюсь, что мы сможем решить проблему — нам просто нужно сосредоточить наш интеллект, ресурсы и технологии и сделать это быстро.

Изобилие энергии от солнца позволяет нам ожидать, что в течение следующих 20 лет мы сможем обеспечить от 50% до 100% мирового производства энергии за счет солнечной энергии.

Cамые большие проблемы мира являются самыми большими бизнес-возможностями.

Как ВЫ поможете способствовать появлению углеродно-нейтрального будущего?

Какие действия ВЫ можете предпринять для разработки или финансирования прорывных технологий, которые обеспечат необходимое радикальное изменение для этого жизненно важного будущего?

В следующем блоге серии Метатрендов (№18 )
мы перейдем к клеточному сельскому хозяйству и вертикальному фермерству.

Вольный перевод вот этого https://www.diamandis.com/blog/metatrend-17-birth-of-the-trillion-dollar-sustainability-carbon-industry