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L'énergie durable

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L'énergie durable
Éoliennes près de Vendsyssel, Danemark (2004)
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L'énergie durable est la pratique qui consiste à utiliser l' énergie d'une manière qui «répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre à leurs propres besoins». [1] [2]

Répondre aux besoins mondiaux en électricité, en chauffage, en climatisation et en électricité pour le transport de manière durable est largement considéré comme l'un des plus grands défis auxquels l'humanité est confrontée au 21e siècle. Dans le monde, près d'un milliard de personnes n'ont pas accès à l'électricité et environ 3 milliards de personnes dépendent de combustibles fumés comme le bois, le charbon de bois ou les excréments d'animaux pour cuisiner. Ces combustibles et les combustibles fossiles sont un contributeur majeur à la pollution de l'air , qui cause environ 7 millions de décès par an. La production et la consommation d'énergie émettent plus de 70% des émissions de gaz à effet de serre d' origine humaine .

Les voies proposées pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 ° C décrivent la mise en œuvre rapide de méthodes de production d'électricité à faibles émissions et une évolution vers une utilisation accrue de l'électricité dans des secteurs tels que les transports. Les voies comprennent également des mesures pour réduire la consommation d'énergie; et l'utilisation de carburants neutres en carbone , tels que l' hydrogène produit par l'électricité renouvelable ou avec la capture et le stockage du carbone . [3] La réalisation de ces objectifs nécessitera des politiques gouvernementales, notamment la tarification du carbone , des politiques spécifiques à l'énergie et l'élimination progressive des subventions aux combustibles fossiles .

Lorsqu'on se réfère aux méthodes de production d'énergie, le terme "énergie durable" est souvent utilisé de manière interchangeable avec le terme " énergie renouvelable ". En général, les sources d'énergie renouvelables telles que l' énergie solaire , éolienne et hydroélectrique sont largement considérées comme durables. Cependant, des projets particuliers d'énergie renouvelable, tels que le défrichement des forêts pour la production de biocarburants , peuvent entraîner des dommages environnementaux similaires, voire pires, par rapport à l'utilisation d'énergie fossile. L'énergie nucléaire est une source zéro émission et alors que sa durabilité est débattue [4] [5], l' Union européennel'a choisi pour faire partie d'un squelette énergétique bas carbone d'ici 2050. [6]

Des quantités modérées d'énergie éolienne et solaire, qui sont des sources d'énergie intermittentes , peuvent être intégrées au réseau électrique sans infrastructure supplémentaire telle que le stockage d'énergie du réseau . Ces sources ont généré 7,5% de l'électricité mondiale en 2018 [7], une part qui a augmenté rapidement. À partir de 2019, les coûts de l'énergie éolienne, solaire et des batteries devraient continuer de baisser.

Définitions

Les bâtiments du règlement solaire de Schlierberg intègrent des panneaux solaires sur le toit et sont construits pour une efficacité énergétique maximale. En conséquence, ils produisent plus d'énergie qu'ils n'en consomment.

Le concept de développement durable a été décrit par la Commission mondiale de l'environnement et du développement dans son livre de 1987, Notre avenir à tous . [1] Sa définition de la "durabilité", maintenant largement utilisée, était, "Le développement durable devrait répondre aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre à leurs propres besoins." [1]

Dans son livre, la Commission a décrit quatre éléments clés de la durabilité en matière d'énergie: la capacité d'augmenter l'approvisionnement en énergie pour répondre aux besoins humains croissants, l'efficacité et la conservation énergétiques, la santé et la sécurité publiques, et "la protection de la biosphère et la prévention de formes de pollution plus localisées. " [8] Diverses définitions de l'énergie durable ont été proposées depuis lors, qui reposent également sur les trois piliers du développement durable, à savoir l'environnement, l'économie et la société.

  • Les critères environnementaux comprennent les émissions de gaz à effet de serre , l'impact sur la biodiversité et la production de déchets dangereux et d'émissions toxiques.
  • Les critères économiques comprennent le coût de l'énergie, si l'énergie est fournie aux utilisateurs avec une grande fiabilité et les effets sur les emplois associés à la production d'énergie.
  • Les critères socioculturels incluent la prévention des guerres sur l'approvisionnement énergétique ( sécurité énergétique ) et la disponibilité à long terme de l'énergie.

Le principe organisateur de la durabilité est le développement durable , qui comprend les quatre domaines interconnectés: l'écologie, l'économie, la politique et la culture. [9]

Statut actuel

Fournir une énergie durable est largement considéré comme l'un des plus grands défis auxquels l'humanité est confrontée au XXIe siècle, à la fois en termes de satisfaction des besoins du présent et en termes d'effets sur les générations futures. [10] [11] Bill Gates a déclaré en 2011:

Si vous me laissiez le choix entre choisir les 10 prochains présidents ou veiller à ce que l'énergie soit respectueuse de l'environnement et un quart plus coûteuse, je choisirais la question de l'énergie. [12]

Dans le monde, près d'un milliard de personnes n'ont pas accès à l'électricité et plus de 2,5 milliards de personnes dépendent de combustibles sales pour cuisiner. [13] La pollution de l'air , causée en grande partie par la combustion de carburant, tue environ 7 millions de personnes chaque année. [14] Les objectifs de développement durable des Nations Unies appellent à "l'accès à une énergie abordable, fiable, durable et moderne pour tous" d'ici 2030. [15]

La production et la consommation d'énergie sont des contributeurs majeurs au changement climatique , étant responsables de 72% des émissions annuelles de gaz à effet de serre d'origine humaine en 2014. La production d'électricité et de chaleur contribue à 31% des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine, l'utilisation de l'énergie dans les transports contribue 15%, et l'utilisation d'énergie dans la fabrication et la construction représente 12%. 5% supplémentaires sont libérés par des processus associés à la production de combustibles fossiles et 8% par diverses autres formes de combustion de combustibles. [16] [17] En 2015, 80% de l' énergie primaire mondiale est produite à partir de combustibles fossiles. [18]

Dans les pays en développement, plus de 2,5 milliards de personnes dépendent des cuisinières traditionnelles [13] et des feux ouverts pour brûler de la biomasse ou du charbon pour le chauffage et la cuisson. Cette pratique provoque une pollution atmosphérique locale nocive et augmente le danger d'incendie, entraînant environ 4,3 millions de décès par an. [19] De plus, de graves dommages environnementaux locaux, y compris la désertification , peuvent être causés par une récolte excessive de bois et d'autres matériaux combustibles. [20] La promotion de l'utilisation de combustibles plus propres et de technologies plus efficaces pour la cuisson est donc l'une des principales priorités de l' initiative Énergie durable pour tous des Nations Unies . À partir de 2019 , les efforts de conceptionles cuisinières propres , peu coûteuses, alimentées par des sources d'énergie durables et acceptables pour les utilisateurs ont été pour la plupart décevantes. [19]

Voies proposées pour l'atténuation du changement climatique

Parc éolien de Bangui aux Philippines .
Des travailleurs construisent une structure de panneaux solaires au Malawi

Un travail d'analyse coûts-avantages a été effectué par un éventail disparate de spécialistes et d'organismes afin de déterminer la meilleure voie pour décarboniser l'approvisionnement énergétique du monde. [21] [22] Le rapport spécial 2018 du GIEC sur le réchauffement climatique de 1,5 ° C indique que pour limiter le réchauffement à 1,5 ° C et éviter les pires effets du changement climatique, "les émissions nettes mondiales de CO
2devrait baisser d'environ 45% par rapport aux niveaux de 2010 d'ici 2030, pour atteindre zéro net vers 2050. "Dans le cadre de ce rapport, le groupe de travail du GIEC sur l' atténuation des changements climatiques a examiné une variété de documents précédemment publiés qui décrivent les voies (c.-à-d. portefeuilles d'options d'atténuation) pour stabiliser le système climatique par des changements dans l'énergie, l'utilisation des terres, l'agriculture et d'autres domaines.

Les voies qui sont compatibles avec la limitation de l'avertissement à environ 1,5 ° C décrivent une transition rapide vers la production d'électricité par des méthodes à faibles émissions et une utilisation accrue de l'électricité au lieu d'autres combustibles dans des secteurs tels que les transports. [23] Ces voies ont les caractéristiques suivantes (sauf indication contraire, les valeurs suivantes sont la médiane de toutes les voies):

  • Énergies renouvelables: la proportion d' énergie primaire fournie par les énergies renouvelables passe de 15% en 2020 à 60% en 2050. [24] La proportion d'énergie primaire fournie par la biomasse passe de 10% à 27% [25], avec des contrôles efficaces pour déterminer si l'utilisation des terres est modifiée dans la croissance de la biomasse. [26] La proportion de l'énergie éolienne et solaire passe de 1,8% à 21%. [25]
  • Énergie nucléaire: la proportion d'énergie primaire fournie par l'énergie nucléaire passe de 2,1% en 2020 à 4% en 2050. La plupart des filières décrivent une augmentation de l'utilisation de l'énergie nucléaire, mais certaines décrivent une diminution. Le large éventail de possibilités s'explique par le fait que le déploiement de l'énergie nucléaire "peut être limité par les préférences de la société". [27]
  • Charbon et pétrole: entre 2020 et 2050, la proportion d'énergie primaire provenant du charbon diminue de 26% à 5%, et la proportion provenant du pétrole diminue de 35% à 13%. [25]
  • Gaz naturel: dans la plupart des filières, la proportion d'énergie primaire fournie par le gaz naturel diminue, mais dans certaines filières, elle augmente. En utilisant les valeurs médianes dans toutes les filières, la proportion d'énergie primaire provenant du gaz naturel passe de 23% en 2020 à 13% en 2050 [25].
  • Capture et stockage du carbone: les voies décrivent une utilisation accrue de la capture et du stockage du carbone pour la bioénergie et l'énergie fossile. [27]
  • Électrification: en 2020, environ 20% de la consommation finale d'énergie est fournie par l'électricité. D'ici 2050, cette proportion a plus que doublé dans la plupart des filières. [28]
  • Économies d'énergie: les voies décrivent des méthodes pour augmenter l'efficacité énergétique et réduire la demande d'énergie dans tous les secteurs (industrie, bâtiments et transports). Grâce à ces mesures, les filières montrent que la consommation d'énergie reste à peu près la même entre 2010 et 2030 et augmente légèrement d'ici 2050. [29]

Sources d'énergie renouvelables

Hausse de la consommation d'énergie renouvelable de 1965 à 2016

Lorsqu'on se réfère aux sources d'énergie, les termes "énergie durable" et "énergie renouvelable" sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais certains projets d'énergie renouvelable soulèvent parfois des problèmes de durabilité importants. Les technologies des énergies renouvelables sont des contributeurs essentiels à l'énergie durable car elles contribuent généralement à la sécurité énergétique mondiale et réduisent la dépendance aux ressources en combustibles fossiles , atténuant ainsi les émissions de gaz à effet de serre. [30]

Énergie solaire

Centrale solaire de 11 MW près de Serpa, Portugal

En 2018, l'énergie solaire fournissait environ 3% de l'électricité mondiale. [7] La production d'électricité solaire utilise des cellules photovoltaïques (PV) pour convertir la lumière en courant électrique. Les modules photovoltaïques peuvent être intégrés dans des bâtiments ou utilisés dans des centrales photovoltaïques connectées au réseau électrique. Ils sont particulièrement utiles pour fournir de l' électricité aux régions éloignées . Bien que généralement garanti pendant 25 ans, il est affirmé qu'un panneau solaire moyen durera 40 ans [31] et presque tout peut être recyclé. [32]

Actuellement, les panneaux photovoltaïques (PV) n'ont la capacité de convertir qu'environ 24% de la lumière solaire qui les frappe en électricité. [33] À ce rythme, l'énergie solaire présente encore de nombreux défis pour une mise en œuvre généralisée, mais des progrès constants ont été accomplis dans la réduction des coûts de fabrication et l'augmentation de l'efficacité photovoltaïque. En 2008, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont développé une méthode pour stocker l'énergie solaire en l'utilisant pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau. [34] Ces recherches visent à éliminer l'obstacle auquel le développement solaire est confronté pour stocker de l'énergie à utiliser pendant les heures nocturnes lorsque le soleil ne brille pas.

De grands projets de recherche nationaux et régionaux sur la photosynthèse artificielle sont en train de concevoir des systèmes basés sur les nanotechnologies qui utilisent l'énergie solaire pour diviser l'eau en hydrogène [35] et une proposition a été faite pour un projet mondial de photosynthèse artificielle. [36]

Des recherches sont en cours sur l'énergie solaire spatiale , un concept dans lequel des panneaux solaires sont lancés dans l'espace et l'énergie qu'ils captent est retransmise sur Terre sous forme de micro-ondes. Une installation d'essai de la technologie est en cours de construction en Chine. [37]

La maison solaire n ° 1 du MIT construite en 1939 utilisait le stockage saisonnier d'énergie thermique (STES) pour le chauffage toute l'année.

Chauffage solaire

Esquisse d'un collecteur d'auges paraboliques

Les systèmes de chauffage solaire se composent généralement de capteurs solaires thermiques, d'un système de fluide pour déplacer la chaleur du collecteur vers son point d'utilisation, et d'un réservoir ou réservoir pour le stockage de chaleur et l'utilisation ultérieure. Les systèmes peuvent être utilisés pour chauffer l'eau chaude sanitaire, l'eau de piscine ou pour le chauffage des locaux. [38] La chaleur peut également être utilisée pour des applications industrielles ou comme apport d'énergie pour d'autres utilisations telles que les équipements de refroidissement. [39] Dans de nombreux climats, un système de chauffage solaire peut fournir un pourcentage très élevé (20 à 80%) d'énergie pour l'eau chaude sanitaire. La chaleur peut être stockée grâce aux technologies de stockage d'énergie thermique . Par exemple, la chaleur estivale peut être stockée pour le chauffage hivernal. Des principes similaires sont utilisés pour stocker le froid hivernal pour la climatisation d'été.

Énergie éolienne

Éolien: capacité installée mondiale [40]

En 2018, l'énergie éolienne a fourni environ 6% de l'approvisionnement mondial en électricité. [7] Cependant, il peut être difficile d'implanter des éoliennes dans certaines régions pour des raisons esthétiques ou environnementales. [30] Un grand parc éolien peut comprendre plusieurs centaines d'éoliennes individuelles et couvrir une zone étendue de centaines de kilomètres carrés, mais le terrain entre les éoliennes peut être utilisé à des fins agricoles ou autres. Un parc éolien peut également être situé au large.

Après environ 20 ans, les pales d'éoliennes doivent être remplacées par des pales plus grandes, et les recherches se poursuivent sur la meilleure façon de les recycler et de fabriquer des pales plus faciles à recycler. [41]

Hydroélectricité

Les barrages hydroélectriques sont l'une des sources d'énergie durable les plus largement déployées.

Parmi les sources d'énergie renouvelable, les centrales hydroélectriques ont l'avantage d'être durables: de nombreuses centrales existantes fonctionnent depuis plus de 100 ans. De plus, les centrales hydroélectriques sont propres, ont peu d'émissions et peuvent compenser les variations de l'énergie éolienne et solaire. [42] Les critiques dirigées contre les centrales hydroélectriques à grande échelle comprennent: la dislocation des personnes vivant là où les réservoirs sont prévus, et le rejet de gaz à effet de serre pendant la construction et l'inondation du réservoir. [43]

Cependant, il a été constaté que les émissions élevées ne sont associées qu'aux réservoirs peu profonds dans les régions chaudes (tropicales), et les récentes innovations dans la technologie des turbines hydroélectriques permettent le développement efficace de projets d' hydroélectricité au fil de l'eau à faible impact . [44] De manière générale, les centrales hydroélectriques produisent des émissions de cycle de vie beaucoup plus faibles que les autres types de production.

En 2015, l'hydroélectricité a fourni 16% de l'électricité mondiale, contre un sommet de près de 20% entre le milieu et la fin du XXe siècle. [45] Elle a produit 60% de l'électricité au Canada et près de 80% au Brésil. [45] Depuis 2017, la construction de nouvelles centrales hydroélectriques s'est arrêtée ou ralentie depuis 1980 dans la plupart des pays, à l'exception de la Chine. [45]

Biomasse

Une plantation de canne à sucre produira de l' éthanol au Brésil
Une centrale de cogénération au bois pour fournir de l'électricité à plus de 30 000 foyers en France

La biomasse est une matière biologique dérivée d'organismes vivants ou récemment vivants. En tant que source d'énergie, la biomasse peut être brûlée pour produire de la chaleur et produire de l'électricité ou convertie en biocarburants modernes tels que le biodiesel et l' éthanol .

La biomasse est extrêmement polyvalente et l'une des sources d'énergie renouvelable les plus utilisées. Il est disponible dans de nombreux pays, ce qui le rend attrayant pour réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles importés. Si la production de biomasse est bien gérée, les émissions de carbone peuvent être considérablement compensées par l'absorption de dioxyde de carbone par les plantes au cours de leur durée de vie. Cependant, cette «dette carbone» peut être remboursée trop tard, ou (notamment aux États-Unis) mal comptabilisée. [46] Si la source de biomasse est constituée de déchets agricoles ou municipaux, la brûler ou la convertir en biogaz permet également d'éliminer ces déchets. [47] La production de bioénergie peut être combinée avec la capture et le stockage du carbonepour créer un système à zéro carbone ou à carbone négatif, mais il est douteux que cela puisse être étendu assez rapidement. [48]

Si la biomasse est récoltée à partir de cultures, telles que les plantations d'arbres, la culture de ces cultures peut déplacer les écosystèmes naturels , dégrader les sols et consommer les ressources en eau et les engrais synthétiques. [47] [49] Dans certains cas, ces impacts peuvent en fait entraîner des émissions globales de carbone plus élevées par rapport à l'utilisation de carburants à base de pétrole. [49] [50]

Biocarburants

Les biocarburants sont des carburants, tels que l' éthanol , fabriqués à partir de divers types de biomasse , comme le maïs ou la betterave à sucre. Les biocarburants sont généralement liquides et utilisés pour alimenter le transport, souvent mélangés à des combustibles fossiles liquides tels que l'essence, le diesel ou le kérosène. A partir de 2020 qui sont des biocarburants durables est en débat .

L'éthanol cellulosique présente de nombreux avantages par rapport à l'éthanol à base de maïs traditionnel. Il n'emporte pas ou n'entre pas directement en conflit avec l'approvisionnement alimentaire car il est produit à partir de bois, d'herbes ou de parties non comestibles de plantes. [51] De plus, certaines études ont montré que l'éthanol cellulosique était potentiellement plus rentable et économiquement durable que l'éthanol à base de maïs. [52] Depuis 2018, les efforts pour commercialiser la production d'éthanol cellulosique ont été pour la plupart décevants, mais de nouveaux efforts commerciaux se poursuivent. [53] [54]

L'utilisation de terres agricoles pour cultiver du carburant peut réduire la disponibilité de terres pour la culture de nourriture . Étant donné que la photosynthèse est intrinsèquement inefficace et que les cultures nécessitent également des quantités importantes d'énergie pour la récolte, le séchage et le transport, la quantité d'énergie produite par unité de surface est très faible, dans la plage de 0,25 W / m 2 à 1,2 W / m 2 . [55] Aux États-Unis, l'éthanol à base de maïs a remplacé moins de 10% de la consommation d'essence à moteur depuis 2011, mais a consommé environ 40% de la récolte annuelle de maïs dans le pays. [49] En Malaisie et en Indonésie, le défrichement des forêts pour produire de l'huile de palme pour le biodiesel a conduit àde graves effets sociaux et environnementaux , car ces forêts sont des puits de carbone et des habitats essentiels pour les espèces menacées. [56] En 2015, la production mondiale annuelle de biocarburants liquides équivalait à 1,8% de l'énergie extraite du pétrole brut. [45] Il a été suggéré qu'en raison des quantités limitées pouvant être produites de manière durable, il devrait s'agir uniquement de biocarburant pour l'aviation : parce que contrairement à d'autres formes de transport, l'aviation à longue distance ne peut pas être alimentée par des batteries, de l'hydrogène, de l'ammoniac ou des piles à combustible. [57]

Géothermie

L'une des nombreuses centrales électriques de The Geysers , un champ d'énergie géothermique dans le nord de la Californie, avec une puissance totale de plus de 750 MW.

L'énergie géothermique est produite en puisant dans l'énergie thermique créée et stockée dans la terre. Il résulte de la désintégration radioactive d'un isotope du potassium et d'autres éléments trouvés dans la croûte terrestre. [58] L'énergie géothermique peut être obtenue par forage dans le sol, très similaire à l'exploration pétrolière, puis elle est transportée par un fluide caloporteur (par exemple l'eau, la saumure ou la vapeur). [58] Les systèmes géothermiques qui sont principalement dominés par l'eau ont le potentiel de fournir de plus grands avantages au système et généreront plus d'électricité. [59]Au sein de ces systèmes dominés par les liquides, il peut y avoir des problèmes d'affaissement et de contamination des ressources en eau souterraine. Par conséquent, la protection des ressources en eau souterraine est nécessaire dans ces systèmes. Cela signifie qu'une production et une ingénierie prudentes des réservoirs sont nécessaires dans les systèmes de réservoirs géothermiques à dominante liquide. [59] L'énergie géothermique est considérée comme durable car cette énergie thermique est constamment renouvelée. [60]

L'énergie géothermique peut être exploitée pour la production d'électricité et pour le chauffage. Les technologies utilisées comprennent les centrales à vapeur sèche, les centrales à vapeur flash et les centrales à cycle binaire. Depuis 2010, la production d'électricité géothermique est utilisée dans 24 pays [61], tandis que le chauffage géothermique est utilisé dans 70 pays. [62] Les marchés internationaux ont augmenté à un taux annuel moyen de 5 pour cent au cours des trois années jusqu'en 2015. [63]

L'énergie géothermique est considérée comme une source d'énergie renouvelable et durable car l'extraction de chaleur est faible par rapport au contenu calorifique de la Terre . [64] Les émissions de gaz à effet de serre des centrales électriques géothermiques représentent en moyenne 45 grammes de dioxyde de carbone par kilowattheure d'électricité, soit moins de 5 pour cent de celles des centrales au charbon conventionnelles. [62]

Énergie marine

L'énergie marine est principalement l' énergie marémotrice et l'énergie houlomotrice . À partir de 2020 , quelques petites centrales marémotrices fonctionnent en France et en Chine [65], et les ingénieurs continuent d'essayer de rendre les équipements houlomoteurs plus robustes contre les tempêtes. [66]

Sources d'énergie non renouvelables

Énergie nucléaire

Émissions de CO 2 liées à la production d'électricité en France au 27 mai 2020 avec une intensité globale de CO 2 de 52 gCO2eq / kWh.
Émissions de CO 2 liées à la production d'électricité en France au 27 mai 2020 avec une intensité globale de CO 2 de 52 gCO 2 eq / kWh. Source: électricitémap.org

La durabilité de l'énergie nucléaire basée sur la fission nucléaire est débattue car la technologie largement utilisée aujourd'hui consomme du minerai d' uranium extrait qui est une ressource non renouvelable. Cependant, comme la quantité d'énergie nucléaire par unité de combustible est un million de fois supérieure à l'énergie chimique de tout autre combustible, les quantités de combustible utilisées dans la fission nucléaire sont proportionnellement plus faibles. En raison de l'utilisation relativement faible du combustible, du taux élevé de recyclage du combustible usé (jusqu'à 96%) et de vastes réserves, l'énergie nucléaire peut être considérée comme pratiquement durable à l'échelle de centaines d'années. [67]

Les centrales nucléaires sont utilisées depuis les années 50 pour produire un approvisionnement en électricité nul et stable, sans créer de pollution atmosphérique locale . En 2012, les centrales nucléaires de 30 pays ont généré 11% de l'électricité mondiale. [68] Le GIEC considère l'énergie nucléaire comme une source d'énergie à faible émission de carbone, avec des émissions de gaz à effet de serre tout au long du cycle de vie (y compris l'extraction et le traitement de l' uranium ), similaires aux émissions provenant de sources d'énergie renouvelables. [69] À partir de 2020, l'énergie nucléaire fournit 50% de l'électricité à faible émission de carbone de l'Union européenne et 26% de la production totale d'énergie en Europe. [70]

Émissions de CO 2 liées à la production d'électricité en Allemagne au 27 mai 2020 avec une intensité globale de CO2 de 257 gCO2eq / kWh.
CO lié à la production d'électricité
2émissions en Allemagne au 27 mai 2020, avec un taux de CO global
2intensité de 257 gCO2eq / kWh. Source: électricitémap.org

Le mouvement antinucléaire a entraîné une diminution de la contribution de l'énergie nucléaire à l'approvisionnement mondial en électricité depuis 1993. [71] Le soutien public à l'énergie nucléaire est souvent faible en raison de problèmes de sécurité [72], mais pour chaque unité de l'énergie produite, l'énergie nucléaire est bien plus sûre que l'énergie fossile. [73] Les groupes environnementaux traditionnels tels que Greenpeace et le Sierra Club sont opposés à toute utilisation de l'énergie nucléaire. [74] Les individus qui ont décrit l'énergie nucléaire comme une source d'énergie verte incluent Stewart Brand , [74] George Monbiot , [75] Bill Gates ,[76] James Lovelock [77] et directeur de Greenpeace UK (2001-2007) Stephen Tindale . [78]

En 2018, l'énergie nucléaire a été choisie par l'Union européenne dans le cadre du système électrique européen à faible émission de carbone. [6]

Futurs designs

Les nouvelles conceptions de réacteurs nucléaires sont capables d'extraire de l'énergie des déchets nucléaires jusqu'à ce qu'elle ne soit plus (ou considérablement moins) dangereuse, et ont des caractéristiques de conception qui minimisent considérablement la possibilité d'un accident nucléaire. Ces conceptions (par exemple le réacteur à sel fondu ) doivent encore être commercialisées. Certains autres réacteurs, tels que le réacteur rapide intégré , peuvent «brûler» les déchets nucléaires grâce à un processus appelé transmutation nucléaire . Les centrales nucléaires peuvent être plus ou moins éliminées de leur problème de déchets nucléaires grâce à l'utilisation du retraitement nucléaire et des centrales plus récentes telles que les centrales de production rapide .

Le thorium est une matière fissile utilisée dans l'énergie nucléaire à base de thorium . Le cycle du combustible au thorium revendique plusieurs avantages potentiels par rapport au cycle du combustible à l'uranium , notamment une plus grande abondance , des propriétés physiques et nucléaires supérieures, une meilleure résistance à la prolifération des armes nucléaires [79] [80] [81] et une réduction de la production de plutonium et d' actinides . [81] Par conséquent, il est parfois qualifié de durable. [82] L'évaluation de la sécurité des centrales nucléaires déjà en exploitation pour prolonger leur durée de vie, peut-être jusqu'à 80 ans, [83] se poursuit.[84] Indépendamment des accidents passés, l'énergie nucléaire reste la source d'énergie la plus sûre disponible par unité d'énergie par rapport à d'autres sources. [85]

Fusion

Une source d'énergie potentielle est la fusion nucléaire (par opposition à la fission nucléaire utilisée aujourd'hui). C'est la réaction qui existe dans les étoiles, y compris le Soleil. Les réacteurs à fusion actuellement en construction ( ITER ) devraient être intrinsèquement sûrs en raison de l'absence de réaction en chaîne et ne produisent pas de déchets nucléaires à longue durée de vie. [86] Le combustible des réacteurs à fusion nucléaire est le deutérium , le lithium et le tritium très largement disponibles . [87]

Capture et stockage du carbone

En théorie, les émissions de gaz à effet de serre des centrales à combustibles fossiles et à biomasse peuvent être considérablement réduites grâce à la capture et au stockage du carbone , bien que ce processus soit coûteux. Selon le Groupe d'experts intergouvernemental sur l' évolution du climat , la voie la moins coûteuse pour atteindre l'objectif de 2 ° C comprend le déploiement massif d'un type spécifique de technologie d'émissions négatives appelée bioénergie avec capture et séquestration du carbone , ou BECCS. [88] Cependant, la réalisation de cet objectif grâce au BECCS nécessite plus de ressources que celles actuellement disponibles dans le monde. Par exemple, pour capter 10 milliards de tonnes de CO 2 par an (GtCO 2/ an) nécessiterait de la biomasse de 40 pour cent des terres cultivées actuelles du monde. [89]

Gérer les sources d'énergie intermittentes

Dans une centrale hydroélectrique à stockage pompé , l'eau est pompée en amont, la production d'électricité dépasse la demande. L'eau est ensuite libérée pour produire de l' hydroélectricité .

Le solaire et l'éolien sont des sources d'énergie renouvelable variable (ERV) qui fournissent de l'électricité par intermittence en fonction de la météo et de l'heure. L'intermittence globale peut être réduite en combinant ces sources. [90] [91]

La plupart des réseaux électriques ont été construits pour des sources d'énergie non intermittentes telles que les centrales électriques au charbon. Selon l' Agence internationale de l'énergie : "La flexibilité du système d'alimentation est requise sur une gamme d'échelles de temps, et différentes solutions matérielles de flexibilité et solutions de pratiques opérationnelles offrent des capacités spécifiques à l'échelle de temps". [92] La moitié de l'électricité mondiale devra être éolienne et solaire d'ici 2030, pour limiter l'augmentation globale de la température à bien en dessous de 2 ° C d'ici 2050. [93] Comme de plus grandes quantités d'énergie solaire et éolienne sont intégrées dans le réseau, il devient nécessaire d'apporter des modifications au système global pour s'assurer que l'approvisionnement en électricité est adapté à la demande. Ces changements peuvent inclure les éléments suivants:

  • Utilisation d'hydroélectricité, de centrales au gaz naturel ou d'autres combustibles fossiles ou centrales nucléaires pour produire de l'énergie de secours
  • Utiliser le stockage d'énergie du réseau pour stocker l'excédent d'énergie solaire et éolienne et le libérer au besoin. L' hydroélectricité à stockage par pompage est la méthode de stockage la plus couramment utilisée , ce qui n'est possible qu'à des emplacements proches d'une grande colline ou d'une mine souterraine profonde. Les batteries sont largement déployées. D'autres technologies de stockage telles que l' électricité au gaz ont été utilisées dans des situations limitées. [94]
  • Échange d'électricité avec d'autres emplacements dans un réseau régional ou via des lignes de transport longue distance
  • Réduire la demande d'électricité à certains moments grâce à la gestion de la demande d'énergie et à l'utilisation de réseaux intelligents .
  • Le marché de l'énergie , ou plus précisément le marché de l'électricité , évolue de sorte que la flexibilité de l'alimentation électrique est mieux rémunérée [95] [96]

À partir de 2019, le coût et la logistique du stockage de l'énergie pour les grandes agglomérations constituent un défi important, bien que le coût des systèmes de batteries ait considérablement chuté. [97] Par exemple, une étude de 2019 a révélé que pour que l'énergie solaire et éolienne remplace toute la production de combustibles fossiles pendant une semaine de froid extrême dans l'est et le centre-ouest des États-Unis, la capacité de stockage d'énergie devrait augmenter par rapport aux 11 GW en place à ce temps à entre 230 GW et 280 GW, selon la quantité d'énergie nucléaire est retirée. [97]

Le stockage par pompage ainsi que la charge après le charbon, le gaz fossile et les centrales nucléaires sont les techniques les plus répandues pour équilibrer les sources d'énergie intermittentes à partir de 2020.

À partir de 2020 dans l' Union européenne, cette est devenue la norme de facto dans les pays qui ont décidé de fermer leurs centrales nucléaires zéro émission comme l'Allemagne. [98] [99] [100] [101] Cette pratique a conduit à un débat entre l'Allemagne, qui a fait des investissements importants dans les importations de gaz fossile mais a échoué à ses émissions de CO
2des objectifs de réduction des émissions [102] et la France, dont le mix énergétique est largement composé d' énergie nucléaire et dont les émissions moyennes de CO2 du secteur énergétique sont 5 fois inférieures à celles de l'Allemagne. [103] [104]

Efficacité énergétique

L'évolution vers la durabilité énergétique nécessitera des changements non seulement dans la manière dont l'énergie est fournie, mais aussi dans la façon dont elle est utilisée, et la réduction de la quantité d'énergie requise pour fournir divers biens ou services est essentielle. Les possibilités d'amélioration du côté de la demande de l'équation énergétique sont aussi riches et diversifiées que celles du côté de l'offre et offrent souvent des avantages économiques importants. [105]

L'efficacité ralentit la croissance de la demande d'énergie, de sorte que l'augmentation de l'approvisionnement en énergie propre peut réduire considérablement l'utilisation des combustibles fossiles. Une analyse historique récente a démontré que le taux d’ amélioration de l’efficacité énergétique a été généralement dépassé par le taux de croissance de la demande d’énergie, qui est dû à la croissance économique et démographique continue . En conséquence, malgré les gains d'efficacité énergétique, la consommation totale d'énergie et les émissions de carbone associées ont continué d'augmenter. Ainsi, étant donné les limites thermodynamiques et pratiques des améliorations de l'efficacité énergétique, il est essentiel de ralentir la croissance de la demande d'énergie. [106]Cependant, à moins que les approvisionnements en énergie propre ne soient mis en ligne rapidement, le ralentissement de la croissance de la demande ne commencera qu'à réduire les émissions totales; la réduction de la teneur en carbone des sources d'énergie est également nécessaire. Toute vision sérieuse d'une économie énergétique durable nécessite donc des engagements à la fois en matière d'énergies renouvelables et d'efficacité. [107]

Tendances

À partir de 2019, les combustibles fossiles fournissent encore plus de 80% de la consommation mondiale d'énergie et, bien que la consommation d'énergie par personne devrait culminer dans les années 2020, l'utilisation d'énergie durable n'augmente pas assez rapidement pour atteindre l'objectif de 2 degrés de l'Accord de Paris. [108]

En 2019, les prévisions pour les 400 GW de capacité d'énergie nucléaire, qui en 2018 fournissaient 10% de l'électricité mondiale, varient d'une baisse de 8% à une augmentation de 25% d'ici 2030. [109]

En 2020, l'Agence internationale de l'énergie a averti que les turbulences économiques causées par l' épidémie de coronavirus pouvaient empêcher ou retarder les entreprises d'investir dans l'énergie verte. [110] [111] [112] L'épidémie pourrait potentiellement entraîner un ralentissement de la transition énergétique propre du monde si aucune action n'est entreprise. [113]

Passage du charbon au gaz naturel

En moyenne, pour une unité d'énergie produite, les émissions de gaz à effet de serre du gaz naturel représentent environ la moitié des émissions de charbon lorsqu'il est utilisé pour produire de l'électricité et environ les deux tiers des émissions de charbon lorsqu'il est utilisé pour produire de la chaleur: cependant, la réduction des fuites de méthane est impératif. [114] Le gaz naturel produit également beaucoup moins de pollution atmosphérique que le charbon. La construction de centrales électriques au gaz et de gazoducs est donc encouragée comme moyen de réduire les émissions et d'éliminer l'utilisation du charbon, mais cette pratique est controversée. Les opposants soutiennent que le développement des infrastructures de gaz naturel créera des décennies d' immobilisation du carbone et d'actifs bloqués, et que les énergies renouvelables génèrent beaucoup moins d'émissions à des coûts comparables. [115] Les émissions de gaz à effet de serre du gaz naturel sur le cycle de vie représentent environ 40 fois les émissions de l'énergie éolienne et nucléaire.

Électrification

Malgré l' électrification continue, les combustibles fossiles pourraient encore fournir plus des deux tiers de l'énergie mondiale d'ici 2040. [108]

Politiques énergétiques du gouvernement

En comparant les tendances de l'utilisation mondiale de l'énergie, la croissance des énergies renouvelables jusqu'en 2015 est indiquée par la ligne verte [116]

Selon le GIEC, une tarification explicite du carbone et des politiques complémentaires spécifiques à l'énergie sont des mécanismes nécessaires pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 ° C. [117]

Les programmes et réglementations spécifiques à l'énergie ont toujours été le pilier des efforts de réduction des émissions de combustibles fossiles. [118] Les cas réussis incluent la construction de réacteurs nucléaires en France dans les années 1970 et 1980, et les normes d'efficacité énergétique aux États-Unis qui ont conservé des milliards de barils de pétrole. [118] D'autres exemples de politiques spécifiques à l'énergie comprennent les exigences d'efficacité énergétique dans les codes du bâtiment, l'interdiction de nouvelles centrales électriques au charbon, les normes de performance pour les appareils électriques et le soutien à l' utilisation des véhicules électriques . [119] [117] Néanmoins, les subventions aux combustibles fossiles restent un obstacle majeur à la transition vers un système d'énergie propre. [120]

Les taxes sur le carbone sont un moyen efficace d'encourager la transition vers une économie sobre en carbone , tout en fournissant une source de revenus qui peut être utilisée pour réduire d'autres taxes [121] ou pour aider les ménages à faible revenu à payer des coûts énergétiques plus élevés. [122] Les taxes sur le carbone ont rencontré de fortes pressions politiques dans certaines juridictions, tandis que les politiques spécifiques à l'énergie ont tendance à être politiquement plus sûres. [118] Selon l'OCDE, le changement climatique ne peut pas être freiné sans taxes sur le carbone sur l'énergie, mais 70% des émissions de CO2 liées à l'énergie n'ont pas été taxées du tout en 2018. [123] Certaines études estiment que la combinaison d'une taxe sur le carbone avec une énergie spécifique les politiques seraient plus rentables qu'une simple taxe sur le carbone.[117]

Recherche sur l'énergie durable

Il existe de nombreuses organisations dans les secteurs universitaire, fédéral et commercial menant des recherches avancées à grande échelle dans le domaine de l'énergie durable. La production scientifique vers des systèmes énergétiques durables augmente de façon exponentielle, passant d'environ 500 articles de revues anglaises uniquement sur les énergies renouvelables en 1992 à près de 9 000 articles en 2011. [124]

Hydrogène

L'hydrogène est un carburant à émission nulle qui peut être produit en utilisant l' électrolyse pour diviser les molécules d'eau en hydrogène et en oxygène. L'hydrogène peut jouer un rôle dans un système énergétique durable si l'électricité utilisée pour le produire est produite à partir de sources durables, telles que l'énergie éolienne ou solaire. L'hydrogène peut être produit lorsqu'il y a un surplus d'électricité renouvelable intermittente, puis stocké et utilisé pour produire de la chaleur ou pour recréer de l'électricité. L'hydrogène peut être distribué par bateau [125] ou par pipelines. Jusqu'à 20% peuvent être mélangés dans des pipelines de gaz naturel sans changer les pipelines ou les appareils [126], mais comme l'hydrogène est si léger, cela n'économiserait que 7% des émissions. [127] À partir de 2020des essais sont en cours sur la façon de convertir un réseau de gaz naturel à 100% d'hydrogène [128] afin de réduire ou d'éliminer les émissions provenant du chauffage résidentiel et industriel au gaz naturel. [129] Il peut être utilisé pour alimenter des véhicules équipés de piles à combustible à hydrogène . [130] Comme il a une faible teneur en énergie et en volume, il est plus facile à utiliser dans les navires à hydrogène ou les véhicules routiers lourds [131] que dans les voitures et les avions.

En 2018, très peu de l'approvisionnement mondial en hydrogène est créé à partir de sources durables. Presque tout l'hydrogène est créé par le reformage à la vapeur de méthane (SMR), qui entraîne de fortes émissions de gaz à effet de serre mais est actuellement moins cher que la création d'hydrogène par électrolyse. Bien qu'une partie du carbone du SMR puisse être capturée, le processus peut être rendu plus durable en utilisant un reformage autothermique avec des technologies de capture et de stockage du carbone pour éliminer la majeure partie du dioxyde de carbone émis. [129]

Voir aussi

  • Impact environnemental de l'industrie de l'énergie
  • Désinvestissement dans les combustibles fossiles
  • Émissions de gaz à effet de serre du cycle de vie des sources d'énergie
  • Initiative Énergie durable pour tous

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