Kalifornian energiatulevaisuus 2050
“The View to 2050 – California’s Energy Future” -tutkimusraportin mukaan Kalifornian päästövähennystavoitteet ovat saavutettavissa ja tarvittavat toimenpiteet toteutettavissa olemassa olevilla teknologiaratkaisuilla, yhdistettynä uuteen tutkimukseen, kehitykseen ja innovaatioihin.
Kaikki maat ja maa-alueet ovat ainutlaatuisia yksikköjä, joille tarvitaan omat ratkaisumallit ilmastonmuutoksen pysäyttämiseksi – energiavalinnoista toimiviin lainsäädäntöihin ja ihmisten käyttäytymistapoihin vaikuttamiseen. The California Council on Science and Technology (CCST) tuottitoukokuussa 2011 raportin California’s Energy Future – The View to 2050. Raportti tehtiintukemaan Kalifornian osavaltiotason sekä paikallisten virkamiesten päätöksentekoa osavaltion kunnianhimoisten kasvihuonekaasujen päästövähennystavoitteiden saavuttamiseksi.
The View to 2050 pitää sisällään realistisia strategioita tavoitteiden saavuttamiseksi ja analyysejä potentiaalisistaenergiatehokkuuden parannuskeinoista, liikenteen sähköistämisestä, matalahiilisen sähkön tuotannosta ja käytetyistä matalahiilipitoisista polttoaineista. Maailmanlaajuisesti tunnettu ja arvostettu professori Jeffrey D. Sachs Columbian yliopistosta on pitänyt sitä parhaana tähän saakka julkaistuna aluekohtaisena ratkaisumallina.
Nykyteknologialla pääsisi jo pitkälle
Tutkimuksessa vertaillaan useita eri ratkaisumalleja: uusiutuvien energiamuotojen käytön lisääminen, CCS (carbon capture and sequestration) fossiilisia polttoaineita käytettäessä, energiatehokkuuden parantaminen, liikenteen uusiutuvat polttoaineet sekä sähköistäminen kaikkialla, missä se on mahdollista. Vertailtaessa näiden vaihtoehtojen realistisia mahdollisuuksia tarkasteltiin vain teknologioita, jotka ovat jo kaupallisia sovelluksia, käytössä tai lähellä läpilyöntiä. Tutkimuksessa huomattiin, että yhdellä ratkaisumallilla ei pystytä saavuttamaan tarvittuja päästövähennyksiä, vaan tulokset saavutetaan näiden yhdistelmällä.
Tutkimuksessa todettiin, että Kalifornian on mahdollista saavuttaa 60 prosentin päästövähennykset 1990-luvun tasosta vuoteen 2050 mennessä olemassa olevalla teknologialla. Tämä voidaan aikaansaada neljällä keskeisellä strategialla, jotka edellyttävät suuria, mutta toteutettavissa olevia toimenpiteitä:
1) Määrätietoiset energiatehokkuuden parantamistoimenpiteet rakennuksissa, teollisuuslaitoksissa sekä tavarakuljetuksissa.
2) Määrätietoinen sähköistäminen, jotta vältetään fossiilisten polttoaineiden käyttö kaikkialla, missä se on teknisesti mahdollista.
3) Sähkön primäärienergialähteen täydellinen dekarbonisointi, sähköntuotannon lähes
tuplaaminen kasvavaa kysyntää vastaamaan sekä nollapäästöpolttoaineen kehittäminen, jolla pystytään tasaamaan sähköverkoston kuormitusvaihtelut.
4) Polttoaineen dekarbonisointi osa-alueilla, missä sähköistämistä ei ole mahdollista toteuttaa.
Ydinvoiman rooli
Yritettäessä muuttaa sähköntuotanto sataprosenttisesti uusiutuvista energialähteistä saatavaksi tulevat ongelmaksi sähköverkoston kuormitusvaihtelut ja niiden tasoittamiseen tarvittava polttoaine. Käytettävän polttoaineen tuottamat päästöt pystyttäisiin välttämään yhdistelmällä kehittyneet energiavarastointijärjestelmät sekä hiilidioksidin talteenotto (CCS). Vaihtoehtoisesti tarve polttoaineelle vähenisi huomattavasti, jos sähköntuotanto tulisi 67 % ydinvoimasta ja 33 % uusiutuvista energianlähteistä, mikä kuitenkin vaatisi useiden kymmenien ydinvoimaloiden rakentamista. Lisäksi ongelmaksi muodostuisi ydinjäte: Kalifornian laki rajoittaa uusien ydinvoimaloiden rakentamisen ennen kuin liittohallitus on hyväksynyt määritetyn geologisen loppusijoituspaikan ja varman menetelmän sijoittamiseksi. Japanin tapahtumien jälkeen myöskään yleinen ilmapiiri lisäydinvoiman rakentamiselle ei ole kovin suotuisa. Halukkuutta ei lisää myöskään se, että Etelä-Kaliforniassa sijaitseva ydinvoimala on ajettu alas, koska sen laitteistossa on huomattu epätavanomaista kulumista.
Valmistettaessa sähkö 67 % fossiilisilla polttoaineilla ja yhdistettäessä prosessiin CCS vältettäisiin ydinvoimaloiden ongelmat, mutta jouduttaisiin rakentamaan uutta infrastruktuuria CO2-putkille. Yksinkertaistettuna osavaltion tulee vähintään joko muuttaa lainsäädäntöä liittyen ydinjätteeseen tai ratkaista sähköverkon kuormitusongelmat uusiutuvilla energialähteillä, ilman päästöjä.
Raportissa oli ydinjätteen loppusijoittamiseen liittyen erityismaininta Suomesta ja Ruotsista. Yhdysvalloissa ydinjätteen hävittämiseen ei ole vielä löydetty toimivaa ratkaisua, mutta sen mainitaan olevan teknisesti mahdollista, kuten mainituissa Pohjoismaissa on tehty.
Biomassan mahdollisuudet
Sähköistämisestä ja tehokkuuden parantamisesta huolimatta polttoainetta tullaan tarvitsemaan raskaskuljetuskalustolle ja korkealaatuiseen lämmöntuotantoon, mikä vastaa vuonna 2050 lähes 70 % tämänhetkisestä kulutuksesta. Biopolttoaineiden käyttö öljyn korvaajana on lupaavaa, mutta tarvittava biomassan määrä 2050 on kolminkertainen verrattuna kaikkein optimistisimpiinkin saatavuus- ja tuotantoarvioihin. Lähes kaikki jäljelle jäävät päästöt 60 % vähennyksen jälkeen ovat peräisin fossiilisista polttoaineista, eli pääseminen 80 % päästövähennyksiin vaatisi käytettyjen polttoaineiden dekarborisointia. Skenaario kokonaan biopolttoaineiden käyttöön siirtymisestä ei ole täysin mahdoton, sillä osavaltiossa on paljon käyttämättömiä potentiaalisia bioenergiamateriaalilähteitä (yhdyskuntajäte, maatalouden ja metsätalouden jätteet sekä maa-alueet, jotka eivät tällä hetkellä ole viljelysmaata), jotka olisivat pitkällä aikavälillä kestävää kehitystä tukevia. Biomassan runsaan tuotannon lisäämisen ongelmana nykyisillä teknologioilla on kuitenkin epävarmuus liittyen maankäyttöön sekä sen vaikutukset maa- ja metsätalouteen.
Biopolttoaineiden vaihtoehtona olisi käyttää metaanista tuotettua vetyä yhdistettynä CCS- teknologiaan. Toinen teoreettisesti toimiva teknologia on biomassan poltto sähkönvalmistukseen, yhdistettynä CCS-teknologiaan. Tällä menetelmällä voidaan ajatella muodostuvan negatiivisia päästöjä. Yhdistettäessä nämä teknologiat biopolttoaineiden käyttöön kuormitusvaihtelun tasapainottamiseksi saavutettaisiin halutut 80 % päästövähennykset. Tässä onnistuminen vaatii kuitenkin teknologioiden merkittävää kehittymistä, lisätutkimusta sekä niitä tukevan lainsäädännön kehittämistä.
Suositukset päästövähennysten saavuttamiseksi
Suositus 1: Yli 20 % vähennysten saavuttaminen kasvihuonekaasupäästöjen nykytasosta
Olemassa olevia, AB32-säädöksen mukaisia lakeja ja säädöksiä tiukennetaan kiihdyttämään kehittyneiden ja kustannustehokkaiden matalahiiliteknologioiden innovaatioita ja kaupallistamista.
Uutena lainsäädäntönä tarvittaisiin hiilikaupan sekä tehokkuus- ja tuotantostandardien jatkuvaa tiukentamista ja niiden yhteen sovittelua tukemaan toisiaan. Esimerkiksi:
1) Huolehditaan, että asiakkaille suunnatut tuotteiden hintasignaalit ja voimakkaat energiantuotantonormit ovat linjassa; esimerkiksi ympäristöystävällisemmän auton ostajan verohelpotukset sekä korkea hinta fossiilisille polttoaineille ja niillä tuotetulle sähkölle.
2) Huolehditaan, että infrastruktuuri on riittävä tukemaan nopeaa sähköistymistä; esimerkiksi sähköautojen lataamismahdollisuudet, lämmönjakelumuuntajat.
3) Tarkkaillaan jatkuvasti matalahiilipitoisten biopolttoaineiden standardeja, jottei niillä ole liikaa negatiivisia vaikutuksia vesistöihin, maaperään, ruokaan ja biodiversiteettiin eikä myöskään sosiaalisia vaikutuksia.
Suositus 2: 60 % päästövähennysten saavuttaminen 1990-luvun tasosta
Olemassa olevan lainsäädännön uudistaminen.
1) Pidetään huolta siitä, että olemassa olevat rakennukset on joko korjattu tai uusittu. Tämä vaatii energiatehokkuusstandardien nopeaa käyttöönottoa rakennuksille, laitteille sekä ajoneuvoille. Rakennusten kokonaisenergiankulutuksessa tulee tapahtua yli 40 % vähennys vuoteen 2050 mennessä.
2) Otetaan pikaisesti käyttöön kattava sähköistäminen liikenteessä ja lämmitysratkaisuissa kaikkialla, missä se on teknisesti toteutettavissa. Bussien sekä rautatieliikenteen täysimittainen sähköistäminen sekä 70 % sähköistäminen rakennusten lämmityksessä ja ruoanlaittoon käytettävästä energiassa.
3) Pidetään huolta siitä, että uutta puhdasta sähköä kehitetään vuositasolla noin 1.3 GW peruskuorma (baseload) tai 4.0 GW epäsäännöllinen (intermittent) kuorma, jotta saavutetaan kapasiteetin kaksinkertaistuminen matalahiilidioksidipitoisella sähköntuotannolla vastaamaan kysyntää vuonna 2050.
4) Päätetään, miten voidaan tuottaa dekarbonisoitu peruskuorma sähköä sekä erityisesti se, sisältyykö sähköntuotantoportfolioon ydinenergiaa vai ei. 67 % (44 GW) tuottaminen ydinenergialla vaatisi noin 30 uuden laitoksen rakentamista sekä jätteenkäsittely- ja sijoitusmenetelmän. Tämän tuotantomäärän saavuttamiseksi uusiutuvilla energianlähteillä osavaltion täytyisi rakentaa noin 110 GW kapasiteetti huolehtimaan saanninvaihtelusta.
5) Kehitetään strategioita matalahiilipitoisten polttoaineiden takaamiseksi biopolttoaineilla sekä hiilineutraaleja vaihtoehtoja biopolttoaineiden käytölle. Huolehditaan standardeilla, etteivät biopolttoaineiden käytön ja tuotannon negatiiviset vaikutukset, esimerkiksi maaperän käytössä ja vedenkulutuksessa, kumoa positiivisia.
6) Kehitetään CCS-teknologioita erityisesti matalahiilipitoisen polttoaineentuotannon ja käytön yhteyteen, kuten vedyntuotantoon metaanista ja biomassan polttamiseen sähköntuotantoa varten. Lisäksi kehitetään lainsäädäntöä päästöoikeuksien ansaitsemisesta näitä yhdistelmäteknologioita käytettäessä.
7) Kehitetään suunnitelma siitä, miten voidaan vastata päästövapaasti sähköverkon kuormitusvaihtoehtoihin yhdistelemällä eri teknologioita: energian varastointi, älykäs sähköverkko, biosähkö, kuormituksen mukaan säädettävä tuotanto fossiilisista yhdistettynä CCS:ään, vedyn käyttö, jne.
Suositus 3: Tarkkaillaan implementointinopeutta – todellinen verrattuna tarvittuun
Seurataan energiatehokkuuden, sähköistämisen, puhtaan sähköntuotannon ja dekarbonisoidun polttoaineen tuotannon todellista käyttöönottonopeutta vuosittaisella raportoinnilla. Tämä pitää sisällään listauksen toimenpiteistä, jotka vaaditaan tavoitteiden saavuttamiseksi.
Suositus 4: Tuetaan innovaatioiden kehittämistä, jotta saavutetaan tarvittava 80 %päästövähennys
Kalifornian osavaltion yhteistyössä Yhdysvaltojen liittohallituksen ja teollisuuden kanssa tulee edistää, tukea ja kannustaa energiaratkaisujen innovoinnin ekosysteemiä yliopistoissa, kansallisissa laboratorioissa, pienyrityksissä, innovaatiokeskittymissä, paikallisissa klustereissa ja niin edelleen.
Suositus 5: Rakennetaan analyysityökalu ennustamaan tulevaisuuden näkymiä
Työkalun tulisi kattaa koko energiasysteemi strategista suunnittelua varten ja arvioida, miten parhaiten tulisi hallinnoida ja suunnata päätökset sekä sijoitukset tulevaisuutta ajatellen.
Analyysityökalujen ja -menetelmien pitäisi huomioida kaikki energialähteet ja -siirtämismekanismit sekä loppukäyttöön liittyvät vaatimukset ja eri vaiheissa syntyvät päästöt. Tällä hetkellä vallalla olevat käsitykset tulevat todennäköisesti muuttumaan vuosien aikana olosuhteiden muuttuessa ja uusien teknologioiden tullessa realistisemmiksi. Työkalun avulla voidaan analysoida näiden muutosten tuomia mahdollisuuksia.
Suositus 6: Ylläpidetään pitkän tähtäimen suunnitelmia
Kuvernöörin tulee ohjata keskeisiä toimielimiä (California Energy Commission CEC, CaliforniaAir Resources Board CARB, California Public Utilities Commission CPUC jne.) tutkimaan yhdessä erilaisia etenemisvaihtoehtoja halutun energiajärjestelmärakenteen määrittämiseksi. Tulevaisuuteen liittyvän suuren epävarmuuskertoimen takia on tärkeää olla sulkematta pois eri ratkaisuvaihtoehtoja, mahdollisimman suuri määrä optioita tulee pitää avoinna. Jotkut innovaatiot voivat tulla toteuttamiskelpoisiksi ja mahdollisiksi kymmenien vuosien kuluttua, kun teknologiaratkaisut toisaalla kehittyvät.
Ilmastonmuutokseen varautuminen
Hallituksen aikaisemmin teettämässä 2009 California Climate Adaptation Strategyssa käsitellään sitä, minkälaisiin korjausliikkeisiin Kaliforniassa tulee ilmastonmuutoksen takia varautua ja millä keinoin osavaltion haavoittuvuutta tässä suhteessa voidaan vähentää. Ellei osavaltio valmistaudu tai pyri minimoimaan ilmastonmuutoksen vaikutuksia, suorien kustannusten oletetaan olevan vuosittain kymmeniä miljardeja dollareita, ja epäsuorasti ilmastonmuutos vaarantaa biljoonien dollareiden arvosta omaisuutta jo pelkästään rannikkokiinteistöjen ja tonttien muodossa.
The California Natural Resources Agency (CNRA) on vetänyt strategiatyöryhmää tuleviin muutoksiin valmistautumiseksi, vaikutusten vähentämiseksi ja niihin sopeutumiseksi. Työryhmän mukaan Kalifornian päätöksentekijöiden tulisi tehdä lakeja luodun strategian tukemiseksi, jotta se kulkisi käsi kädessä kasvihuonekaasupäästöjen vähennystoimenpiteiden kanssa.
Työryhmän keskeisimmät suositukset osavaltion ilmastonmuutokseen sopeutumistoimenpiteiksi ovat:
1) Nimitetään Climate Adaptation Advisory Panel (CAAP) arvioimaan ilmastonmuutoksen aiheuttamia suurimpia riskejä Kalifornialle ja rakentamaan strategia niiden minimoimiseksi.
2) Kalifornian tulee kehittää vesihuoltoaan vastaamaan kasvavaa vedentarvetta. Uuden vesilainsäädännön mukaan osavaltion virastojen tulee ottaa käyttöön strategiat, joilla vähennetään asukaskohtaista vedenkulutusta 20 % vuoteen 2020 mennessä.
3) Arvioidaan uudelleen rakennusprojekteja alueilla, jotka ovat vaarassa joutua ilmastonmuutoksen aiheuttamien tulvien, tulipalojen sekä eroosion kohteiksi.
4) Osavaltion paikallisvirastojen, jotka ovat tekemisissä kansanterveyden, infrastruktuurin tai asuinympäristöjen kanssa, tulee valmistella sopeutumissuunnitelmat sekä -ohjeet asukkaille.
5) Kaikki merkittävät osavaltion projektit tulee arvioida uudelleen siten, että niissä huomioidaan mahdollinen alttius ilmastonmuutokselle.
6) The California Emergency Management Agency (Cal EMA) arvioi osavaltion haavoittuvuutta, määrittää vaikutukset julkiseen ja yksityiseen omaisuuteen ja levittää tietoisuutta sopeutumis- ja lieventämistoimenpiteistä. Alueelliset liikennevirastot selvittävät tie- ja raideverkostojen heikkoudet sekä tiedottavat niistä käyttäjiä.
7) Osavaltion tulee kehittää suunnitelma ilmastonmuutoksen vaikutuksille alttiiden eläin- ja kasvilajien elinolojen takaamisesta esimerkiksi suojelualueiden laajentamisella.
8) Laaditaan strategia siitä, miten voidaan välttää ilmastonmuutoksen vaikutukset terveyteen sekä uusien kansantautien kehittyminen ja sairauksien leviäminen. Kehitetään ratkaisuja kuumuuden aiheuttamien ongelmien lieventämiseen.
9) Laaditaan paikalliset, kuntien tekemät suunnitelmat sopeutumiseen.
10) Palokuntien tulee valmistautua lisääntyneeseen tulipalojen määrään ja sisältää ilmastonmuutosohjeet koulutussuunnitelmiinsa.
11) Osavaltion virastojen tulee vastata kasvavaan väestömäärään ja sen energiantarpeeseen energiansäästötoimenpiteillä sekä uusiutuvien energiamuotojen käytöllä.
12) Olemassa olevaa ilmastonmuutosdataa tulee käyttää sekä osana osavaltion kaavoittamista ja julkisen puolen suunnittelua että paikallisella tasolla päätöksentekijöiden ratkaisuissa.
Ilmastonmuutoksen vaikutukset ovat jo näkyvillä Kaliforniassa. Pelkästään viimeisen vuosisadan aikana vedenpinta on noussut lähes 18 cm, mikä on lisännyt eroosiota ja vähentänyt kasvillisuutta. Tämä on aiheuttanut lisäinvestointeja tiiviisti rakennetuille rantatonteille esimerkiksi perustusten tukemisen ja vedenjakelun turvaamisen kautta. Muutosnopeuden on arvioitu kiihtyvän kasvihuonekaasupitoisuuden lisääntyessä ilmakehässä. Keskilämpötiloissa on havaittu nousua, vuodessa on enemmän todella kuumia päiviä ja vähemmän kylmiä öitä. Tämä on aiheuttanut kasvukauden pitenemisen ja vaikuttanut veden kiertokulkuun siten, että talvella on vähemmän lumi- sekä vesisateita, mikä taas vähentää käytössä olevan valuma- ja kasteluveden määrää. Vesivarantojen vähyys tuottaa jo tällä hetkellä suuria ongelmia osavaltiossa, ja tilanne tulee hankaloitumaan entisestään ilmastonmuutoksen ja ennakoidun väestönkasvun myötä. Pitkät kuivat kaudet ja metsäpalot tulevat yleistymään.
National Research Council julkaisi äskettäin myös raportin, jonka mukaan vedenpinnan nousu on nopeampaa kuin aiemmin arvioitiin. Geologiset mittaukset osoittavat myös, että suuri osa esimerkiksi Kalifornian osavaltiosta painuu tällä hetkellä alaspäin, kun taas Washingtonin ja Oregonin osavaltioiden maanpinta nousee. Näillä geologisilla prosesseilla on huomattava merkitys. National Research Council arvioi, että vedenpinta tulee nousemaan keskimäärin 23 cm vuoteen 2030 mennessä, 43 cm vuoteen 2050 mennessä ja 1,3 m vuoteen 2100 mennessä.
California Climate Adaptation Strategy(Linkki toiselle web-sivustolle.) (avautuu uuteen ikkunaan)
Sea Level Rise for the Coast of California, Oregon and Washington(Linkki toiselle web-sivustolle.)