私たちの将来のエネルギーミックス

エネルギーシステムの予測

私たちの文明の将来のエネルギーミックスほど複雑で重要なトピックはほとんどありません。 誰に尋ねるかにもよりますが、化石燃料への依存から抜け出すことは不可能であり、そうでなければ再生可能エネルギーが猛烈な勢いで普及することになるでしょう。 もちろん現実は複雑で、エネルギーの将来を予測するのは非常に困難です。

この記事では、現在の状況を検討し、考えられるいくつかのシナリオを見ていきます。そしてさらに重要なことに、どのような経済的または技術的変化によって、あるシナリオが他のシナリオよりも起こる可能性が高くなるのかを見ていきます。

私たちはどこにある

私たちのエネルギー使用量の増加にこれまでのところパターンがあるとすれば、それは、以前のエネルギー源を置き換えるのではなく、新しいエネルギー源がエネルギーミックスに追加される傾向があるということです。

たとえば、私たちは今でも、産業革命前の 1800 年代と同じくらい、あるいはそれ以上のバイオマス (主に木材) を使用しています。 同様に、石炭の消費量もほとんどが時間の経過とともに増加するだけであり、これに石油、ガス、そして水力、原子力、再生可能エネルギーが追加されました。

出典： 私たちの世界のデータ

再生可能エネルギーによる電力生産がどれほど進歩したかを考えると、これは驚くべきことかもしれません。 これは複数の原因によるものです。

• 再生可能エネルギーの新規導入とEVへの移行で世界をリードする中国は、石炭火力発電所の建設でも世界をリードしている。
• 一次エネルギー消費のほとんどは発電には使用されません。 その代わりに、私たちのエネルギー消費のほとんどは、移動、暖房、鉄鋼生産や石油化学製品（肥料、プラスチック、医薬品、化学薬品などの生産）などの産業用途から来ています。
• 人口の増加と数十億人が極度の貧困から抜け出すことにより、エネルギー消費が増大し、利用可能な最も安価な選択肢は石炭で占められていました。 肉の消費量の増加、エアコン、車、飛行機での旅行なども同様です。
• 経済のグローバル化により、原材料、半加工部品、最終商品の複数回の往復移動など、商品の輸送がますます増加しています。
• 農業の工業化により、収量が増加し、必要な労働力が削減されますが、化石燃料と肥料の消費も増加します。

化石燃料が世界のエネルギーミックスにしっかりと根付いているため、気候変動や炭素排出を懸念している人にとっては、憂鬱な見通しになる可能性があります。 しかし、これが本当の全体像ではありません。

現在進行中の変化

2016 年にはほとんど良い理論にならなかったが、電気自動車 (EV) は現在、世界販売の中で飛躍的に成長しており、10 年には 2022 万台以上の電気自動車が販売され、これは世界販売の 14% に相当し、中国とヨーロッパがその先頭を走っています。

出典： IEA

再生可能エネルギー (水力 + 太陽光 + 風力 + 地熱) の割合も急速に増加しています。 そして、大規模な水力発電資源のおかげで、長い間このリストの上位にランクされてきた国もありますが（ノルウェー、ブラジル、カナダなど）、実際に変化が起きているのは太陽光発電と風力発電です。

出典： データの世界

国ベースで見ると、再生可能エネルギーがしばしば 2010 倍以上になった XNUMX 年に明らかな変曲点があり、通常はすべて太陽光発電と風力発電の増加によってもたらされました。 たとえば、中国とオーストラリアでは次のようになります。

出典： 私たちの世界のデータ

出典： 私たちの世界のデータ

この変化の大きな要因は、再生可能エネルギーのコストの急激な低下です。 技術革新と工業生産の拡大によって同様に推進され、再生可能エネルギーの競争力はますます高まっています。 少なくとも机上では、再生可能エネルギーは化石燃料よりも安価になっているように見えます (詳細は下記を参照)。 IRENAが示すように (国際再生可能エネルギー機関)。

出典: IRENA

課題

ここ数年で、奇妙な状況が現れ始めました。 再生可能エネルギーのコストが急速に低下していることから、化石燃料が近いうちにドードー鳥に取って代わられるだろうと多くの人が確信しています。

出典： ツイッター/X

しかし、ここ数年、いくつかのマクロ経済ショックにより、この考えに疑問が生じています。 ウクライナ戦争は大規模なインフレを引き起こし、ドイツなどの国が石炭への依存を再開するよう促した。

そして、同じインフレが、計画されている再生可能プロジェクトの収益性に深刻なダメージを与えています。 大規模な洋上風力発電プロジェクトが中止され、太陽光発電会社や風力発電会社の株価が暴落し、今は苦しい時期となっている。 何が起こったのかについて詳しくは、記事「2023 年の再生可能エネルギーの暴落"

EVの販売さえも疑問視されるようになった後、 GM、フォード、ホンダなどの大手メーカーによるEV戦略の延期または中止.

再生可能エネルギーの断続性

解決する必要がある重要な問題の XNUMX つはエネルギー貯蔵です。 風力および太陽光エネルギーの生産は天候に左右され、一時的に需要から切り離される可能性があります。 これは、「ジャストインタイム」の生産と、生産と需要の間の瞬時の完璧なバランスを必要とする電力網にとっての問題です。

考えられる代替案はたくさんありますが、これらのテクノロジーはまだ始まったばかりであるか、すぐに大規模に導入されていないかのどちらかです。 これにより、日中および/または夏にはエネルギーが過剰になり、夜間および/または冬にはエネルギーが不足します。

この問題は解決できないわけではありませんが、よく調整された政策と送電網へのさらなる投資が必要です。

そして率直に言って、再生可能エネルギーの「実質」コストにはエネルギー貯蔵のコストが含まれるべきであることも認めています。 再生可能エネルギーは、少なくとも国の電力生産の大部分を占めるようになると、まだ化石燃料よりも完全に安価になるわけではないかもしれません。

Lバッテリーのイミット

EVの普及が軌道に乗るかどうかの懸念は、同様の技術的限界によるものです。 早期採用者は、ICE (内燃機関) 車よりも初期費用が高くても、航続距離が短くても、充電時間が遅くても問題ありませんでしたが、他の購入者はそうではないかもしれません。 リチウム不足によりホワイトメタルの価格が高騰したことも懸念材料となった。

幸いなことに、中国のナトリウムイオン電池から固体電池まで、新しい電池技術が間もなく登場し、EVの価格を引き下げ、航続距離の不安や火災の危険などの正当な懸念を解消するのに役立つはずです。

切り替えが難しいエネルギー需要

そして、一部のエネルギー消費は化石燃料から切り替えるのが非常に困難です。 例えば、 長距離配送 動作するには依然として非常に高密度の液体燃料が必要です。 飛行には非常に高いエネルギー密度のエネルギー源も必要です。 電池は今のところ供給できないということです。 プラスチック生産のほとんどは石油、肥料はガス、鉄鋼はコークス炭に依存しています。

ここでもソリューションは存在しますが、やや未熟なテクノロジーであり、世界的に展開するには程遠いです。

ゲームチェンジャーテクノロジー

おそらくゲームチェンジャー

再生可能エネルギーと低炭素技術の成長を再開するのに役立つ、かなりの数のソリューションがすでに手元にあります。

原子力イノベーション

依然として議論の余地がある原子力エネルギーは低炭素技術である 再生可能エネルギー主導の未来に向けてギャップを埋めるために必要かもしれない.

小型原子炉 (SMR) も最近被害を受けた分野です。 世界的なインフレに伴うコスト上昇による悪いニュース。 しかし、いずれにせよ、原子力技術はルネサンスを迎えており、より小型の原子炉を見据えたより安全な新しい設計が行われています（SMR の三脚と マイクロリアクター）、または次のような新しい燃料さえも トリウム。 また、 中国は新たに24基の大型原子炉を建設中、合計で同じくらいの数を計画しています 150基の原子炉として。

より良い再生可能エネルギー

化石燃料と比較したコスト低下は、今後も続く傾向が続くと思われます。 これは特に太陽光発電に当てはまります。 薄膜太陽電池または第3世代太陽電池（アモルファスシリコン、有機ポリマー、またはペロブスカイト結晶）.

実用規模の電池プロジェクトも役立ち、2025 年までに現在の容量が XNUMX 倍以上に増加します。

出典： EIA

全固体電池

電池技術に取り組んでいる人なら誰でも、現在のリチウム電池のような液体電解質を必要としない固体電池がゲームチェンジャーになることを知っています。 そして多くの企業が、早ければ2026年から2029年までに独自バージョンの全固体電池を発売することについて話している。 これには、QuantumScape (QS)、CATL (300750.SZ）、トヨタ（TM）、パナソニック（6752.T)、LG (051910.KS)、およびサムスン SDI (006400.KS）。 一方、テスラ（TSLA）に取り組んでいます 全固体電池に代わる独自の代替品.

投機的なゲームチェンジャー

他のいくつかのテクノロジーはまだ成熟していませんが、さらに有望であり、2040 年から 2050 年以降、私たちがエネルギーを得る方法になる可能性があります。

核外科手術者

原子力発電所の大きな懸念は核廃棄物です。 外科手術者 （または「増殖者」）は、これらの核廃棄物を消費し、電力と核燃料に戻すことができます。 これにより、利用可能な核燃料が事実上無限になり、核廃棄物の問題も大幅に削減される可能性がある。 おまけに、このテクノロジーは実際には新しいものではなく、 1997年までフランスで使用されていたため、したがって、原子力発電をめぐる政治的困難を考慮して、それは推測にすぎません。

宇宙用太陽光発電

軌道上で太陽エネルギーを生産すれば、太陽エネルギーのあらゆる問題を一挙に解決できる。間欠性、雲、冬季の発電量低下といった問題もなくなる。宇宙インターネットが突如現実のものとなり、 スターリンク、これは思っているほど奇抜ではありません。

それは私たちの記事でさらに詳しく調査したものです。SF から空の高さまで: 軌道周回ソーラー パネルは素晴らしいアイデアですか?　

地熱の

これまでほとんど無視されてきた再生可能エネルギー源であり、ベースロード電力を 24 時間 7 日供給できるのは地熱エネルギーです。 これは、Vulkan Energy のような企業によって、ついに変わりつつあります (VUL.AX)、オーマットテクノロジーズ (ORA）、及び Eavor。 これらの企業は、やや皮肉なことに、石油産業による掘削と水圧破砕の進歩を、地球の熱源を利用するために再利用しています。 (オーマットを取材しました この記事では そしてバルカン これで).

合成燃料

再生可能エネルギー (または原子力) から生成された電力は、ガスまたは液体燃料の合成に使用される可能性があります。 これも 水素化, アンモニア, 合成ガス、 or 合成燃料。

合成燃料のもう XNUMX つの選択肢は、生物学を活用し、微細藻類を使用してバイオ燃料を生成することです (「」を参照)藻類バイオ燃料: 次のエネルギー革命?”）またはバイオ発酵装置を使用して生産する バイオガスとバイオメタン 廃棄有機物から。

これらの燃料は、飛行機、船舶、および非常に高密度の燃料または非常に高い燃焼温度 (製鉄など) を必要とするその他の用途で使用できる可能性があります。

融合

核融合エネルギーは、水素などの軽元素を融合させてエネルギーを作り出し、太陽そのものに電力を供給するプロセスを地球上で再現することを目的としています。 温度は数百万度から数億度にわたるため、これは非常に大きな技術的課題です。

また、水素は宇宙で最も豊富な原子であるため、炭素や核廃棄物を出さず、「燃料」を無制限に供給できるクリーンなエネルギーも提供することになる。

最大の核融合プロジェクトは、 国際研究コンソーシアムITER、と 多くのスタートアップ 核融合の夢も追い求めます。 ヘリオン, 一般的な融合, 連邦融合, TEAテクノロジーズ, ZAPエネルギー、NEO フュージョン (中国のEVメーカーNioが出資).

将来のエネルギーミックス

長期的には有望である可能性が高いものの、2040 年の地平線を見据えて、上記で議論した「投機的なゲームチェンジャー」を一切排除した、可能なエネルギーミックスを主に検討していきます。

EIA（エネルギー情報局）は、経済成長と低炭素技術の採用の有無に応じて複数のシナリオを発表している。

ほとんどの場合、エネルギー使用量は増加し続けると予想されており、2050年まで化石燃料が依然として世界のエネルギーの大部分を占めることになります。ただし、これは法律が変更されず、エネルギーへの投資が現在の傾向と一致した場合の予測です。

出典： EIA

いつものようにビジネス

これは、気候変動に注目している人にとっては憂鬱なシナリオです。 この研究では、石炭、ガス、石油が今後 2 年間、エネルギー システムの主要な要素であり、エネルギーの大部分を生産すると想定しています。

これは、ドイツが以前は再生可能エネルギーとエネルギー転換の擁護者として広く見なされていたにもかかわらず、最近の石炭への回帰によって示されているように、決して不可能ではありません。

ハイテクロード

もう一つの選択肢は、私たちの社会がエネルギーに関して技術的な変化を受け入れることです。 これには再生可能エネルギーだけでなく、おそらく従来型と小型型の両方を同時に含む大規模な原子力も含まれます。

これは、化石燃料による化石燃料発電が、より優れた代替手段によって価格が打ち消されるか、法律によって完全に禁止されるシナリオです。

これは、おそらく新しいバッテリー技術のおかげで、EV が急速に普及し続けるシナリオでもあります。

原子力はベースロード電力と冬季電力を生産しますが、再生可能エネルギーは液体燃料の余剰生産を管理して航空、海運、重工業を脱炭素化することができます。

低消費道路

中国だけでなく、南米、アフリカ、インド、インドネシアを含む発展途上国のエネルギー飢餓を考慮すると、これはあまり可能性の高いシナリオとは思えません。

それはどういうわけか、真の脱成長を「選択」すること、そしておそらく平均して生活水準の低下、特に旅行や国際貿易の減少を伴うことになるだろう。 農業はある程度非産業化し、産業活動は衰退し、経済全体はより地方的なものになります。

このようなシナリオは、大規模な国際緊張、戦争、世界恐慌と並行して想定される可能性が最も高く、民主主義国でも独裁国でも自発的に低生産を選択する可能性は低いと思われるため、経済活動の突然の減少を説明している。

困難を乗り越えるシナリオ

これは、すべてが一度に起こるシナリオです。 化石燃料は若干減少傾向にありますが、完全には廃止されていません。 石炭は全体的に廃止されつつあるが、石油とガスはそれほど廃止されていない。 原発に賭ける国もあれば、再生可能エネルギーに賭ける国もあり、通常通りの事業を続ける国もある。

電化と脱炭素化は起こりますが、そのペースは望ましいよりも遅いです。 このシナリオでは炭素排出量は、地球気温の過度の上昇を防ぐためにGIECが想定するネットゼロシナリオをはるかに上回る水準にとどまっている。

これは、上記の EIA シナリオとあまり変わりません。 将来的には、脱炭素化を加速し、過去の排出量の一部を逆転させるために炭素回収が導入される可能性があります。

画期的なシナリオ

エネルギー生成の画期的な進歩により、豊富なエネルギーが可能になり、ソリューションを世界中に迅速に展開できるようになります。

スペースX社と中国企業との間の新たな宇宙開発競争により、軌道上の太陽光発電インフラが大幅に衰退する可能性がある。

あるいは、2025年から2026年の打ち上げでITERが大成功するか。

あるいは、太陽電池やバッテリー技術における革新的な新しいデザイン。

このような変化は本質的に、予測したり定量化したりすることがほとんど不可能です。 しかし、彼らも完全に無視されるべきではありません。