Новое исследование показывает, что в нужных местах тепловые насосы могут помочь домовладельцам снизить выбросы парниковых газов, сэкономить на отоплении и охлаждении и укрепить здоровье населения.   

В 1855 году инженер Петер фон Риттингер(PetervonRittinger) занялся производством соли. Он конструировал устройство, которое могло испарять воду из рассола более эффективно, чем существующие методы. Более поздние версии этого устройства, теплового насоса, станут инструментами для замедления климатических изменений. Сегодня тепловые насосы призваны заменить потребление нефти или газа в доме благодаря более чистому использованию электроэнергии. 

Исследователи недавно обнаружили, что более широкая установка бытовых тепловых насосов для отопления помещений может снизить выбросы парниковых газов. Результаты, опубликованные в журнале EnvironmentalResearchLetters, показали, что тепловые насосы сократят выбросы для двух третей домохозяйств и принесут финансовую выгоду трети домовладельцев в США. 

Но только около 10% домов используют тепловые насосы, которые перекачивают тепло из дома летом и в дом зимой. «Большая часть отопления в зданиях, а также горячее водоснабжение и приготовление пищи основаны на ископаемом топливе, сжигаемом на месте», - сказал Майкл Уэйт (MichaelWaite), младший научный сотрудник Колумбийского университета, не участвовавший в новом исследовании. Чтобы снизить выбросы, домовладельцам необходимо заменить такие системы отопления. «Единственный прямой способ сделать это - электрифицировать эти объекты», - сказал Уэйт.

За и против  

Но широкомасштабное внедрение тепловых насосов может иметь непредвиденные нежелательные последствия. Томас Дитджен (ThomasDeetjen), научный сотрудник Техасского университета в Остине, и его соавторы хотели выяснить, при каких обстоятельствах тепловые насосы являются разумным выбором для домовладельцев и общества. 

Используя инструменты Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), они смоделировали результаты широкого внедрения тепловых насосов. Они смоделировали 400 местных типовых домов на одну семью в каждом из 55 городов. Чтобы смоделировать электрическую сеть, исследователи предположили умеренную декарбонизацию сети (снижение выбросов на 45% за 15-летний срок службы теплового насоса).

Исследователи оценили влияние на домовладельцев, сравнив затраты на установку теплового насоса с экономией энергии. Они также проанализировали изменения в выбросах углекислого газа и загрязнителях воздуха, наносящих ущерб климату и здоровью. Ущерб, нанесенный климату, включает затраты, связанные с такими опасными природными явлениями, как наводнения и лесные пожары, вызванные изменением климата. Ущерб здоровью включает преждевременную смерть из-за загрязнения воздуха.

«Главный вывод заключается в том, что примерно в трети односемейных домов в США, если вы установите тепловой насос, вы уменьшите ущерб окружающей среде и здоровью», - сказал Парт Вайшнав (ParthVaishnav), доцент Школы окружающей среды и устойчивого развития. в Мичиганском университете и соавтор статьи. Установка тепловых насосов позволит избежать ущерба здоровью на 600 миллионов долларов и ущерба климату на 1,7 миллиарда долларов ежегодно. Это также позволит напрямую сэкономить деньги домовладельцев на затратах на электроэнергию. Они также обнаружили, что для всех домов, при условии умеренной декарбонизации электросети, использование теплового насоса снижает выбросы парниковых газов. 

Но установка теплового насоса имела другие последствия. «Тепловые насосы - не обязательно серебряная пуля для каждого дома», - сказал Дитжен. 

Хотя домовладельцы могут обменять печь на тепловой насос, например, электричество для этого насоса может по-прежнему поступать от завода, работающего на ископаемом топливе. Стоимость производства электроэнергии может превышать стоимость использования ископаемого топлива на месте. «Есть дома, в которых, если они будут оснащены тепловым насосом, эффект для населения будет отрицательным», - сказал Дитжен. «В конечном итоге они создают ещё больше загрязнения». 

Преимущества теплового насоса также зависят от климата. Тепловые насосы работают менее эффективно в холодную погоду, увеличивая расходы на электроэнергию. В 24 из исследованных городов, в основном в более холодном климате, пиковый спрос на электроэнергию в жилых домах увеличился бы более чем на 100%, если бы во всех домах были установлены тепловые насосы, что потребовало бы модернизации сети.

«Может быть сложно справиться с этим увеличением зимних пиков, потому что наша система построена иначе», - сказала Элла Чжоу (EllaZhou), старший инженер по моделированию в NREL, не участвовавшая в этом исследовании. «Нам нужно думать, как о планировании, так и о работе энергосистемы более интегрированным образом с учётом будущего использования». 

Последствия повсеместной электрификации  

Новое исследование поддержало преобразование 32% частных домов в тепловые насосы. Более широкое распространение потребовало гораздо более высоких финансовых и медицинских затрат. Согласно исследованию, если все дома в США будут использовать тепловые насосы, это принесёт пользу климату в размере 6,4 миллиарда долларов. Однако это также обойдется домовладельцам в 26,7 миллиарда долларов, а загрязняющие вещества от увеличения производства электроэнергии приведут к ущербу для здоровья на 4,9 миллиарда долларов из-за финансового бремени, вызванного болезнями или преждевременной смертью. 

В отношении этих результатов есть некоторая неопределённость. В исследовании не учитывалась стоимость потенциальных обновлений сети или то, что полная декарбонизация будет означать для внедрения тепловых насосов. Уэйт отметил, что по мере развития сети будущие исследования также должны определить, могут ли возобновляемые источники энергии удовлетворить потребности в высоких нагрузках на электроэнергию.

Ссылка: https://eos.org/articles/heat-pumps-can-lower-home-emissions-but-not-everywhere

Несмотря на быстрое потепление, являющееся кардинальным признаком глобального изменения климата, особенно в Арктике, где температуры повышаются намного быстрее, чем где-либо в мире, в Соединённых Штатах и других регионах северного полушария за последние четыре десятилетия наблюдаются заметные и всё более частые эпизоды экстремально холодной зимней погоды. Cohen et al. объединили наблюдения и модельные результаты, чтобы продемонстрировать, что изменения в Арктике, вероятно, являются важной причиной цепочки процессов, включающих то, что они называют разрывом стратосферного полярного вихря, что в конечном итоге приводит к периодам экстремального холода в северных средних широтах.
Арктика нагревается со скоростью, вдвое превышающей среднемировой показатель, и, как сообщается, суровая зимняя погода усиливается во многих густонаселённых регионах средних широт, но нет единого мнения о том, существует ли физическая связь между этими двумя явлениями. Авторы проанализировали данные наблюдений, чтобы показать, что менее известное нарушение стратосферного полярного вихря, включающее отражение волн и растяжение стратосферного полярного вихря, связано с экстремальным холодом в некоторых частях Азии и Северной Америки, включая недавнюю волну холода в Техасе в феврале 2021 года, и росло в эпоху спутников. Использованы эксперименты по численному моделированию с учётом тенденций осеннего снежного покрова и морского льда в Арктике, чтобы установить физическую связь между изменениями в Арктике и растяжением стратосферного полярного вихря и соответствующими поверхностными воздействиями.

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi9167

Монреальский протокол остановил разрушение озонового слоя. В процессе его исполнения был спасён один из самых важных стоков углерода на Земле.
Согласно исследованиям, международное соглашение о прекращении производства озоноразрушающих химикатов предотвратило глобальное потепление на 0,65°C - 1°C.
Исследование также показало, что углерод, накопленный в растительности в результате фотосинтеза, сократился бы на 30% без договора, вступившего в силу в 1989 году.
Исследователи из Великобритании, Новой Зеландии и США написали в Nature, что Монреальский протокол имеет важное значение для защиты углерода, хранящегося в растениях. Исследования в полярных регионах показали, что высокоэнергетические ультрафиолетовые лучи уменьшают биомассу растений и повреждают ДНК. В настоящее время леса и почвы поглощают 30% антропогенных выбросов углекислого газа.
«Модельные расчёты показали, что к 2100 году, количество углерода, поглощаемого растениями, составит 15% от «контрольного» значения при условии действия Монреальского протокола», - сказал ведущий автор Пол Янг (Paul Young). Ланкастерского университета.
В моделировании ультрафиолетовое излучение настолько интенсивно, что растения в средних широтах перестают поглощать возрастающий поток углерода.
Растения в тропиках находятся в лучших условиях, но влажные леса будут иметь на 60% меньше озона, чем раньше, - состояние намного хуже, чем когда-либо наблюдалось в антарктической озоновой дыре.

«Мир, которого удалось избежать»
В исследовании использовалась модель, включающая химическую климатическую и погодо-генерирующую модели, модель земной поверхности и модель круговорота углерода. Она впервые связывает потерю озона со снижением стока углерода в растениях.
Хлорфторуглероды (ХФУ), озоноразрушающие химические вещества, использование которых было прекращено в соответствии с Монреальским протоколом, являются мощными парниковыми газами. По оценкам исследования, к 2100 году ХФУ могли бы нагреть планету ещё на 1,7°C. Взятые вместе, ущерб от ультрафиолетового излучения и парниковый эффект ХФУ добавили бы к концу столетия дополнительное потепление на 2,5°C. Сегодня прирост температуры на поверхности Земли в среднем составляет 1,1°C, что приводит к более частым засухам, аномальной жаре и сильным осадкам.
К концу века уровень углекислого газа в атмосфере достигнет 827 частей на миллион, что вдвое больше, чем сегодня (~ 412 частей на миллион).
В ходе работы были проанализированы три различных сценария: первый предполагает, что уровень озоноразрушающих веществ оставался ниже уровня 1960 года, когда началось массовое производство. Второй предполагает, что пик содержания озоноразрушающих веществ в атмосфере пришёлся на конец 1980-х годов, а затем прекратился. Последний предполагает, что количество озоноразрушающих химикатов в атмосфере ежегодно увеличивается на 3% до 2100 года.
Последний сценарий, названный «Мир, которого удалось избежать», предполагает не только то, что Монреальского протокола никогда не было, но также и то, что люди понятия не имели, что ХФУ наносят вред озону, даже когда последствия станут очевидными в 2040-х годах. Модели также предполагают, что ультрафиолетовое излучение наносит одинаковый вред всей растительности, тогда как в действительности растения реагируют по-разному.

«Изменения возможны»

«Монреальский протокол считается одним из наиболее успешных глобальных природоохранных договоров», - сказал учёный из Лидского университета Мартин Чипперфилд (Martyn Chipperfield), не принимавший участия в исследовании. «ХФУ и другие озоноразрушающие вещества являются сильнодействующими парниковыми газами, и Монреальский протокол известен своими реальными успехами в борьбе с изменением климата за счёт удаления из атмосферы высоких уровней содержания ХФУ».  
Кигалийская поправка к Монреальскому протоколу в 2016 году выдвинула на первый план проблему изменения климата. Страны согласились постепенно отказаться от гидрофторуглеродов (ГФУ), которые используются в таких приложениях, как системы кондиционирования воздуха и пожаротушения. Первоначально ГФУ заменили гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и ХФУ, поскольку они не вредят озону. Тем не менее, ГФУ являются мощными парниковыми газами.  
По словам Янга, Монреальский протокол был «лучшим соглашением о случайном климате». «Это пример того, как наука обнаружила проблему, и мир принял меры для её решения».  
Введение сульфатных аэрозолей в стратосферу было предложено в качестве одного из геоинженерных решений для замедления глобального потепления. «Люди серьёзно говорят об этом, потому что это один из наиболее вероятных геоинженерных механизмов, но он действительно разрушает озон», - сказал Янг. Расчёт вреда для углеродного цикла - это «очевидный последующий эксперимент для нас».  
Исследование подчёркивает важность Конференции сторон ООН по изменению климата (COP26) этой осенью, которая определит успех глобальных климатических целей.  
По мнению Межправительственной группы экспертов по изменению климата, немедленное и быстрое сокращение выбросов парниковых газов необходимо, чтобы остановить наиболее разрушительные последствия изменения климата. 

Ссылка: https://eos.org/articles/how-the-best-accidental-climate-treaty-stopped-runaway-climate-change 

В США началась энергетическая революция — новые мощности «чистой» энергии превысили мощности традиционных источников в четыре раза. Подобных результатов удалось достичь благодаря резкому росту инвестиций в ветряные и солнечные проекты. Об этом сообщает Bloomberg со ссылкой на доклад Министерства энергетики США.

Президент США Джо Байден после своего избрания поставил цель добиться к 2035 году нулевых выбросов в атмосферу, для решения поставленной задачи глава государства потребовал значительно увеличить мощность «зеленых» источников энергии. В отчете Минэнерго США говорится, что по итогам 2020 года 80 процентов новых мощностей пришлись на возобновляемые источники энергии (ВИЭ): ветер (42 процента) и солнце (38 процентов). Оставшиеся 20 процентов роста генерации составили газовые источники. Совокупная мощность новых «зеленых» проектов оценивается в 17 гигаватт.

Точка невозврата.Глобальную климатическую катастрофу признали неизбежной. Что человечество может сделать для спасения?
Смертельный сквозняк.Как замазывание щелей и замена гнилых труб спасет человечество от глобальной катастрофы?
Министр энергетики Дженнифер Грэнхольм заявила, что рекордно большое количество ветряных электростанций указывает одновременно на развитие этой сферы и большую доступность ветряной энергии в будущем.

В настоящее время доминирующее положение в энергетическом секторе занимают традиционные источники энергии. На природный газ приходится 43 процента генерации энергии, потребляемой американскими домохозяйствами. На ядерную и угольную энергии приходится по 20 процентов, а ветроэнергетика обеспечивает 11 процентов нужд населения.
Мир переходит на возобновляемую энергию. В частности, в мае Великобритания поставила рекорд по выработке «чистой» энергии. 21 мая сильный шторм позволил обеспечить электричеством больше половины территории страны.

Ссылка: https://m.lenta.ru/news/2021/09/01/viva_la_revolucion/

Спрос на энергию для отопления и охлаждения зданий меняется с глобальным потеплением.Используя основанную на методологии градусо-дней нагрева и охлаждения модель зависимого от климата спроса на энергию, применённую к тридцати вариантам расчётов модели глобального климата, авторы показали, что во всех континентальных районах тенденции спроса на энергию для отопления и охлаждения, обусловленные изменением климата, были слабыми, изменяющимися.менее чем на 10% с 1950 по 1990 гг., но с 1990 по 2030 г. они усилились, изменившись более чем на 10%.При использовании мультимодельного среднего значения тренды к увеличению потребности в энергии для охлаждения более выражены, чем тенденции к снижению её потребности в отоплении.Однако изменения в охлаждении сильно различаются в расчётах и варьируются от единиц до нескольких сотен процентов в большинстве густонаселённых районов средних широт.Эта работа представляет собой пример проблем, сопровождающих количественную оценку будущего спроса на энергию в результате неопределённости прогнозируемого климата.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-021-25504-8

Эль-Ниньо / Южное колебание (ЭНЮК) является основным режимом межгодовой изменчивости климата, и понимание его отклика на изменение климата имеет решающее значение, но исследования по-прежнему расходятся в отношении характера и величины этого отклика. Некоторые модели XXI века предполагают, что увеличение CO₂ усиливает ЭНЮК, но исследования показывают, что в палеоклиматических временных масштабах более высокие температуры связаны с уменьшенной амплитудой ЭНЮК и более слабым зональным температурным градиентом Тихого океана, иногда называемым «постоянной Эль-Ниньо». Внутренняя изменчивость усложняет эту дискуссию, маскируя отклик ЭНЮК в прогнозах на столетие. Авторы использовали моделирование климата тысячелетней давности, чтобы выделить вынужденные изменения ЭНЮК в переходных и стабильных условиях. В переходных временных масштабах модели демонстрируют широкий разброс в откликах ЭНЮК, но в тысячелетних временных масштабах почти все они показывают уменьшенную амплитуду ЭНЮК и ослабленный зональный градиент температуры Тихого океана. Эти результаты примиряют различия между моделями XXI века и предположения того, что воздействие СО₂ ослабляет ЭНЮК в долгосрочной перспективе.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-021-01099-2

В Парижском соглашении основное внимание в политике смягчения последствий изменений глобального климата уделялось ограничению глобального потепления полутора или двумя градусами по сравнению с доиндустриальными уровнями. Поэтому прогнозы опасностей и рисков всё чаще строятся на основе уровней глобального потепления, а не сценариев выбросов. Авторы использовали мультиметодный подход для описания поведения экстремальных уровней моря, обусловленного изменениями среднего уровня моря, вызванными широким диапазоном размеров глобального потепления, от 1,5 до 5°C, и для большого количества мест, обеспечивая равномерный охват в большинстве береговых линий мира. По их оценкам, к 2100 году ~ 50% из 7000+ рассматриваемых мест будут испытывать экстремальные уровни моря, случающиеся сегодня раз в 100 лет, по крайней мере, один раз в год, даже при потеплении на 1,5°C, а часто и задолго до конца века. Тропики кажутся более чувствительными, чем северные высокие широты, где в некоторых местах эта частота не меняется даже при самых высоких уровнях глобального потепления.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-021-01127-1

Антропогенное потепление привело к беспрецедентному сокращению площади морского льда в Арктике в течение всего года. Это имеет далеко идущие последствия для коренных и местных общин, полярных экосистем и глобального климата и вызывает потребность в точных сезонных прогнозах состояния морского льда. Хотя основанные на физике динамические модели могут успешно прогнозировать сплочённость морского льда на несколько недель вперед, они с трудом могут превзойти простые статистические оценки при большей заблаговременности. Авторы представили вероятностную систему прогнозирования морского льда с глубоким обучением IceNet. Система была обучена на моделировании климата и данных наблюдений для прогнозирования на следующие шесть месяцев и нанесения на карты среднемесячной концентрации морского льда. Показано, что IceNet расширяет диапазон точных прогнозов морского льда, превосходя современную динамическую модель в сезонных прогнозах летнего морского льда, особенно для экстремальных ледовых явлений. Это поэтапное изменение способности прогнозирования морского льда приближает нас к инструментам сохранения, снижающим риски, связанные с быстрой потерей морского льда.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41467-021-25257-4

Экстремальное количество осадков будет расти при потеплении климата, но изменение масштабов наводнений при более сильных осадках менее ясно. Исторически сложилось так, что существует мало свидетельств систематического увеличения силы наводнений, несмотря на наблюдаемое увеличение количества экстремальных осадков. Авторы исследуют, как масштабы паводков меняются в ответ на потепление, используя большой ансамбль вариантов начальных условий для расчётов с помощью сочетания климатической и гидрологической моделей. Эта цепочка моделей была применена к историческим (1961–2000 гг.) и более тёплым будущим (2060–2099 гг.) климатическим условиям для 78 водосборов в Баварии, регионе, включающем водосборные бассейны рек Инн, Дунай и Майн, таким образом представляя область с выраженной гидрологической неоднородностью. Для большинства водосборов определены «пороговое значение интервала возврата» во взаимосвязи между количеством осадков и увеличением паводков: при интервалах повторения, превышающих этот порог, дальнейшее увеличение частоты и величины экстремальных осадков явно приводит к увеличению масштабов паводков; ниже порога величина наводнения модулируется процессами на поверхности суши. Авторы предполагают, что такое пороговое поведение может согласовать климатологические и гидрологические перспективы изменения риска наводнений в условиях потепления.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-021-00248-x