نوآوری در تکنولوژی انرژی به سرعت در حال گسترش است. پنج تکنولوژی که ممکن است شما در مورد آن اطلاعی نداشده باشید، می‌توانند چشم‌انداز انرژی را تا سال 2020 تغییر دهند. پیشرفت‌های اخیر در استخراج گاز طبیعی، سرعتی را نشان می‌دهد که به واسطه آن تکنولوژی‌های مهم و تاثیرگذار می‌توانند چشم انداز منابع طبیعی را دگرگون کنند.

پنج تکنولوژی تاثیرگذار در آینده انرژی


سایر تکنولوژی‌ها مثل وسایل نقلیه الکترونیک، موتورهای درون سوز، سلول‌های فتوولتائیک خورشیدی و روشناییLED از همگرایی نرم‌افزار، وسایل الکترونیک و فرآیندهای صنعتی سنتی بهره می‌برند. هریک از این تکنولوژی‌ها پتانسیل رشدی تا ده برابر را در دهه بعد دارند.
با این حال، قرار دادن تکنولوژی‌های در حال تکامل در منحنی هزینه منابع، کار دشواری است. تاثیرشان می‌تواند خیلی بزرگ یا خیلی کوچک باشد. این امر بیشتر در مورد تکنولوژی هایی مصداق پیدا می‌کند که برای رسیدن به مقیاس تجاری، نیازمند نوآوری‌های مهندسی و علمی قابل توجهی هستند. این مقاله به توضیح پنج تکنولوژی می‌پردازد که می‌توانند حدودا تا سال 2020 به موفقیت نائل شوند: ذخیره‌سازی عظیم انرژی، تبدیل نیروی دیجیتال، سیستم تهویه هوا بدون کمپرسور و پنجره‌های الکتروکرومیک، فناوری زغال سنگ پاک، سوخت‌های الکتریکی و سوخت‌های بیولوژیک جدید.
تنها در صورتی همه این تکنولوژی‌ها در بازار موفق می‌شوند که از میزان تعیین شده از سوی سایر تکنولوژی‌های سریعا در حال پیشرفت، پیشی بگیرند. اما حتی اگر برخی از آنها به نتیجه برسند، می‌توانند چشم‌انداز انرژی را دگرگون سازند. در حقیقت، این امکان وجود دارد که توسعه فن‌آوری‌های انرژی به نقطه اوج خود نزدیک شود وچنان افزایشی را در بهره‌وری انرژی ایجاد کند که از زمان انقلاب صنعتی تاکنون دیده نشده است.
ذخیره‌سازی عظیم انرژی. ذخیره‌سازی عظیم الکتریسیته در شبکه‌های برقی این امکان را می‌دهد که برق تولید شده در طول شب بتواند نیازهای ساعات اوج مصرف را در طول روز برآورده سازد. امروز این ذخیره سازی عظیم حدود 600 تا 1000 دلاربه ازای هر کیلووات ساعت هزینه دارد. نوآوری‌هایی که از باتری‌های جریانی، باتری‌های فلزات مایع، چرخ طیار (flywheels) و خازن‌های فوق برتر استفاده می‌کند، می‌توانند تا سال 2020 هزینه‌ها را به ازای هر کیلووات ساعت بین 150 تا 200 دلار کاهش دهند و ذخیره سازی عظیم را در هر بازار بزرگی فراهم کنند. با این قیمت ها، تا سال 2020 ایالات متحده به تنهایی قصد دارد بیش از 100 گیگاوات ذخیره‌سازی کند.
این ذخیره‌سازی عظیم قابل تغییر خواهد بود: در حال حاضر، شبکه‌های برقی ما تنها 20 تا 30 درصد این ظرفیت استفاده می‌کنند؛ زیرا می‌خواهیم جوابگوی تقاضای بسیار بالای مصرف باشیم. با استفاده از ذخیره‌سازی، می‌توانیم این اوج مصرف را هموار کنیم، نیازهای سرمایه‌ای برای انتقال و توزیع را کاهش دهیم و برق ارزان‌تری را ارائه دهیم. شرکت‌های برق نیز می‌توانند از ذخیره‌سازی برای از بین بردن تنوع در عرضه منابع تجدیدپذیر وابسته به آب وهوا مثل انرژی خورشیدی و باد استفاده کنند، با این کار می‌توانند آنها را از منابع انرژی به منابع دائمی تبدیل کنند.
تبدیل نیروی دیجیتال. ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا در اواخر دهه 1880 گسترش یافتند و زمینه را برای توسعه گسترده شبکه الکتریکی فراهم کردند. در واقع، در حال حاضرهنوز همان تکنولوژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. یک ترانسفورماتور معمولی 20 هزار دلار قیمت و 10 هزار پوند وزن دارد و حجمی معادل 250 فوت مکعب اشغال می‌کند.
سوئیچ‌های دیجیتال پرسرعت که از سیلیسیم کاربید و نیترید گالیم ساخته شده‌اند، به منظور مدیریت انرژی با فرکانس بالا برای هر چیزی از جت‌های نظامی گرفته تا ریل‌های پرسرعت ایجاد شده اند. آنها 90 درصد کمتر انرژی مصرف می‌کنند، تنها یک درصد همان فضا را اشغال می‌کنند و دارای اطمینان و انعطاف بیشتری نسبت به ترانسفورماتورهای موجود هستند.
کاربردهای پیشرفته امروز شامل وسایل الکترونیک و درایوهای صنعتی باسرعت متغیر برای ساخت و تولید است. همانطور که چنین برنامه‌های کاربردی گسترش می‌یابند و تولیدکنندگان عمده دستگاه‌های نیمه‌هادی به تولید این تکنولوژی‌ها در مقیاس وسیع اقدام می‌کنند، آنها می‌توانند ترانسفورماتورهای معمولی را تا سال 2020 در صنایع کاربردی با کمتر از یک دهم هزینه جایگزین کنند. کشور چین به دلیل میزان توسعه شبکه برنامه‌ریزی شده‌اش برای بهره بردن از به کارگیری الکترونیک قدرت دیجیتال در موقعیت خوبی قرار دارد.
سیستم تهویه هوا بدون کمپرسور و پنجره‌های الکتروکرومیک. در حال حاضر، راه اندازی یک سیستم تهویه و خنک کننده با راندمان بالا در مناطق گرم حدود سه هزار تا چهار هزار دلار هزینه دارد و حتی پنجره‌های کارآمدی که اکنون مورد استفاده قرار می‌گیرند، 50 درصد انرژی برای خنک کردن را به هدر می‌دهند. دستگاه‌های جدید تهویه و خنک کننده بدون کمپرسور به جای روی آوردن به چرخه خنک‌سازی قدیمی «فشردن و فشارزدایی‌ هوا»، با استفاده از خشک کننده ها،رطوبت هوا را می‌گیرند. تکنولوژی پنجره‌های الکتروکرومیک با توجه به اختلاف دمای داخل و خارج، درجه رنگ پنجره‌ها را تغییر می‌دهند. این تکنولوژی‌ها هزینه‌های خنک سازی خانه را به نصف کاهش می‌دهند.
همچنین پنجره‌های پیشرفته می‌توانند نصف هزینه‌های گرمایش را کاهش دهند، به این ترتیب که این امکان را می‌دهند که خورشید خانه را گرم کند درحالی که سرما را بیرون نگه می‌دارد. در حال حاضر این تکنولوژی‌ها گران هستند، اما تا سال 2020 آنها باید حدودا به نصف این هزینه‌ها برسند.
فناوری زغال سنگ پاک. امروزه جذب و جداسازی کربن 8000 تا 10000 دلار در هر کیلووات هزینه دربردارد. در حال حاضرفرآیندهای نوآورانه که در دست توسعه هستند، می‌توانند به ژنراتورهای سوخت
زغال سنگ کمک کنند تا بیش از 90 درصد دی‌اکسید کربن خود را با هزینه‌ای کمتر از 2000 دلار در هر کیلووات جذب کنند. اگر این تکنولوژی تا سال 2020 دوام بیاورد، می‌تواند باعث شود که حدود 70 درصد از نیروگاه‌های زغال سنگ در آمریکا که در آن سال در معرض تعطیلی قرار می‌گیرند، برای چندین دهه به فعالیت خود ادامه دهند.
همین وضعیت در چین و اروپا نیز مصداق پیدا می‌کند. با این حال، بدون قوانین حمایتی در مورد کربن، احتمالا نمی‌توانیم شاهد گسترش فناوری زغال‌سنگ پاک در سطح وسیع باشیم. زغال‌سنگ بدون جداسازی کربن همیشه ارزان‌تر از زغال‌سنگ با جداسازی کربن است. با این حال، در این دوره زغال‌سنگ با جداسازی کربن می‌تواند ارزان‌تر، قابل اطمینان‌تر و گسترده تر از بسیاری ازتکنولوژی های تجدیدپذیر باشد.
سوخت‌های الکتریکی و سوخت‌های زیستی. با رسیدن قیمت نفت خام به 100 دلار در بشکه، سهام بازار برای سوخت‌های زیستی مثل نیشکر و اتانول ذرت به سرعت در حال افزایش است. اگرچه ساختن سوخت‌های زیستی سلولزی نسل دوماز آن چیزی که پنج سال پیش تخمین زده می‌شد سخت‌تر بود، اقدامات نوآورانه متمرکز روی سوخت‌های زیستی سلولزی و جلبکی شروع کرده اند به ایجاد سوخت‌ها و مواد شیمیایی ویژه با سود بالا که در حال حاضر نقدینگی ایجاد می‌کند و سوخت‌های زیستی را به قیمت دو دلار یا کمتر در هر گالن تا سال 2020 ارائه می‌دهد.
در همین حین، محققان زیست دارویی در حال گسترش مسیرهای سوخت الکتریکی هستند که از دی اکسید کربن، آب و انرژی آنزیم‌ها تغذیه می‌کنند تا زنجیره بلند مولکول‌های کربن را ایجاد کنند که یک دهم قیمت سوخت‌های زیستی کنونی هستند و عملکردی شبیه به سوخت‌های زیستی دارند.
پرسش کلیدی این است که آیا این تکنولوژی‌های جدید می‌توانند به نتیجه برسند. اگر بتوانند، محدودیت‌های امروز در سوخت‌های زیستی از جمله کاهش کیفیت زمین موجود و «غذا برای سوخت» ممکن است کاهش یابند.
بسیاری از تکنولوژی‌های دیگر نیز می‌توانند نقش مهمی را درآینده داشته باشند، از جمله رآکتورهای هسته ای نسل 4 ، تکنولوژی فیوژن نسل بعدی، طرح‌های توربین بادی پوشیده، پیل‌های سوختی اکسید جامد و پمپ‌های
کم هزینه حرارتی با منبع زمین. تمام اینها به نتیجه نمی رسند، اما برخی از آنها تحقق می‌یابند و می‌توانند بازارهای انرژی را به طور چشمگیری تغییر دهند. سرعت تغییر در تکنولوژی‌های مهم و اساسی بسیار سریع تر از آن چیزی است که در حال حاضر بازار انتظار
آن را دارد.