La technologie de la climatisation est la grande opportunité manquée dans la lutte contre le changement climatique

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Alors que des vagues de chaleur record ont brûlé les Californiens le mois dernier, la pression collective de millions de climatiseurs a forcé les opérateurs de réseau de l'État à plonger des centaines de milliers de foyers dans l'obscurité.

Les pannes d'électricité continuelles n'ont offert qu'un petit indice de ce qui est susceptible de se produire en Californie et bien au-delà. La croissance démographique, la hausse des revenus, l'urbanisation croissante et la hausse des températures estivales pourraient tripler le nombre d'unités de climatisation installées dans le monde d'ici le milieu du siècle, portant le total à 6 milliards, selon le Agence internationale de l'énergie du rapport Future of Cooling.

En effet, la climatisation représente l'un des défis les plus insidieux du changement climatique, et l'un des problèmes technologiques les plus difficiles à résoudre. Plus le monde se réchauffe, plus nous aurons besoin de refroidissement, non seulement pour le confort, mais pour la santé et survie dans de grandes parties du monde.

Mais les climatiseurs eux-mêmes produisent suffisamment de chaleur pour augmenter de manière mesurable les températures urbaines, et ils libèrent également des gaz à effet de serre très puissants. De plus, ces milliards de nouvelles unités énergivores créeront l'une des plus importantes sources d'augmentation de la demande d'électricité dans le monde.

Sans améliorations majeures, la demande d'énergie liée au refroidissement triplera également, atteignant 6 200 térawattheures d'ici 2050, soit près d'un quart de la consommation totale d'électricité dans le monde aujourd'hui.

La vallée de la mort en Californie a peut-être établi les températures les plus élevées jamais enregistrées de manière fiable, au milieu des vagues de chaleur torrides le mois dernier.

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Malgré l'ampleur des défis croissants, il y a eu relativement peu de financement dans le secteur et peu d'avancées notables dans les produits sur le marché. Outre des gains d'efficacité lents, la technologie de base opère tout comme il l'a fait lors de son introduction il y a près d'un siècle.

Selon Vince Romanin, directeur général de Treau, une startup de refroidissement furtif développant un nouveau type de chaleur, le fait que l'utilisation de la climatisation par fenêtre continue d'augmenter alors que le produit ressemble et fonctionne en grande partie comme il l'a fait pendant des décennies parle de lui-même. pompe. Je pense que beaucoup de gens sont enthousiasmés par quelque chose de nouveau ici, mais il n'y a eu que des progrès progressifs.

Il y a eu des améliorations beaucoup plus importantes des coûts et des performances d'autres technologies énergétiques au cours des dernières décennies, telles que les panneaux solaires, les batteries et les véhicules électriques, grâce aux politiques publiques, aux efforts de recherche dédiés et à la demande croissante d'alternatives plus propres. Treau fait partie d'un certain nombre de startups et de groupes de recherche qui tentent actuellement de diverses manières de réaliser des avancées similaires en matière de refroidissement.

Mais même si le stock mondial d'unités de climatisation devient beaucoup plus efficace, les sauts d'utilisation prévus sont si importants que la demande mondiale d'électricité continuera de monter en flèche. Cela compliquera la tâche déjà époustouflante de nettoyer les secteurs énergétiques mondiaux. Cela signifie que les nations n'ont pas seulement besoin de réviser les infrastructures électriques existantes ; ils doivent construire des systèmes bien plus grands que ceux qui n'ont jamais existé et tout faire avec des sources sans carbone.

Des milliards de nouveaux climatiseurs

Le refroidissement perpétuel des vastes volumes d'air chaud qui remplissent les maisons, les bureaux et les usines est, et sera toujours, un énorme consommateur d'énergie.

Le problème n'est pas simplement que de plus en plus de climatiseurs nécessiteront toujours plus d'électricité pour les alimenter. C'est aussi qu'ils augmenteront particulièrement la quantité nécessaire pendant les périodes de pointe, lorsque les températures sont vraiment torréfiées et que tout le monde augmente sa climatisation en même temps. Cela signifie que nous devons sur-construire les systèmes électriques pour répondre à des niveaux de demande qui ne peuvent se produire que pendant quelques heures ou quelques jours par an.

Dans le comté de Los Angeles, la hausse des températures combinée à la croissance démographique pourrait augmenter la demande d'électricité pendant les heures de pointe estivales jusqu'à 51 % d'ici 2060 dans un scénario à fortes émissions, selon un Etude Energie Appliquée 2019 par des chercheurs de l'Arizona State et de l'Université de Californie à Los Angeles.

Cela représente environ 6,5 gigawatts supplémentaires que les opérateurs de réseau devraient pouvoir mettre en ligne immédiatement, ou la production instantanée de près de 20 millions de panneaux solaires de 300 watts par une journée ensoleillée.

Et ce n'est que pour l'un des 58 comtés de Californie. Le monde verra des augmentations beaucoup plus importantes de la demande de courant alternatif dans les pays où la classe moyenne se développe rapidement et où les vagues de chaleur deviendront plus fréquentes et plus graves. Notamment, l'AIE prévoit que l'Inde installera 1,1 milliard d'unités supplémentaires d'ici 2050, faisant passer la part du courant alternatif dans la demande d'électricité de pointe du pays de 10 % à 45 %.

Nettoyer la grille

La solution la plus cruciale doit se produire en dehors de l'industrie du courant alternatif. La transition du réseau électrique dans son ensemble vers une plus grande utilisation de sources d'énergie propres, telles que l'énergie solaire et éolienne, réduira régulièrement les émissions indirectes de gaz à effet de serre provenant de l'énergie utilisée pour alimenter les unités de climatisation.

En outre, le développement de réseaux de plus en plus intelligents pourrait aider les systèmes électriques à faire face aux pics de demande de courant alternatif. Cela implique l'ajout de capteurs, de systèmes de contrôle et de logiciels qui peuvent automatiquement réduire l'utilisation lorsque les températures extérieures baissent, lorsque les gens quittent les espaces pendant de longues périodes ou lorsque la demande commence à se heurter à la production disponible.

Le monde peut également réduire les émissions directes du courant alternatif en passant à des réfrigérants alternatifs, les composés critiques des dispositifs de refroidissement qui absorbent la chaleur de l'air. Les fabricants se sont largement appuyés sur les hydrofluorocarbures, qui sont des gaz à effet de serre très puissants qui peuvent s'échapper pendant la fabrication et la réparation ou à la fin de la vie d'une unité. Mais en vertu d'un amendement de 2016 au Protocole de Montréal , les entreprises et les pays doivent de plus en plus se tourner vers des options à moindre impact sur le réchauffement, comme une classe de composés prometteurs connus sous le nom de HFO, certains hydrocarbures comme le propane et même le dioxyde de carbone (qui a au moins moins d'effet de réchauffement que les réfrigérants existants).

Les réfrigérants alternatifs pourraient réduire les émissions de l'équivalent d'environ 50 milliards de tonnes de dioxyde de carbone au cours des prochaines décennies, selon l'estimation haute d'une analyse Project Drawdown . (Le monde a émis près de 37 milliards de tonnes au total l'année dernière, selon le Global Carbon Project .)

Il existe également des moyens évidents d'alléger les charges électriques nécessaires au refroidissement des bâtiments, notamment en ajoutant de l'isolant, en colmatant les fuites d'air, en installant des couvre-fenêtres ou des films et en appliquant des couleurs ou des matériaux réfléchissants sur les toits. La création de tels toits frais dans 80% des bâtiments commerciaux du pays pourrait réduire la consommation d'énergie annuelle de plus de 10 térawattheures et économiser plus de 700 millions de dollars, selon une étude antérieure du Lawrence Berkeley National Lab .

Éviter le 'coup de froid'

Mais en fin de compte, le nombre croissant d'unités de climatisation fonctionnant dans les maisons et les bâtiments du monde entier doit devenir beaucoup plus économe en énergie pour éviter ce que l'on appelle la prochaine crise de froid.

L'un des outils les plus puissants pour apporter ces améliorations est la politique publique. L'AIE note que la meilleure technologie disponible est plus de deux fois plus efficace que la moyenne de ce qui est réellement utilisé dans le monde, et trois fois meilleure que les produits les moins efficaces du marché.

Le problème est que la plupart des gens et des entreprises ne vont pas payer beaucoup plus pour des systèmes plus efficaces juste pour aider à atteindre les objectifs climatiques mondiaux, en particulier dans les régions pauvres du monde. Mais avec des mandats, des incitations ou des subventions, les nations peuvent aider à garantir qu'un plus grand nombre d'unités produites et vendues sont des modèles à plus haut rendement.

L'augmentation prévue de la consommation d'énergie liée au refroidissement diminue de 45 % d'ici le milieu du siècle dans le cadre du scénario de l'AIE qui inclut de telles politiques (et ne suppose aucune avancée technologique).

Même dans ce cas, cependant, la demande d'énergie CA augmenterait encore d'environ 70 % d'ici le milieu du siècle. Cela bat le triple. Mais la réalisation de gains supplémentaires significatifs pourrait nécessiter des changements plus radicaux.

Changement radical

Un certain nombre de startups tentent de pousser les choses plus loin.

Transaera, cofondée par le professeur d'énergie du MIT Mircea Dincă, tente d'améliorer considérablement l'efficacité en s'attaquant à l'humidité de l'air dans le cadre d'une étape distincte.

En plus de refroidir l'air ambiant, les climatiseurs conventionnels doivent consacrer d'énormes quantités d'énergie au traitement de cette vapeur d'eau, qui retient une chaleur considérable et la rend beaucoup plus inconfortable. Cela nécessite de baisser la température bien au-delà de ce que le cadran lit, afin de convertir la vapeur en liquide et de l'éliminer de l'air.

C'est tout simplement incroyablement inefficace », déclare Dincă. 'C'est beaucoup d'énergie, et c'est inutile,

L'approche de Transaera repose sur une classe de matériaux hautement poreux connus sous le nom de cadres métallo-organiques qui peuvent être personnalisés pour capturer et adhérer à des composés spécifiques, y compris l'eau. L'entreprise a développé un accessoire pour les systèmes de climatisation qui utilise ces matériaux pour réduire l'humidité de l'air avant qu'il n'entre dans une unité standard. Il estime que cela peut améliorer l'efficacité énergétique globale de plus de 25 %.

Transaera est finaliste du Prix ​​​​mondial du refroidissement de 3 millions de dollars , un concours conçu pour accélérer les progrès de la climatisation afin de réduire les impacts climatiques. La société teste actuellement des prototypes en Inde en partenariat avec une division du géant chinois de l'électroménager Haier .

Pendant ce temps, SkyCool Systems de Mountain View, en Californie, a développé des miroirs essentiellement de haute technologie qui peut projeter de la chaleur dans les étendues froides de l'espace , profitant d'un phénomène naturel connu sous le nom de refroidissement radiatif.

Les matériaux sont conçus pour émettre un rayonnement dans une bande étroite du spectre lumineux qui peut glisser au-delà des molécules d'eau et d'autres composés atmosphériques qui, autrement, renvoient de la chaleur vers la planète.

Placés sur les toits, les matériaux peuvent remplacer ou augmenter les systèmes de refroidissement traditionnels des bâtiments. L'entreprise estime que la technologie peut réduire l'énergie utilisée pour refroidir les structures de 10 à 70 %, selon la configuration et le climat. SkyCool est en train d'installer les matériaux sur son quatrième site commercial.

D'autres startups explorent des idées comme pompes à chaleur géothermiques , technologie à semi-conducteurs qui évite le recours aux gaz réfrigérants , et nouveaux rebondissements sur le refroidissement par évaporation , qui habituellement repose sur des tampons imbibés d'eau pour réduire les températures de l'air.

La bonne nouvelle est que des fonds commencent à être investis dans le chauffage, la ventilation et la climatisation. La société de recherche CB Insights n'a suivi que huit transactions de financement d'une valeur de près de 40 millions de dollars en 2015, mais 35 totalisant environ 350 millions de dollars l'année dernière. (Cela comprend les prêts, les investissements en capital-risque et les acquisitions.) Et il y a déjà eu 39 transactions d'une valeur d'environ 200 millions de dollars cette année.

Mais la mauvaise nouvelle est que l'augmentation du niveau de financement est minime par rapport aux dizaines de milliards versés dans d'autres secteurs de l'énergie et de la technologie - et minuscule par rapport à l'ampleur des problèmes à venir.

Cette histoire a été mise à jour pour ajouter des informations actuelles sur SkyCool Systems et corriger la ville dans laquelle il est maintenant basé.

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