Elektryfikacja może ściąć globalny popyt na energię o 40 proc., ale Europę czeka kosztowna dekada

Elektryfikacja transportu, ogrzewania i przemysłu ścięłaby globalny końcowy popyt na energię z 416 do 247 eksadżuli, czyli o około 40 proc. Tak wynika z analizy, którą 29 września opublikowała Hannah Ritchie w newsletterze By the Numbers. Tego samego dnia CBC News podało, że minister energii Nowej Fundlandii i Labradoru powiedział, iż drzwi prowincji są „otwarte na biznes” dla centrów danych obsługujących AI.

Te dwie historie ciągną w przeciwne strony. Jedna mówi, że w pełni zelektryfikowany świat potrzebuje znacznie mniej energii niż dzisiejszy system oparty na paliwach kopalnych. Druga pokazuje, ile prądu nowy popyt na moc obliczeniową chce wyciągnąć z sieci, zanim ta transformacja w ogóle się skończy.

Co właściwie mierzy te 40 proc.

Tekst Ritchie przechodzi przez liczby Nicka Eyre'a, profesora z Oksfordu. Porównuje dzisiejszy globalny końcowy popyt na energię z systemem po transformacji, w którym odpowiednie sektory są zelektryfikowane, a reszta działa na wodorze. Popyt na energię elektryczną rośnie ze 110 do 189 eksadżuli, ale całkowity końcowy popyt na energię spada z 416 do 247 eksadżuli. Model zakłada brak zysków efektywności poza elektryfikacją i przejściem na wodór, dlatego Ritchie nazywa go „dość prostym modelem”, który prawdopodobnie zaniża redukcję.

Mechanika nie jest tajemnicza. Samochód elektryczny zamienia w ruch około 80 proc. swojej energii. Benzynowy radzi sobie z około 20 proc. Budynki przechodzą z kotłów gazowych na pompy ciepła. Model przypisuje pompom ciepła 90 proc. ogrzewania pomieszczeń, a 10 proc. wodór, bo pełne zastąpienie jest nieopłacalne w szczytach zimowego zapotrzebowania. Gotowanie jest w pełni zelektryfikowane. Autobusy w 80 proc. jeżdżą na prąd, loty krótkodystansowe są elektryczne, a średnie i długie działają na wodorze. Elektryczne jest tylko 10 proc. transportu morskiego, czyli krótkie trasy, na przykład promy.

Przemysł to miejsce, w którym model napotyka granice. Procesów wysokotemperaturowych nie da się zelektryfikować obecną technologią, więc przechodzą na wodór. Stal zmienia się częściowo, z około 25 proc. pieców łukowych dzisiaj do 50 proc., mniej więcej tak, jak wygląda dzisiejsza mieszanka w OECD. Niskotemperaturowa para przechodzi na kotły elektryczne, które według tekstu są o około 20 proc. wydajniejsze. Suszenie i separacja poniżej 120C mogą korzystać z pomp ciepła.

Wynik to spadek końcowego popytu na energię o 40 proc., nie popytu pierwotnego. To rozróżnienie ma znaczenie dla każdego, kto czyta tę liczbę jako prognozę tego, ile Europa naprawdę zużyje.

Ritchie formułuje to ostrożnie. Zaznacza, że porównanie nie uwzględnia wzrostu zużycia energii w miarę rozwoju krajów i że inni analitycy popchnęliby część podsektorów w stronę biopaliw albo innych alternatyw. Te wybory, przekonuje, nie zmieniają ogólnego wniosku.

Problem dekady w Europie

Szeroki obraz Europy jest bardziej pogmatwany niż model. Ostatnie nagłówki, które są tu kontekstem, a nie faktami, na których opiera się ten artykuł, mówią o wysokich cenach energii gniotących gospodarki UE, o rosnących cenach diesla, w których Ukraina to tylko część historii, i o ostrzeżeniu publicysty Reutersa Rona Bousso, że europejskie marzenie o elektryfikacji nie oszczędzi bolesnej dekady. Te nagłówki nie należą do dossier, ale pokazują lukę między czystym modelem a kontynentem w połowie transformacji.

Ropa daje wyobrażenie o tym, jak gwałtowne bywają wahnięcia. W tekście w The Conversation z 29 września dwoje ekonomistów energetyki zauważa, że cena w głównym amerykańskim hubie ropy naftowej wynosiła 66 dolarów za baryłkę pod koniec lutego 2026, zanim USA i Izrael zaatakowały Iran, a 13 kwietnia 101 dolarów za baryłkę. Jako mechanizm podają zamknięcie Cieśniny Ormuz. Kiedy znaczące źródło ropy zostaje zablokowane bez większego ostrzeżenia, ceny rosną gwałtownie, a pieniądze płyną głównie do producentów.

Gdzie trafiają, zależy od własności. Rząd Arabii Saudyjskiej kontroluje niemal całe wydobycie, więc wysokie ceny służą finansom państwa. W amerykańskim Permian Basin nadwyżka trafia w dużej mierze do akcjonariuszy przez dywidendy, redukcję długu i skup akcji. W Wielkiej Brytanii korzystają prywatni akcjonariusze, ale dodatkowy podatek od zysków z ropy i gazu sprawia, że rząd zbiera znaczącą część. Norwegia kieruje dochody do Government Pension Fund Global, wycenianego na ponad 2 000 000 000 000 dolarów. Rosyjska ropa podlega sankcjom cenowym: zachodni transport, ubezpieczenia i finansowanie można stosować tylko wtedy, gdy cena jest poniżej 60 dolarów za baryłkę.

To jest system kopalny, z którego Europa próbuje wyjść, a on wciąż ustala cenę transformacji.

Nowy popyt przychodzi, zanim stary system odejdzie

Centra danych to najczystszy przykład nowego obciążenia, które pojawia się wcześnie. CBC News podało 29 września, że minister energii i górnictwa Nowej Fundlandii i Labradoru Lloyd Parrott powiedział w połowie września Zgromadzeniu Ustawodawczemu podczas nadzwyczajnej sesji o nowym porozumieniu w sprawie Churchill Falls, że prowincja mogłaby rozważyć sprzedaż nadwyżki energii z Churchill Falls firmie budującej centrum danych. „Powiedzieliśmy, że nasze drzwi są otwarte na biznes i nie możemy się doczekać współpracy ze światem” – mówił wtedy Parrott. Premier Tony Wakeham i główny negocjator Barry Perry też wskazywali centra danych jako możliwe zastosowanie dla tego prądu.

Rzecznik departamentu Brodie Thomas potwierdził mejlem, że do rządu prowincji zgłaszały się firmy w sprawie potencjalnej budowy centrów danych, ale powiedział, że wrażliwe handlowo rozmowy uniemożliwiają komentowanie konkretnych wnioskodawców. Andrea King, prezeska TechNL, powiedziała CBC, że Labrador zdaje się spełniać to, czego chcą zwolennicy centrów danych: niskoemisyjną energię wodną, zimną pogodę i dużo ziemi. Dodała zastrzeżenie: „To nie jest tylko pytanie »czy to ma sens« samo w sobie. Trzeba patrzeć na koszty ekonomiczne i koszty alternatywne tego, co jeszcze można zrobić z tym prądem”.

Dziennikarz technologiczny Paris Marx, autor Hyperscale, powiedział CBC coś podobnego, pytając, czy oddawanie prądu centrom danych ma sens, skoro mogą istnieć lepsze zastosowania. Marx przyznał, że niektóre firmy łagodzą skutki, na przykład przez chłodzenie w obiegu zamkniętym, które zawraca wodę.

Skala nie jest mała. CBC podało, że planowane centrum danych Mety w Sturgeon County w Albercie ma kosztować 13 000 000 000 dolarów i ruszyć w ciągu dwóch do trzech lat, a Meta i Bell ogłosiły miliardy na centra danych w Albercie, Ontario i Saskatchewan. Premier Nowej Szkocji Tim Houston ustalił pięć warunków wstępnych dla każdego wnioskodawcy, a EverWind Fuels wyraził zainteresowanie budową w tej prowincji.

Na poziomie chipów argumentem jest wydajność. Efficient Computer podało 29 września, że pozyskało 97 000 000 dolarów w rundzie Series B prowadzonej przez TQ Ventures, co podnosi łączne finansowanie do 173 000 000 dolarów przy wycenie 650 000 000 dolarów. Prezes Brandon Lucia napisał, że firma deklaruje od 10 do 100 razy lepszą efektywność energetyczną niż tradycyjne architektury CPU, i przywołał prawo Amdahla: jeśli 90 proc. obliczeń zostanie przyspieszone do zerowego kosztu, maksymalny zysk to wciąż 10x, bo pozostałe 10 proc. wyznacza sufit. Firma twierdzi, że wprowadza na rynek procesor Electron E1 na dużą skalę dla wbudowanych systemów fizycznej AI, takich jak roboty, drony i urządzenia noszone.

Te dwie deklaracje pasują do siebie niewygodnie. Spadek końcowego popytu na energię o 40 proc. zależy od zelektryfikowania większości rzeczy i usprawnienia reszty. Boom centrów danych dokłada obciążenie najpierw, a wydajność później, jeśli w ogóle.

Co mówi zapis historyczny

Oś czasu fotowoltaiki amerykańskiej Energy Information Administration, zaktualizowana w dossier, kreśli krzywą kosztów, która umożliwia cały ten elektryfikacyjny scenariusz. Pierwsze ogniwa PV zamieniały w prąd mniej niż 1 proc. energii promieniowania; niektóre dzisiejsze ogniwa osiągają 40 proc. konwersji. Badacze Bell Labs Daryl Chapin, Calvin Fuller i Gerald Pearson zbudowali ogniwo krzemowe o sprawności 6 proc., zdolne zasilać codzienny sprzęt elektryczny. Energy Tax Act z 1978 roku wprowadził 10-procentowy kredyt podatkowy na inwestycje w fotowoltaikę, a Solar Photovoltaic Energy, Research, Development and Demonstration Act z 1978 roku przeznaczył 1 200 000 000 dolarów na 10 lat.

Postęp był wolny i subsydiowany. Boeing i Kodak wytworzyli pierwsze ogniwa cienkowarstwowe o sprawności powyżej 10 proc. Cienkowarstwowe ogniwo z University of South Florida osiągnęło 15,89 proc., przebijając barierę 15 proc. Do 1993 roku rekordowe sprawności zbliżały się do 16 proc. dla polikrystalicznej warstwy cienkiej i 30 proc. dla urządzeń monokrystalicznych. Nic z tego nie wydarzyło się wyłącznie dzięki sygnałom rynkowym.

Książka Davida MacKaya z 2008 roku Sustainable Energy Without the Hot Air przedstawiła arytmetyczny argument, który zdominował późniejszą debatę: „Liczby, nie przymiotniki”. Na liście osób popierających ją znaleźli się Tony Juniper, ówczesny dyrektor wykonawczy Friends of the Earth, i Robert Sansom z EDF Energy. Strona książki była ostatnio modyfikowana w sierpniu 2015. Jej główne żądanie, żeby plany energetyczne oceniać po ilościach, a nie po retoryce, jest tym samym żądaniem, które stawia dzisiaj liczba 40 proc. Ritchie.

Nad tą liczbą wiszą dwa zastrzeżenia. Model zakłada, że wodór pokrywa wszystko, czego nie da się zelektryfikować, a to duże założenie o infrastrukturze, której nie ma na skalę. Po drugie to średnia globalna: punkt startowy Europy, jej baza przemysłowa i zimowe szczyty sprawiają, że jej własna droga będzie wyglądać inaczej niż agregat. Sama Ritchie zaznacza, że szacunek prawdopodobnie zaniża oszczędności, ale zaniżanie oszczędności i dostarczenie ich to dwa osobne problemy.

Bliskie pytanie dla Europy nie brzmi, czy elektryfikacja obniża popyt na energię. Model mówi, że obniża. Brzmi, czy kontynent potrafi jednocześnie dołożyć obciążenie centrów danych, zastąpić rosyjski gaz rurociągowy i utrzymać produkcję przemysłową w swoich granicach, tak żeby ta dekada nie kosztowała więcej, niż transformacja oszczędza.