L'énergie durable - Sustainable energy

L'énergie durable est l' énergie produite et utilisée de telle manière qu'elle «répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs».

La transition énergétique pour répondre aux besoins mondiaux en électricité, en chauffage, en refroidissement et en énergie pour les transports de manière durable est largement considérée comme l'un des plus grands défis auxquels l'humanité est confrontée au XXIe siècle. Dans le monde, près d'un milliard de personnes n'ont pas accès à l'électricité , et environ 3 milliards de personnes dépendent de combustibles fumés tels que le bois, le charbon de bois ou la bouse animale pour cuisiner. Ces combustibles et les combustibles fossiles sont un contributeur majeur à la pollution atmosphérique , qui cause environ 7 millions de décès par an. La production et la consommation d'énergie émettent plus de 70% des émissions de gaz à effet de serre d' origine humaine .

Les voies proposées pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 ° C décrivent la mise en œuvre rapide de méthodes de production d'électricité à faibles émissions et une évolution vers une plus grande utilisation de l'électricité dans des secteurs tels que les transports. Les parcours comprennent également des mesures de réduction de la consommation d'énergie; et l'utilisation de carburants neutres en carbone , tels que l' hydrogène produit à partir d'électricité renouvelable ou avec captage et stockage du carbone . La réalisation de ces objectifs nécessitera des politiques gouvernementales comprenant la tarification du carbone , des politiques spécifiques à l'énergie et l'élimination progressive des subventions aux combustibles fossiles .

Lorsqu'il s'agit de méthodes de production d'énergie, le terme «énergie durable» est souvent utilisé de manière interchangeable avec le terme « énergie renouvelable ». En général, les sources d'énergie renouvelables telles que l' énergie solaire , éolienne et hydroélectrique sont largement considérées comme durables. Cependant, certains projets d'énergie renouvelable, tels que le défrichement des forêts pour la production de biocarburants , peuvent entraîner des dommages environnementaux similaires, voire pires, par rapport à l'utilisation d'énergie fossile. L'énergie nucléaire est une source sûre à zéro émission , mais sa durabilité est débattue en raison de la production de déchets nucléaires et des ressources limitées en uranium.

Des quantités modérées d'énergie éolienne et solaire, qui sont des sources d'énergie intermittentes , peuvent être intégrées au réseau électrique sans infrastructure supplémentaire telle que le stockage d'énergie du réseau . Ces sources ont produit 8,5% de l'électricité mondiale en 2019, une part qui a augmenté rapidement. À partir de 2019, les coûts de l'énergie éolienne, solaire et des batteries devraient continuer à baisser.

Définitions

Les bâtiments de la colonie solaire de Schlierberg intègrent des panneaux solaires sur le toit et sont construits pour une efficacité énergétique maximale. En conséquence, ils produisent plus d'énergie qu'ils n'en consomment.

Le concept de développement durable a été décrit par la Commission mondiale sur l'environnement et le développement dans son livre de 1987, Our Common Future . Sa définition de la «durabilité», maintenant largement utilisée, était: «Le développement durable devrait répondre aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs». Dans son ouvrage, la Commission a décrit quatre éléments clés de la durabilité en matière d'énergie: la capacité d'augmenter l'approvisionnement en énergie pour répondre aux besoins humains croissants, l'efficacité et la conservation de l'énergie, la santé et la sécurité publiques, et la << protection de la biosphère et la prévention des des formes plus localisées de pollution. "

Différentes définitions de l'énergie durable ont été proposées depuis, qui sont également basées sur les trois piliers du développement durable, à savoir l'environnement, l'économie et la société.

Les critères environnementaux comprennent les émissions de gaz à effet de serre , l'impact sur la biodiversité et la production de déchets dangereux et d'émissions toxiques.
Les critères économiques comprennent le coût de l'énergie, la question de savoir si l'énergie est fournie aux utilisateurs avec une grande fiabilité et les effets sur les emplois associés à la production d'énergie.
Les critères socioculturels comprennent la prévention des guerres pour l'approvisionnement énergétique ( sécurité énergétique ) et la disponibilité à long terme de l'énergie.

Le principe organisateur de la durabilité est le développement durable , qui comprend les quatre domaines interconnectés: l'écologie, l'économie, la politique et la culture.

La Commission économique des Nations Unies pour l'Europe définit l'énergie durable sur la base de trois piliers: l'environnement, la sécurité énergétique et la qualité de vie.

Contexte

Fournir une énergie durable est largement considéré comme l'un des plus grands défis auxquels l'humanité doit faire face au 21e siècle, à la fois en termes de satisfaction des besoins du présent et en termes d'effets sur les générations futures. Bill Gates a déclaré en 2011:

Si vous me donniez le choix entre choisir les 10 prochains présidents ou veiller à ce que l'énergie soit respectueuse de l'environnement et un quart aussi coûteuse, je choisirais l'énergie.

Dans le monde, 940 millions de personnes (13% du monde) n'ont pas accès à l'électricité et 3 milliards de personnes dépendent de combustibles sales pour cuisiner. La pollution atmosphérique , causée en grande partie par la combustion de carburant, tue environ 7 millions de personnes chaque année. L'Objectif de développement durable 7 des Nations Unies appelle à «l'accès à une énergie abordable, fiable, durable et moderne pour tous» d'ici 2030.

La production et la consommation d'énergie sont des contributeurs majeurs au changement climatique , étant responsables de 72% des émissions annuelles de gaz à effet de serre d'origine humaine à partir de 2014. La production d'électricité et de chaleur contribue à 31% des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine, l'utilisation de l'énergie dans les transports y contribue 15% et l'utilisation de l'énergie dans la fabrication et la construction représente 12%. Un supplément de 5% est libéré par des processus associés à la production de combustibles fossiles et 8% par diverses autres formes de combustion de combustibles. En 2015, 80% de l' énergie primaire mondiale est produite à partir de combustibles fossiles.

Dans les pays en développement, plus de 2,5 milliards de personnes dépendent des cuisinières traditionnelles et des feux ouverts pour brûler de la biomasse ou du charbon pour se chauffer et cuisiner. Cette pratique provoque une pollution atmosphérique locale nuisible et augmente le risque d'incendie, entraînant environ 4,3 millions de décès par an. De plus, de graves dommages environnementaux locaux, y compris la désertification , peuvent être causés par une récolte excessive de bois et d'autres matières combustibles. La promotion de l'utilisation de combustibles plus propres et de technologies plus efficaces pour la cuisson est donc l'une des principales priorités de l' initiative des Nations Unies sur l'énergie durable pour tous . Depuis 2015, les efforts pour concevoir des cuisinières propres , peu coûteuses, alimentées par des sources d'énergie durables et acceptables pour les utilisateurs, ont été pour la plupart décevantes.

En 2020, l'Agence internationale de l'énergie a averti que la crise économique causée par l' épidémie de coronavirus pourrait empêcher ou retarder les entreprises d'investir dans l'énergie verte. L'épidémie pourrait potentiellement entraîner un ralentissement de la transition énergétique propre dans le monde si aucune action n'est entreprise.

Voies proposées pour l'atténuation du changement climatique

Parc éolien de Bangui aux Philippines .

Des ouvriers construisent une structure de panneaux solaires au Malawi

Un travail d'analyse coûts-avantages a été effectué par un éventail disparate de spécialistes et d'organismes pour déterminer la meilleure voie pour décarboner l'approvisionnement énergétique du monde. Le rapport spécial 2018 du GIEC sur le réchauffement climatique de 1,5 ° C indique que pour limiter le réchauffement à 1,5 ° C et éviter les pires effets du changement climatique, «les émissions mondiales nettes de CO d' origine humaine
2devrait baisser d'environ 45% par rapport aux niveaux de 2010 d'ici 2030, pour atteindre un zéro net vers 2050. "Dans le cadre de ce rapport, le groupe de travail du GIEC sur l' atténuation du changement climatique a examiné une variété d'articles publiés antérieurement qui décrivent les voies (c'est-à-dire des scénarios et portefeuilles d'options d'atténuation) pour stabiliser le système climatique grâce à des changements dans l'énergie, l'utilisation des terres, l'agriculture et d'autres domaines.

Les voies compatibles avec la limitation des avertissements à environ 1,5 ° C décrivent une transition rapide vers la production d'électricité par des méthodes à faibles émissions et une utilisation croissante de l'électricité au lieu d'autres combustibles dans des secteurs tels que les transports. Ces voies présentent les caractéristiques suivantes (sauf indication contraire, les valeurs suivantes sont la médiane de toutes les voies):

Énergie renouvelable: la proportion d' énergie primaire fournie par les énergies renouvelables passe de 15% en 2020 à 60% en 2050. La proportion d'énergie primaire fournie par la biomasse passe de 10% à 27%, avec des contrôles efficaces sur le changement d'occupation des sols dans le culture de la biomasse. La part de l'éolien et du solaire passe de 1,8% à 21%.
Énergie nucléaire: La proportion d'énergie primaire fournie par l'énergie nucléaire passe de 2,1% en 2020 à 4% en 2050. La plupart des filières décrivent une augmentation de l'utilisation de l'énergie nucléaire, mais certaines décrivent une diminution. La raison du large éventail de possibilités est que le déploiement de l'énergie nucléaire «peut être limité par les préférences sociétales».
Charbon et pétrole: entre 2020 et 2050, la part de l'énergie primaire issue du charbon passe de 26% à 5%, et celle issue du pétrole de 35% à 13%.
Gaz naturel: dans la plupart des filières, la proportion d'énergie primaire fournie par le gaz naturel diminue, mais dans certaines filières, elle augmente. En utilisant les valeurs médianes de tous les parcours, la proportion d'énergie primaire provenant du gaz naturel passe de 23% en 2020 à 13% en 2050.
Capture et stockage du carbone: les voies décrivent une utilisation accrue de la capture et du stockage du carbone pour la bioénergie et l'énergie fossile.
Électrification: en 2020, environ 20% de la consommation finale d'énergie est fournie par l'électricité. D'ici 2050, cette proportion aura plus que doublé dans la plupart des filières.
Économie d'énergie: les parcours décrivent des méthodes pour accroître l'efficacité énergétique et réduire la demande d'énergie dans tous les secteurs (industrie, bâtiments et transports). Avec ces mesures, les trajectoires montrent que la consommation d'énergie reste à peu près la même entre 2010 et 2030, et augmente légèrement d'ici 2050.

Efficacité énergétique

La transition vers la durabilité énergétique exigera des changements non seulement dans la façon dont l'énergie est fournie, mais aussi dans la façon dont elle est utilisée, et beaucoup disent qu'il est essentiel de réduire la quantité d'énergie nécessaire pour fournir divers biens ou services. D'autres conviennent que l'efficacité énergétique est souhaitable, mais affirment que l' électrification et ses gains d'efficacité automatiques (au moins aux États-Unis à partir de 2020) seraient suffisants pour atteindre les objectifs de l'Accord de Paris s'ils sont poursuivis avec suffisamment de vigueur. Les opportunités d'amélioration du côté de la demande de l'équation énergétique sont aussi riches et diverses que celles du côté de l'offre et offrent souvent des avantages économiques importants.

L'efficacité ralentit la croissance de la demande d'énergie, de sorte que l'augmentation des approvisionnements en énergie propre peut réduire considérablement l'utilisation des combustibles fossiles. Une analyse historique de 2011 a démontré que le taux d' amélioration de l'efficacité énergétique était généralement dépassé par le taux de croissance de la demande d'énergie, en raison de la croissance économique et démographique continue . Parce que les émissions de carbone sur la période étudiée étaient couplées à la consommation totale d'énergie, malgré les gains d'efficacité énergétique, les émissions totales de carbone ont continué d'augmenter. Ainsi, étant donné les limites thermodynamiques et pratiques des améliorations de l'efficacité énergétique, il a été jugé essentiel de ralentir la croissance de la demande d'énergie. Cependant, à moins que les approvisionnements en énergie propre ne soient mis en ligne rapidement, le ralentissement de la croissance de la demande ne fera que commencer à réduire les émissions totales; la réduction de la teneur en carbone des sources d'énergie est également nécessaire. Toute vision sérieuse d'une économie énergétique durable nécessite donc des engagements à la fois en matière d'énergies renouvelables et d'efficacité.

Sources d'énergie renouvelables

Augmentation de la consommation d'énergie renouvelable de 1965 à 2016

Lorsqu'ils se réfèrent aux sources d'énergie, les termes «énergie durable» et «énergie renouvelable» sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais certains projets d'énergie renouvelable soulèvent parfois d'importantes préoccupations en matière de durabilité. Les technologies des énergies renouvelables sont des contributeurs essentiels à l'énergie durable car elles contribuent généralement à la sécurité énergétique mondiale et réduisent la dépendance aux ressources en combustibles fossiles , atténuant ainsi les émissions de gaz à effet de serre.

Énergie solaire

11 MW d'énergie solaire près de Serpa, Portugal 38 ° 1'51 "N 7 ° 37'22" W / 38,03083 7,62278 N ° W °

En 2019, l'énergie solaire fournissait environ 3% de l'électricité mondiale. La production d'électricité solaire utilise des cellules photovoltaïques (PV) pour convertir la lumière en courant électrique. Les modules photovoltaïques peuvent être intégrés dans des bâtiments ou utilisés dans des centrales photovoltaïques connectées au réseau électrique. Ils sont particulièrement utiles pour fournir de l' électricité aux régions éloignées . Bien que généralement garanti pendant 25 ans, on prétend qu'un panneau solaire moyen durera 40 ans et que la quasi-totalité de celui-ci peut être recyclée.

Actuellement, les panneaux photovoltaïques (PV) n'ont la capacité de convertir qu'environ 24% de la lumière solaire qui les frappe en électricité. À ce rythme, l'énergie solaire présente encore de nombreux défis pour une mise en œuvre généralisée, mais des progrès constants ont été accomplis pour réduire les coûts de fabrication et augmenter l'efficacité photovoltaïque. En 2008, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont mis au point une méthode pour stocker l'énergie solaire en l'utilisant pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau. Ces recherches visent à éliminer l’obstacle auquel le développement solaire est confronté, qui consiste à stocker l’énergie à utiliser pendant la nuit, lorsque le soleil ne brille pas.

Des recherches sont en cours sur l'énergie solaire spatiale , un concept dans lequel les panneaux solaires sont lancés dans l'espace extra-atmosphérique et l'énergie qu'ils capturent est renvoyée vers la Terre sous forme de micro-ondes. Une installation d'essai pour la technologie est en cours de construction en Chine.

La maison solaire n ° 1 du MIT, construite en 1939, utilisait le stockage d'énergie thermique saisonnier (STES) pour le chauffage toute l'année.

Chauffage solaire

Esquisse d'un collecteur à auge parabolique

Capteurs d'eau solaires installés en Espagne

Le chauffage solaire de l'eau (SWH) est la conversion de la lumière du soleil en chaleur pour le chauffage de l'eau à l' aide d'un capteur solaire thermique . Une variété de configurations est disponible à un coût variable pour fournir des solutions dans différents climats et latitudes. Les SWH sont largement utilisés pour les applications résidentielles et certaines applications industrielles.

Un collecteur exposé au soleil chauffe un fluide de travail qui passe dans un système de stockage pour une utilisation ultérieure. Les SWH sont actifs (pompés) et passifs ( entraînés par convection ). Ils utilisent uniquement de l'eau, ou à la fois de l'eau et un fluide de travail. Ils sont chauffés directement ou via des miroirs concentrateurs de lumière. Ils fonctionnent indépendamment ou en hybrides avec des radiateurs électriques ou à gaz. Dans les installations à grande échelle, les miroirs peuvent concentrer la lumière du soleil dans un collecteur plus petit.

En 2017, la capacité thermique solaire mondiale de l'eau chaude est de 472 GW et le marché est dominé par la Chine , les États-Unis et la Turquie . La Barbade , l' Autriche , Chypre , Israël et la Grèce sont les principaux pays en termes de capacité par personne.

Énergie éolienne

Éolien: capacité installée mondiale

L'énergie éolienne utilise le vent pour fournir l' énergie mécanique à travers les éoliennes pour faire tourner les générateurs électriques . En 2019, l'énergie éolienne a fourni environ 6% de l'approvisionnement mondial en électricité.L'énergie éolienne est une énergie durable et renouvelable , et a un impact beaucoup plus faible sur l'environnement par rapport à la combustion de combustibles fossiles . Les parcs éoliens se composent de nombreuses éoliennes individuelles, qui sont connectées au réseau de transport d'énergie électrique . L'éolien terrestre est une source d'énergie électrique peu coûteuse, compétitive ou dans de nombreux endroits moins chère que les centrales à charbon ou à gaz.

Les parcs éoliens terrestres ont également un impact sur le paysage, car ils doivent généralement être répartis sur plus de terres que les autres centrales électriques et doivent être construits dans des zones sauvages et rurales, ce qui peut entraîner une «industrialisation de la campagne» et une perte d'habitat . L'éolien offshore est plus stable et plus fort que sur la terre et les fermes offshore ont moins d'impact visuel, mais les coûts de construction et d'entretien sont plus élevés. Après environ 20 ans, les pales d'éoliennes doivent être remplacées par des pales plus grandes, et la recherche se poursuit sur la meilleure façon de les recycler et sur la façon de fabriquer des pales plus faciles à recycler.

L'hydroélectricité

Les barrages hydroélectriques sont l'une des sources d'énergie durable les plus largement déployées.

Parmi les sources d'énergie renouvelable, les centrales hydroélectriques ont l'avantage d'être durables - de nombreuses centrales existantes fonctionnent depuis plus de 100 ans. De plus, les centrales hydroélectriques sont propres, émettent peu d'émissions et peuvent compenser les variations de l'énergie éolienne et solaire. Les critiques dirigées contre les centrales hydroélectriques à grande échelle comprennent: la dislocation des personnes vivant là où les réservoirs sont prévus et le rejet de gaz à effet de serre pendant la construction et l'inondation du réservoir.

Cependant, il a été constaté que les émissions élevées ne sont associées qu'aux réservoirs peu profonds dans les régions chaudes (tropicales), et les innovations récentes dans la technologie des turbines hydroélectriques permettent le développement efficace de projets hydroélectriques au fil de l'eau à faible impact . De manière générale, les centrales hydroélectriques produisent des émissions sur le cycle de vie beaucoup plus faibles que les autres types de production.

En 2015, l'hydroélectricité fournissait 16% de l'électricité mondiale, contre près de 20% entre le milieu et la fin du XXe siècle. Elle produit 60% de l'électricité au Canada et près de 80% au Brésil. Depuis 2017, la construction de nouvelles centrales hydroélectriques s'est arrêtée ou a ralenti depuis 1980 dans la plupart des pays à l'exception de la Chine.

La biomasse

Plantation de canne à sucre pour produire de l' éthanol au Brésil

Une centrale de cogénération utilisant du bois pour fournir de l'électricité à plus de 30.000 foyers en France

La biomasse est du matériel biologique dérivé d'organismes vivants ou récemment vivants. En tant que source d'énergie, la biomasse peut soit être brûlée pour produire de la chaleur et produire de l'électricité, soit être convertie en biocarburants modernes tels que le biodiesel et l' éthanol .

La biomasse est extrêmement polyvalente et l'une des sources d'énergie renouvelable les plus utilisées. Il est disponible dans de nombreux pays, ce qui le rend attractif pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles importés. Si la production de biomasse est bien gérée, les émissions de carbone peuvent être largement compensées par l'absorption de dioxyde de carbone par les plantes au cours de leur durée de vie. Cependant, cette «dette carbone» peut être remboursée trop tard ou (surtout aux États-Unis) mal comptabilisée. Si la source de biomasse est un déchet agricole ou municipal, le brûler ou le convertir en biogaz permet également d'éliminer ces déchets. La production de bioénergie peut être combinée avec la capture et le stockage du carbone pour créer un système à zéro carbone ou à carbone négatif, mais il est peu probable que cela puisse être intensifié assez rapidement.

Si la biomasse est récoltée à partir de cultures, telles que les plantations d'arbres, la culture de ces cultures peut déplacer les écosystèmes naturels , dégrader les sols et consommer des ressources en eau et des engrais synthétiques. Dans certains cas, ces impacts peuvent en fait entraîner des émissions globales de carbone plus élevées que l'utilisation de carburants à base de pétrole.

Les biocarburants

Les biocarburants sont des carburants, comme l' éthanol , fabriqués à partir de divers types de biomasse , comme le maïs ou la betterave à sucre. Les biocarburants sont généralement liquides et utilisés pour alimenter les transports, souvent mélangés à des combustibles fossiles liquides tels que l'essence, le diesel ou le kérosène. À partir de 2020 , qui sont des biocarburants durables est en débat .

L'éthanol cellulosique présente de nombreux avantages par rapport à l'éthanol à base de maïs traditionnel. Il n'enlève pas ou n'entre pas directement en conflit avec l'approvisionnement alimentaire car il est produit à partir de bois, d'herbes ou de parties non comestibles de plantes. De plus, certaines études ont montré que l'éthanol cellulosique était potentiellement plus rentable et économiquement durable que l'éthanol à base de maïs. Depuis 2018, les efforts pour commercialiser la production d'éthanol cellulosique ont été pour la plupart décevants, mais de nouveaux efforts commerciaux se poursuivent.

L'utilisation des terres agricoles pour la culture du carburant peut réduire la disponibilité de terres pour la culture de la nourriture . Étant donné que la photosynthèse est intrinsèquement inefficace et que les cultures nécessitent également des quantités importantes d'énergie pour récolter, sécher et transporter, la quantité d'énergie produite par unité de surface terrestre est très faible, de l'ordre de 0,25 W / m ² à 1,2 W / m ² . Aux États-Unis, l'éthanol à base de maïs a remplacé moins de 10% de la consommation d'essence à moteur depuis 2011, mais a consommé environ 40% de la récolte annuelle de maïs dans le pays. En Malaisie et en Indonésie, le défrichement des forêts pour produire de l'huile de palme pour le biodiesel a entraîné de graves effets sociaux et environnementaux , car ces forêts sont des puits de carbone critiques et des habitats pour les espèces menacées. En 2015, la production mondiale annuelle de biocarburants liquides équivalait à 1,8% de l'énergie extraite du pétrole brut. Il a été suggéré qu'en raison des quantités limitées qui peuvent être produites de manière durable, tout devrait être du biocarburant pour l'aviation : car contrairement à d'autres formes de transport, l'aviation longue distance ne peut pas être alimentée par des batteries, de l'hydrogène, de l'ammoniac ou des piles à combustible.

Géothermie

L'une des nombreuses centrales électriques de The Geysers , un champ d'énergie géothermique dans le nord de la Californie, avec une puissance totale de plus de 750 MW.

L'énergie géothermique est produite en puisant dans l'énergie thermique créée et stockée dans la terre. Il provient de la désintégration radioactive d'un isotope du potassium et d'autres éléments trouvés dans la croûte terrestre. L'énergie géothermique peut être obtenue par forage dans le sol, très similaire à l'exploration pétrolière, puis elle est transportée par un fluide caloporteur (par exemple eau, saumure ou vapeur). Au sein de ces systèmes dominés par les liquides, il existe des préoccupations possibles d'affaissement et de contamination des ressources en eau souterraine. Par conséquent, la protection des ressources en eau souterraine est nécessaire dans ces systèmes. Cela signifie qu'une production et une ingénierie prudentes des réservoirs sont nécessaires dans les systèmes de réservoirs géothermiques à dominance liquide. L'énergie géothermique est considérée comme durable car cette énergie thermique est constamment renouvelée.

L'énergie géothermique peut être exploitée pour la production d'électricité et pour le chauffage. Les technologies utilisées comprennent les centrales à vapeur sèche, les centrales à vapeur flash et les centrales à cycle binaire. En 2010, la production d'électricité géothermique est utilisée dans 24 pays, tandis que le chauffage géothermique est utilisé dans 70 pays. Les marchés internationaux ont progressé à un taux annuel moyen de 5% au cours des trois années jusqu'en 2015.

La géothermie est considérée comme une source d'énergie durable et renouvelable car l'extraction de chaleur est faible par rapport au contenu thermique de la Terre . Les émissions de gaz à effet de serre des centrales électriques géothermiques sont en moyenne de 45 grammes de dioxyde de carbone par kilowattheure d'électricité, soit moins de 5% de celles des centrales à charbon conventionnelles.

Énergie marine

L'énergie marine est principalement l' énergie marémotrice et houlomotrice . À partir de 2020, quelques petites centrales marémotrices fonctionnent en France et en Chine, et les ingénieurs continuent d'essayer de rendre les équipements houlomoteurs plus résistants aux tempêtes.

Sources d'énergie non renouvelables

Pouvoir nucléaire

Émissions de CO ₂ liées à la production d'électricité en France au 27 mai 2020 avec une intensité globale de CO ₂ de 52 gCO ₂ éq / kWh. Source: electricitemap.org

Les centrales nucléaires sont utilisées depuis les années 1950 pour produire un approvisionnement constant et sans émission d'électricité, sans créer de pollution atmosphérique locale . En 2012, les centrales nucléaires de 30 pays ont produit 11% de l'électricité mondiale. Le GIEC considère l'énergie nucléaire comme une source d'énergie à faible émission de carbone, avec des émissions de gaz à effet de serre sur le cycle de vie (y compris l'extraction et le traitement de l' uranium ), similaires aux émissions des sources d'énergie renouvelables. À partir de 2020, l'énergie nucléaire fournit 50% de l'électricité à faible émission de carbone de l'Union européenne et 26% de la production totale d'énergie en Europe.

Il existe une controverse considérable sur la question de savoir si l'énergie nucléaire peut être considérée comme durable, les débats tournent autour du risque d' accidents nucléaires , du coût et du temps de construction nécessaires pour construire de nouvelles centrales, de la production de déchets nucléaires radioactifs et du potentiel de l'énergie nucléaire à contribuer à prolifération nucléaire . Ces préoccupations ont stimulé le mouvement antinucléaire et conduit à une diminution de la contribution de l'énergie nucléaire à l'approvisionnement mondial en électricité depuis 1993. Au niveau mondial, l'opposition à l'énergie nucléaire s'est élevée à 62% en 2011. Le soutien public à l'énergie nucléaire est souvent faible en raison de problèmes de sécurité, mais pour chaque unité d'énergie produite, l'énergie nucléaire est beaucoup plus sûre que l'énergie des combustibles fossiles. Le minerai d'uranium utilisé pour alimenter les usines de fission nucléaire est une ressource non renouvelable, mais des quantités suffisantes existent pour fournir un approvisionnement pendant des centaines d'années.

CO lié à la production d'électricité
2émissions en Allemagne au 27 mai 2020 avec le CO global
2intensité de 257 gCO2eq / kWh. Source: electricitemap.org

Les groupes environnementaux traditionnels tels que Greenpeace et le Sierra Club sont opposés à toute utilisation de l'énergie nucléaire. Les personnes qui ont décrit l'énergie nucléaire comme une source d'énergie verte comprennent le philanthrope Bill Gates et l'écologiste James Lovelock .

L'évaluation de la sûreté des centrales nucléaires déjà en service pour prolonger leur durée de vie, peut-être jusqu'à 80 ans, se poursuit. Indépendamment des accidents passés, l'énergie nucléaire reste la source d'énergie la plus sûre disponible par unité d'énergie par rapport aux autres sources.

Certains modèles de réacteurs nucléaires plus récents sont capables d'extraire de l'énergie des déchets nucléaires jusqu'à ce qu'ils ne soient plus (ou nettement moins) dangereux, et ont des caractéristiques de conception qui minimisent grandement la possibilité d'un accident nucléaire. Ces conceptions (par exemple le réacteur à sel fondu ) doivent encore être commercialisées. Le thorium est un matériau fissile utilisé dans l'énergie nucléaire à base de thorium . Le cycle du combustible au thorium revendique plusieurs avantages potentiels par rapport au cycle du combustible à l'uranium , notamment une plus grande abondance , des propriétés physiques et nucléaires supérieures, une meilleure résistance à la prolifération des armes nucléaires et une production réduite de plutonium . Par conséquent, il est parfois qualifié de durable.

La fusion

Une source d'énergie prospective est la fusion nucléaire (par opposition à la fission nucléaire utilisée aujourd'hui). C'est la réaction qui existe dans les étoiles, y compris le Soleil. On s'attend à ce que les réacteurs à fusion actuellement en construction ( ITER ) soient intrinsèquement sûrs en raison de l'absence de réaction en chaîne et ne produisent pas de déchets nucléaires à vie longue. Les combustibles pour les réacteurs de fusion nucléaire sont le deutérium , le lithium et le tritium très largement disponibles .

Système d'énergie durable

La capture et le stockage du carbone

En théorie, les émissions de gaz à effet de serre des centrales à combustibles fossiles et à biomasse peuvent être considérablement réduites grâce au captage et au stockage du carbone , bien que ce processus soit coûteux. Selon le Groupe d'experts intergouvernemental sur l' évolution du climat , le moyen le moins coûteux d'atteindre l'objectif de 2 ° C comprend le déploiement massif d'un type spécifique de technologie d'émissions négatives appelée bioénergie avec capture et séquestration du carbone , ou BECCS. Cependant, atteindre cet objectif grâce au BECCS nécessite plus de ressources que celles actuellement disponibles dans le monde. Par exemple, pour capter 10 milliards de tonnes de CO ₂ par an (GtCO ₂ / an), il faudrait de la biomasse provenant de 40 pour cent des terres agricoles actuelles du monde.

Gérer les sources d'énergie intermittentes

Dans une installation hydroélectrique à accumulation par pompage , l'eau est pompée en amont, la production d'électricité dépasse la demande. L'eau est ensuite libérée pour produire de l' hydroélectricité .

Le solaire et l'éolien sont des sources d'énergie renouvelable variable (ERV) qui fournissent de l'électricité de manière intermittente en fonction de la météo et de l'heure de la journée. L'intermittence globale peut être réduite en combinant ces sources, et dans certains endroits, les batteries peuvent également être combinées pour éliminer complètement l'intermittence, de sorte que l'ensemble de l'installation produit de l'énergie distribuable.

La plupart des réseaux électriques ont été construits pour des sources d'énergie non intermittentes telles que les centrales électriques au charbon. La moitié de l'électricité mondiale devra être éolienne et solaire d'ici 2030, pour limiter la hausse mondiale de la température à bien en dessous de 2 ° C d'ici 2050. À mesure que de plus grandes quantités d'énergie solaire et éolienne sont intégrées au réseau, il devient nécessaire d'apporter des changements au système dans son ensemble afin de garantir l'adéquation de l'offre d'électricité à la demande. Ces changements peuvent inclure les éléments suivants:

Utilisation de l'hydroélectricité, des centrales au gaz naturel ou des centrales nucléaires pour produire de l'énergie de secours
Utiliser le stockage d'énergie du réseau pour stocker l'excès d'énergie solaire et éolienne et la libérer au besoin. La méthode de stockage la plus couramment utilisée est l'hydroélectricité à accumulation par pompage , qui n'est faisable que dans des endroits proches d'une grande colline ou d'une mine souterraine profonde. Les batteries sont largement déployées. D'autres technologies de stockage telles que le power-to-gas ont été utilisées dans des situations limitées.
Échange d'électricité avec d'autres sites dans un réseau régional ou via des lignes de transport longue distance
Réduire la demande d'électricité à certains moments grâce à la gestion de la demande énergétique et à l'utilisation de réseaux intelligents .
Le marché de l'énergie , ou plus précisément le marché de l'électricité , évolue pour que la flexibilité de l'approvisionnement soit mieux payée

À partir de 2019, le coût et la logistique du stockage de l'énergie pour les grands centres de population constituent un défi de taille, bien que le coût des systèmes de batteries ait considérablement chuté. Par exemple, une étude de 2019 a révélé que pour que l'énergie solaire et éolienne remplace toute la production de combustibles fossiles pendant une semaine de froid extrême dans l'est et le Midwest des États-Unis, la capacité de stockage d'énergie devrait passer des 11 GW en place à ce moment-là à entre 230 GW et 280 GW, selon la quantité d'énergie nucléaire retirée.

Le stockage par pompage ainsi que la charge suivant les centrales au charbon, au gaz fossile et au nucléaire sont les techniques les plus répandues pour équilibrer les sources d'énergie intermittentes à partir de 2020.

Stockage d'Energie

Certaines technologies offrent un stockage d'énergie à court terme, tandis que d'autres peuvent durer beaucoup plus longtemps. Le stockage d'énergie en vrac est actuellement dominé par les barrages hydroélectriques, tant conventionnels que pompés. Le stockage d'énergie sur réseau est un ensemble de méthodes utilisées pour le stockage d'énergie à grande échelle au sein d'un réseau électrique.

Des exemples courants de stockage d'énergie sont la batterie rechargeable , qui stocke l'électricité sous forme d'énergie chimique facilement reconvertible en électricité pour retourner au réseau, le barrage hydroélectrique , qui stocke l'énergie dans un réservoir sous forme d'énergie potentielle gravitationnelle , et les réservoirs de stockage de glace , qui stockent la glace gelée. par une énergie moins chère la nuit pour répondre à la demande de pointe de refroidissement de jour.

Chaleur durable

Les rôles relatifs de la chaleur résiduelle, du solaire thermique, de la géothermie, de l'électrification, de la biomasse et de l'hydrogène dans la production de chaleur durable sont débattus.

Hydrogène

L'hydrogène est un carburant à zéro émission qui peut être produit en utilisant l' électrolyse pour diviser les molécules d'eau en hydrogène et oxygène. L'hydrogène peut jouer un rôle pour stocker l'énergie dans un système énergétique durable si l'électricité utilisée pour le produire est produite à partir de sources durables, telles que le vent ou le solaire. L'hydrogène peut être produit lorsqu'il y a un surplus d'électricité renouvelable intermittente, puis stocké et utilisé pour produire de la chaleur ou pour régénérer de l'électricité. L'hydrogène peut être distribué par bateau ou par pipelines. Jusqu'à 20% peuvent être mélangés dans des gazoducs sans changer de pipelines ou d'appareils, mais comme l'hydrogène est moins dense en énergie, cela ne permettrait d'économiser que 7% des émissions. À partir de 2020, des essais sont en cours sur la façon de convertir un réseau de gaz naturel à 100% d'hydrogène, afin de réduire ou d'éliminer les émissions du chauffage au gaz naturel résidentiel et industriel. Il peut être utilisé pour alimenter des véhicules équipés de piles à hydrogène . Comme il a une faible teneur en énergie / volume, il est plus facile à utiliser dans les navires à hydrogène ou les véhicules routiers lourds que dans les voitures et les avions.

En 2018, très peu de l'approvisionnement mondial en hydrogène est créé à partir de sources durables. Presque tout l'hydrogène est créé par le reformage du méthane à la vapeur (SMR), qui entraîne des émissions de gaz à effet de serre élevées, mais qui est actuellement moins cher que la création d'hydrogène par électrolyse. Bien qu'une partie du carbone des SMR puisse être capturée, le processus peut être rendu plus durable en utilisant le reformage autothermique avec des technologies de captage et de stockage du carbone pour éliminer la majeure partie du dioxyde de carbone émis.

Changement de combustible du charbon ou du bois au gaz naturel ou au GPL

En moyenne pour une unité d'énergie produite donnée, les émissions de gaz à effet de serre du gaz naturel représentent environ la moitié des émissions du charbon lorsqu'il est utilisé pour produire de l'électricité, et environ les deux tiers des émissions du charbon lorsqu'il est utilisé pour produire de la chaleur: cependant, réduire les fuites de méthane est impératif. Le gaz naturel produit également beaucoup moins de pollution atmosphérique que le charbon. La construction de centrales électriques au gaz et de gazoducs est donc encouragée comme un moyen d'éliminer la pollution par le charbon et le bois (et d'augmenter l'approvisionnement énergétique dans certains pays africains dont la population ou les économies croissent rapidement), mais cette pratique est controversée. Les opposants soutiennent que le développement des infrastructures de gaz naturel créera des décennies de blocage du carbone et d'actifs bloqués , et que les énergies renouvelables génèrent beaucoup moins d'émissions à des coûts comparables. Les émissions de gaz à effet de serre du cycle de vie du gaz naturel sont environ 40 fois supérieures aux émissions de l'énergie éolienne et nucléaire.

Électrification

L'électrification est un élément clé de l'utilisation durable de l'énergie, car de nombreuses technologies d'énergie durable traditionnelles sont basées sur l'électricité. On estime qu'en 2018, 860 millions de personnes n'ont pas d'électricité, dont 600 millions en Afrique subsaharienne . Selon un rapport de 2019 de l'AIE, en Afrique subsaharienne, "les efforts actuels et prévus pour fournir un accès à des services énergétiques modernes dépassent à peine la croissance démographique" et laisseraient encore plus d'un demi-milliard de personnes sans électricité et plus d'un milliard sans cuisson propre par 2030. Mais selon le rapport, cela peut être considérablement amélioré, en partie en accélérant l'électrification.

Politiques énergétiques gouvernementales

En comparant les tendances de la consommation mondiale d'énergie, la croissance des énergies renouvelables jusqu'en 2015 est illustrée par la ligne verte

Selon le GIEC, une tarification explicite du carbone et des politiques complémentaires spécifiques à l'énergie sont des mécanismes nécessaires pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 ° C.

Les programmes et réglementations spécifiques à l'énergie ont toujours été le pilier des efforts de réduction des émissions de combustibles fossiles. Parmi les exemples de réussite, citons la construction de réacteurs nucléaires en France dans les années 1970 et 1980, et les normes d'efficacité du combustible aux États-Unis qui ont conservé des milliards de barils de pétrole. D'autres exemples de politiques spécifiques à l'énergie comprennent les exigences d'efficacité énergétique dans les codes du bâtiment, l'interdiction de nouvelles centrales électriques au charbon, les normes de performance pour les appareils électriques et le soutien à l' utilisation des véhicules électriques . Néanmoins, les subventions aux combustibles fossiles restent un obstacle majeur à la transition vers un système d'énergie propre.

Les taxes sur le carbone sont un moyen efficace d'encourager le mouvement vers une économie à faible émission de carbone , tout en fournissant une source de revenus qui peut être utilisée pour réduire d'autres taxes ou pour aider les ménages à faible revenu à payer des coûts énergétiques plus élevés. Les taxes sur le carbone ont rencontré un fort recul politique dans certaines juridictions, tandis que les politiques spécifiques à l'énergie ont tendance à être politiquement plus sûres. Selon l'OCDE, le changement climatique ne peut pas être freiné sans une taxe carbone sur l'énergie, mais 70% des émissions de CO2 liées à l'énergie n'étaient pas du tout taxées en 2018. Certaines études estiment que combiner une taxe carbone avec des politiques spécifiques à l'énergie serait plus coûteux. efficace qu’une seule taxe carbone.

Voir également

Les références

Bibliographie

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