Por que a revolução solar está em grave perigo - e como ela pode ser salva


O ano é 2050. O mundo está mais poluído, desigual e perigoso do que nunca. Megacidades como Nova Délhi, Cidade do México e Lagos são sufocadas pela poluição. Mais de um bilhão de pessoas em todo o mundo ainda não têm acesso a eletricidade confiável. E a mudança climática está servindo secas, inundações e ondas de calor com uma regularidade alarmante.

O problema é que os combustíveis fósseis continuam a exercer um estrangulamento na economia global. O carvão e o gás natural ainda são queimados para produzir a maior parte da eletricidade do mundo e operam a maior parte de suas fábricas, lançando dióxido de carbono e outros gases que aquecem o clima na atmosfera. E o petróleo ainda alimenta a maioria dos carros e caminhões, bem como quase todos os aviões e navios do planeta, poluindo ainda mais o ar.

Muito deste estado desastroso do mundo é resultado da revolução da energia solar. Em 2016, painéis solares fotovoltaicos (PV), que convertem a luz solar em eletricidade, tornaram-se a fonte de eletricidade mais barata do planeta. Especialistas profetizaram sem fôlego que era apenas uma questão de tempo até que o PV solar destronasse os combustíveis fósseis - uma reivindicação ousada de uma tecnologia que fornecesse menos de 1% das necessidades energéticas do mundo naquela época.

Mas em algum momento da década de 2030, o crescimento da energia solar, que antes era inevitável, diminuiu, deixando-a muito longe de destronar os combustíveis fósseis.

Por um tempo, aquelas projeções rosadas foram vindicadas. Nas próximas duas décadas, o PV solar aumentaria em popularidade. Nos países desenvolvidos, novos lares vinham com telhados solares elegantes e, nos cantos mais pobres do mundo em desenvolvimento, sistemas solares autônomos davam a milhões de aldeões sem conexão a uma rede elétrica o primeiro sabor da energia moderna. E como os produtores - a maioria na Ásia - produziam painéis baseados em silício ano após ano, eles melhoraram em reduzir os custos da tecnologia.

Mas em algum momento da década de 2030, o crescimento da energia solar, que antes era inevitável, diminuiu, deixando-a muito longe de destronar os combustíveis fósseis. Por outro lado, essa estagnação era intrigante: se a energia solar fotovoltaica continuasse a ficar mais barata, ampliando sua vantagem competitiva sobre os combustíveis fósseis, por que sua expansão desaceleraria?

Dias sombrios da Solar

Parte do problema era que, mesmo quando o custo de produzir eletricidade a partir de energia solar fotovoltaica caía, o valor dessa eletricidade - a quantidade que uma concessionária, por exemplo, estava disposta a pagar para enviar pela rede para atender às necessidades de energia elétrica. residências e empresas - diminuiu ainda mais rápido. O valor diminuiu porque uma fonte de energia ligada à insegurança do sol rapidamente se torna um incômodo à medida que cresce. 

Os painéis fotovoltaicos produzem energia apenas quando recebem a luz do sol, por isso mesmo uma nuvem que passa pode deixá-los de lado. Na Califórnia, por exemplo, a energia solar fotovoltaica subiu rapidamente para atender à maior parte das necessidades de energia do estado na hora do almoço, quando o sol estava no alto. Mas, acrescentar um novo painel solar, por mais barato que fosse, não valia a pena, porque quando o Estado precisava de energia - na hora do jantar - o sol já estava se pondo. Como um resultado.

Alguns países - especialmente os que disputavam projetos de energia solar fotovoltaica - reconheceram que o valor da energia solar estava em declínio. Mas eles estavam confiantes de que as baterias de íons de lítio, que também estavam ficando mais baratas ao lado dos painéis fotovoltaicos, viriam em socorro. O custo decrescente dessas baterias realmente tornou possível armazenar parte da energia solar diurna não usada para o final da tarde. As baterias, no entanto, não eram a panacéia que muitos esperavam. 

Faz sentido econômico usá-los para armazenar energia por algumas horas; mas elas eram caras demais para serem usadas para suavizar as variações do dia-a-dia na produção de energia solar fotovoltaica e certamente para lidar com a maior necessidade de armazenamento de energia: retirar o excedente de energia solar dos meses ensolarados para uso em ambientes mais pessimistas.

O crescimento da energia solar fotovoltaica também diminuiu porque os países, especialmente no mundo em desenvolvimento, não conseguiram construir suas redes de eletricidade para acompanhar a implantação da energia solar. Por exemplo, a Índia lutou para conectar fazendas solares em desertos distantes a suas megacidades sedentas. E quando o governo mudou o foco para a implantação de painéis solares na construção de telhados, as redes urbanas desmoronaram sob a pressão de absorver ondas súbitas de energia solar.

Como resultado, o mundo ainda depende dos combustíveis fósseis para atender a maioria de suas necessidades de eletricidade.

Com exceção da energia eólica, outras fontes de energia limpa não entraram em ação para compensar grande parte da folga. E mesmo que a energia eólica tenha aumentado com a energia solar fotovoltaica durante algum tempo, ela também não era confiável e, portanto, enfrentava limites em sua implantação. Tendo desacelerado seu crescimento, as duas fontes irmãs de energia renovável produzem hoje um decepcionante um terço da eletricidade mundial.

Fontes mais confiáveis ​​de energia limpa desapontaram. A energia nuclear - politicamente radioativa - declinou de seus dias de glória no século XX para apenas alguns reatores remanescentes na Ásia hoje. A construção de novas usinas hidrelétricas continua impopular. E várias outras fontes potenciais de energia limpa - da energia geotérmica à energia das marés - permanecem principalmente na prancheta. Como resultado, o mundo ainda depende dos combustíveis fósseis para atender a maioria de suas necessidades de eletricidade.

Além disso, muitas das necessidades de energia do mundo não envolvem o uso de eletricidade. Essas necessidades são atendidas quase exclusivamente por combustíveis fósseis, e elas crescem apenas à medida que as economias emergentes se industrializam, com consequências surpreendentes. Instalações industriais, como fábricas de cimento e aço, expelem a fuligem da queima do carvão. Embora uma vez parecesse que os veículos autônomos e os aplicativos de compartilhamento de viagens poderiam tirar os carros das ruas e usar os demais com mais eficiência, aconteceu o contrário, pois esses avanços tornaram mais fácil e barato do que nunca circular de carro. Embora os elétricos tenham subido para liderar o grupo nas vendas de veículos novos, mais de 1 bilhão de carros e caminhões movidos a petróleo ainda compartilham a estrada.

Um mundo mais quente

Parece ridículo esse caminho de volta em 2015, países em todo o mundo assinaram o acordo climático de Paris, comprometendo-se com toda a seriedade a limitar o aquecimento global a 2 ° C. Apenas quinze anos depois, esses países já haviam injetado gases de efeito estufa suficientes na atmosfera para garantir pelo menos esse aumento de temperatura .
Como um trem desgovernado, a mudança climática não pode ser interrompida.

A mudança climática já afetou o mundo . O aumento do nível do mar provocou ondas de migração em massa das planícies de inundação de Bangladesh. A acidificação dos oceanos dizimou as pescarias da Noruega à Nicarágua. As secas na África e no Oriente Médio deixaram centenas de milhões em um persistente estado de fome e escassez de água; O Egito acaba de declarar guerra à Etiópia por ter sufocado o abastecimento do rio Nilo. Os EUA sofrem um número crescente de super tempestades na costa do Atlântico e incêndios perpétuos no oeste. Como um trem desgovernado, a mudança climática não pode ser interrompida . Não agora, nem pelos próximos 10.000 anos.

Os esforços internacionais tardios para reduzir drasticamente as emissões globais estão paralisados. As negociações de emergência nas Nações Unidas sobre um imposto global sobre o carbono não têm chance de encontrar um terreno comum entre os blocos de disputas. Enquanto o teatro político se desenrolou, países inteiros - incluindo as Ilhas Marshall, Tuvalu e Fiji - foram engolidos inteiros pelo Oceano Pacífico.

O tempo para a ação decisiva é longo passado. Com o benefício da retrospectiva, está cada vez mais claro que o crescimento meteórico da energia solar levou os governos a uma falsa confiança antes de seu rude despertar para a desaceleração da energia solar. Eles deixaram a transição para energia limpa no piloto automático. Se tivessem feito uma pequena correção de curso naqueles primeiros dias - planejando e investindo no futuro - a perspectiva sombria de hoje poderia ter sido evitada.

A alternativa

O ano é 2050. Apesar de enfrentar sérios desafios, o mundo ainda controla seu destino. Cenários de pesadelo de catástrofe econômica e humanitária - em direção à qual o planeta uma vez se lançou - estão fora da mesa. O clima está mudando inegavelmente, mas em um ritmo administrável que permitiu que os países se adaptassem.

O aumento dramático da energia limpa impediu que a mudança climática caísse fora de controle - e, no processo, impulsionou o crescimento econômico e tirou os destituídos do mundo das trevas. Pela primeira vez na história, os combustíveis fósseis estão em declínio. Um número cada vez menor de usinas ainda queima carvão e gás natural para produzir eletricidade e operar fábricas, mas suas emissões de carbono são capturadas e usadas em processos industriais ou armazenadas no subsolo. O petróleo ainda alimenta uma grande porcentagem do transporte global, mas essa parcela cai a cada ano à medida que eletricidade e combustíveis limpos são usados.

A energia solar é o eixo desta revolução de energia limpa.

A energia solar é o eixo desta revolução de energia limpa. Hoje, fornece um terço da eletricidade global; Muito antes do fim do século, a maior parte das necessidades de energia do mundo será atendida pela conversão da luz solar em eletricidade, calor e combustíveis portáteis. Quando isso acontecer, o século 21 será lembrado como aquele em que a humanidade finalmente domou o sol.

Os painéis fotovoltaicos produzidos na China desempenharam um papel importante no estabelecimento da tecnologia solar como uma fonte viável de energia. Seu sucesso inicial também assegurou aos maiores investidores do mundo que era seguro investir em projetos de energia limpa. Mas esses painéis fotovoltaicos originais - pesados, feios e maximizados em termos de desempenho - evoluíram para se tornar leves, atraentes e muito mais eficientes na conversão de luz solar em eletricidade. 

Em 2030, as impressoras industriais produziam rolos de revestimentos fotovoltaicos solares em uma variedade de cores e transparências. Uma década depois, a cobertura solar da sua casa era tão barata quanto pintá-la. Hoje, em meados do século passado, a maioria dos edifícios urbanos é envolta em materiais solares geradores de eletricidade que tingem as janelas, estimulam a fachada e reduzem a pegada de carbono.

Ainda assim, esses maravilhosos fotovoltaicos solares não podem fornecer energia quando o sol se põe. Felizmente, essa necessidade foi satisfeita por uma tecnologia solar completamente diferente que teve um renascimento nos anos 2020, depois que analistas prematuramente a escreveram como morta. Usinas de energia solar concentrada, que empregam exércitos de espelhos para focar os raios do sol para gerar calor que pode operar uma usina de energia, são capazes de armazenar o calor que capturam para produzir energia durante a noite.

Nas últimas décadas, o termo “energia solar” suplantou a “energia solar”. Isso porque a energia fotovoltaica e outras tecnologias solares não apenas geram energia elétrica agora, elas também produzem combustíveis que podem armazenar energia a ser usada onde a eletricidade é menos prática. Em meados da década de 2030, as empresas começaram a produzir em massa materiais para converter a luz do sol diretamente em combustível de hidrogênio. Lenta mas firmemente, a composição da mistura de combustível do mundo mudou para combustíveis solares de zero carbono. 

Assim como as refinarias de petróleo convertem o petróleo bruto em produtos como gasolina, combustível de aviação e asfalto, as refinarias solares também convertem hidrogênio em combustíveis líquidos para veículos, navios e aeronaves e em uma ampla gama de outros produtos, de fertilizantes a plásticos. O próprio hidrogênio se tornou um combustível popular para carros e caminhões. Veículos movidos a petróleo são agora uma escolha distante de terceiro lugar.

A panóplia atual de tecnologias solares é o resultado de decisões de longo alcance tomadas há três décadas nos setores público e privado para investir em inovação. Os EUA lideraram esse impulso e, como resultado, têm lucrado muito, agora que o mercado combinado de tecnologias solares é maior do que o dos produtos de petróleo. Assim como a América passou da Arábia Saudita em 2013 para se tornar a maior produtora de petróleo do mundo, também destronou a China, 20 anos depois, como a principal fabricante de tecnologias solares. Os EUA conseguiram alcançar prosperidade e segurança energética, ao custo de alguns bilhões de dólares por ano em financiamento adicional para pesquisa e desenvolvimento e demonstração de novas tecnologias.

Embora a energia solar tenha emergido como a estrela da revolução energética, cada estrela precisa de um elenco de apoio.

Os países têm cooperado para construir redes elétricas de abrangência continental - as maiores na Ásia e na América do Norte - que conectam a energia solar fotovoltaica em desertos ensolarados a cidades famintas por energia. As grades não são apenas maiores, mas são mais inteligentes. Eles transmitem sinais para bilhões de dispositivos conectados à Internet - como condicionadores de ar, aquecedores de água e maquinário industrial - que ajustam a demanda de eletricidade em tempo real para corresponder à disponibilidade de fornecimento de energia solar fotovoltaica. 

Além disso, eles podem recorrer a várias opções para armazenar energia solar produzida de forma intermitente, de baterias a reservatórios de energia hidrelétrica e poços subterrâneos. Grids podem até decidir de forma inteligente quando carregar ou retirar os milhões de veículos elétricos conectados que funcionam como baterias móveis para fazer backup de energia solar fotovoltaica.

Embora a energia solar tenha emergido como a estrela da revolução energética, cada estrela precisa de um elenco de apoio. A energia eólica complementou habilmente a energia solar, aumentando constantemente durante este século. E o renascimento da energia nuclear reforçou o fornecimento de eletricidade confiável depois que os governos de todo o mundo enfrentaram obstáculos políticos para investir em uma nova geração de reatores mais seguros e baratos. 

Vendo a escrita na parede, as empresas de combustível fóssil também fizeram sua parte, financiando prodigamente o desenvolvimento de tecnologias para capturar e armazenar as emissões de carbono das usinas movidas a combustíveis fósseis que permanecem. E eles investiram pesadamente em seus próprios portfólios de projetos de energia renovável.

Para aliviar a escassez de água, os países se voltaram para a energia solar fotovoltaica barata para operar usinas de dessalinização que transformam a água salgada em água doce. Usinas de energia solar concentrada também foram reaproveitadas no mundo em desenvolvimento para alimentar a refrigeração, preservando os suprimentos de alimentos extremamente necessários e diminuindo a fome.

O consenso científico sóbrio prevê que o clima continuará a mudar no futuro previsível. Para estabilizá-lo, os governos estão em negociações finais antes de desvelar um esforço maciço para sugar o dióxido de carbono da atmosfera. Alguns dos países mais atingidos pela mudança climática clamam por abordagens alternativas, como a semeadura das nuvens do mundo para refletir mais luz solar. Felizmente, os governos podem se dar ao luxo de deliberar cuidadosamente sobre se e como projetar o clima. Reduzir drasticamente as emissões globais de carbono da energia lhes deu tempo para fazê-lo.

Poucos contestariam que a energia solar surgiu como uma das mais importantes tecnologias - se não a mais importante - do século XXI. Pode não ter garantido a vitória sobre desafios globais como a mudança climática. Mas deu ao mundo uma chance de lutar.

O céu é o limite

O mundo pode estar fadado ao primeiro dos dois futuros dispostos aqui - e isso é aterrorizante. Mas há motivo para otimismo: o segundo futuro não é ficção científica, mas sim ainda um objetivo alcançável. Para chegar a ele, o mundo precisa enfrentar os muitos desafios de realizar o potencial elevado da energia solar - e isso exigirá um aumento significativo do investimento em inovação.

Varun Sivaram é o companheiro Philip D. Reed para ciência e tecnologia no Conselho de Relações Exteriores e autor de Domar o Sol: Inovações para aproveitar a energia solar e o poder do planeta , a partir do qual este ensaio foi adaptado.

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