Background sulle dinamiche di En-ROADS🔗

Quando utilizzi En-ROADS, presta attenzione a quando e quanto le regolazioni del dispositivo di scorrimento comportano deviazioni dallo Scenario di base. Chiedi al tuo pubblico di riflettere sul perché ciò è accaduto per illuminare il pensiero sulle dinamiche del sistema climatico ed energetico che En-ROADS simula.

Alla maggior parte delle dinamiche in En-ROADS si può rispondere con queste spiegazioni:

Interazioni complesse tra domanda e offerta di energia in competizione🔗

1. Ritardi e rotazione del capitale sociale🔗

Le nuove fonti di energia (ad esempio, le rinnovabili e le nuove fonti di energia a zero emissioni di carbonio) impiegano decenni (non anni) per espandersi sufficientemente per competere con carbone, petrolio e gas a livello globale. Una delle principali cause di questi ritardi è che la nuova infrastruttura energetica viene costruita solo quando la vecchia infrastruttura va in pensione o c'è la necessità di soddisfare l'aumento della domanda di energia.

Solo il 6% circa di tutte le infrastrutture energetiche mondiali cambia ogni anno, poiché infrastrutture come centrali elettriche a carbone e raffinerie di petrolio possono essere utilizzate per 30 o più anni. Quindi, mentre le nuove fonti di energia a zero emissioni di carbonio possono costituire la maggior parte della quota di mercato del nuovo capitale energetico, ci vorranno molti anni prima che il vecchio capitale si riattivi e venga ritirato. Il clima è aiutato solo quando carbone, petrolio e gas vengono ritirati e, in assenza di altri interventi, tale quantità è relativamente piccola, circa il 3% all'anno.

Questo risponde a domande come:

• "Perché sovvenzionare le energie rinnovabili, il nucleare o una nuova fonte di energia a zero emissioni di carbonio non aiuta a evitare un ulteriore riscaldamento?"

Questa dinamica è rilevante anche per aumentare l'efficienza energetica o l'elettrificazione. Tuttavia, il capitale che consuma energia, come i veicoli, gli edifici e l'industria, ha una vita media molto più breve (10-15 anni). Si può promuovere immediatamente la vendita di auto elettriche, ad esempio, ma la quantità media di tutte le auto elettriche impiega decenni per raggiungere lo stesso livello poiché ci vuole tempo prima che tutte le vecchie auto a carburante vengano tolte dalla strada.

Per illustrare questo punto: sposta il dispositivo di scorrimento dell'elettrificazione dei trasporti in modo che sia altamente sovvenzionato. Esamina il grafico "Quota elettrica del trasporto totale" e nota che, anche se la quantità di trasporto elettrico cresce, ci vogliono diversi decenni prima che possa raggiungere oltre il 50% del trasporto totale. Confronta questo con il grafico "Quota elettrica delle vendite di trasporto" che aumenta molto più rapidamente, poiché le vendite riflettono più immediatamente l'impatto della sovvenzione.

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Implicazioni di questa dinamica: le politiche che si limitano a promuovere alternative ai combustibili fossili impiegano diversi decenni per ridurre le emissioni di anidride carbonica: l'infrastruttura esistente impiega molto tempo per essere ritirata.

Per saperne di più, guarda questo video su Capital Stock Turnover.

2. Effetti della domanda e dell'offerta🔗

La domanda di energia diminuisce se i prezzi dell'energia aumentano e la domanda aumenta se i prezzi scendono. È più probabile che le persone e le aziende intraprendano azioni per risparmiare energia (come spegnere le luci quando non vengono utilizzate) o investire nell'efficienza energetica (come l'acquisto di elettrodomestici ad alta efficienza energetica o l'isolamento degli edifici) quando i prezzi dell'energia sono elevati. Le politiche dovrebbero essere concepite per consentire alle persone che hanno un carico energetico elevato (una parte importante del loro reddito va a pagare per l'energia) l'accesso a energia a prezzi accessibili e miglioramenti dell'efficienza energetica.

Quando viene fissato un prezzo del carbonio elevato, ad esempio, la domanda di energia diminuisce perché i prezzi dell'energia aumentano. Al contrario, la domanda di energia aumenta quando i prezzi scendono quando un tipo di energia come le rinnovabili o una nuova fonte di energia a zero emissioni di carbonio viene sovvenzionata o sperimenta una svolta nel miglioramento dei costi.

Mentre si sovvenzionano le forniture di energia a basse emissioni di carbonio come le rinnovabili, osserva l'aumento del consumo finale di energia. La diffusione eolica e solare a basso costo in tutto il mondo riduce i prezzi complessivi dell'energia e aumenta la domanda di energia:

Guarda questo scenario in En-ROADS.

D'altra parte, l'attuazione di un prezzo del carbonio provoca un aumento dei costi energetici e una diminuzione dei consumi:

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Perché il circolo vizioso prezzo-domanda indebolisce alcuni degli effetti positivi delle sovvenzioni alle energie rinnovabili o ad altre fonti energetiche a zero emissioni di carbonio?

Il circolo vizioso prezzo-domanda è uno dei motivi per cui sovvenzionare le energie rinnovabili e altre forme di energia a zero emissioni di carbonio è meno efficace nel ridurre le emissioni di CO₂ di quanto ci si potrebbe aspettare.

Ecco i punti chiave da ricordare su questa dinamica:

1. L'energia rinnovabile o altre forme di energia a basse o zero emissioni di carbonio aiutano il clima solo quando sostituiscono carbone, petrolio e gas, impedendo a tali fonti di emettere gas serra.
2. Quando si sovvenziona l'energia rinnovabile o nucleare, o si aggiunge una svolta in una nuova fonte di energia a zero emissioni di carbonio molto economica, si riduce il costo complessivo dell'energia e la domanda aumenta.
3. Questo aumento della domanda di energia indebolisce gli effetti positivi delle rinnovabili/nucleare/nuova energia a zero emissioni di carbonio per due ragioni:
   • L'aumento della domanda di energia è soddisfatto per la maggior parte da energia a basse emissioni di carbonio, ma di conseguenza è disponibile meno energia a basse emissioni di carbonio per sostituire i combustibili fossili.
   • Parte dell'aumento della domanda potrebbe essere soddisfatta da combustibili fossili che altrimenti non sarebbero necessari, che emettono gas serra.

Se le uniche fonti di energia disponibili non emettessero CO₂, allora un aumento della domanda di energia non avrebbe effetti sul clima. Ma nella maggior parte degli scenari, è importante disincentivare la combustione di carbone, petrolio e gas oltre a incentivare le fonti energetiche a basse emissioni di carbonio.

Per saperne di più, guarda questo video sul ciclo di feedback domanda-prezzo.

3. Competizione tra fonti di energia: "spiazzamento" e "spremitura del pallone"🔗

Molti presumono che se il mondo promuovesse diverse fonti energetiche a zero emissioni di carbonio a lungo termine come il nucleare, l'eolico e il solare, il loro contributo alla mitigazione del carbonio sarebbe additivo. Invece, in realtà competono. Più di uno, meno di un altro..

Risponde a domande come:

• "Perché non è stato d'aiuto avere una svolta in una nuova fornitura di energia a zero emissioni di carbonio in questo scenario dominato dalle rinnovabili?"

Per illustrare questo punto: vedere il grafico "Fonti globali di energia primaria" nei tre scenari seguenti. Nel primo grafico, sovvenzioniamo solo le rinnovabili; nel secondo, c'è una svolta in una nuova fornitura di energia a zero emissioni di carbonio; nel terzo grafico, vediamo sia un sussidio per le rinnovabili sia una nuova svolta a zero emissioni di carbonio. Suggerimento: per visualizzare la temperatura in formato 2100 con due cifre decimali, passa il mouse sopra la temperatura.

Nel seguente scenario, un elevato sussidio per le energie rinnovabili porta a una riduzione della temperatura di 0,1 gradi Celsius:

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Un enorme passo avanti in New Zero-Carbon porta da solo a una riduzione di 0,3 gradi Celsius:

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Quando combinati, invece di vedere una riduzione aggiuntiva di 0,26 gradi Celsius, vediamo solo una riduzione della temperatura di 0,2 gradi a causa delle forniture energetiche in competizione tra loro per la quota di mercato:

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Per saperne di più, guarda questo video su "Spiazzare e spremere il palloncino."

4. Politiche complementari: Elettrificazione🔗

Le energie rinnovabili, il nucleare e la nuova energia a zero emissioni di carbonio producono energia sotto forma di elettricità in En-ROADS. Gli edifici, l'industria ei trasporti devono essere in grado di utilizzare l'elettricità per utilizzare queste fonti di energia più pulite. L'elettrificazione degli edifici e dell'industria (ad esempio, passando alle pompe di calore elettriche) e dei trasporti (passaggio dai motori a combustione interna ai veicoli elettrici) è quindi essenziale per cambiare il mix energetico. Si noti in En-ROADS come sovvenzionare in modo significativo le energie rinnovabili porti a una riduzione della temperatura di 0,1 gradi Celsius:

Guarda questo scenario in En-ROADS.

E poi aggiungere una politica per aumentare l'elettrificazione dei trasporti abbassa ulteriormente la temperatura e aumenta la domanda di rinnovabili:

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Allo stesso modo, in uno scenario diverso, tassare il petrolio non è sufficiente a scoraggiare l'uso di questo carburante:

Guarda questo scenario in En-ROADS.

È inoltre necessario aggiungere politiche che incoraggino l'elettrificazione, che consente a cose che dipendevano dal petrolio di utilizzare altre fonti di energia.

Guarda questo scenario in En-ROADS.

5. Economie di scala e apprendimento🔗

I costi delle forniture energetiche come le energie rinnovabili diminuiscono man mano che l'esperienza cumulativa viene acquisita attraverso un ciclo di feedback sull'apprendimento, noto anche come "economie di scala". Ogni raddoppio della capacità installata cumulata di rinnovabili riduce i costi di circa il 20%, creando un ciclo di rinforzo (questo è noto come "progress ratio rapporto di progresso: l'importo relativo della riduzione dei costi per raddoppio della produzione cumulativa di una tecnologia. Nel caso delle energie rinnovabili, l'indice di avanzamento è ipotizzato del 20%, ovvero per ogni raddoppio della produzione i costi diminuiscono del 20%. I costi diminuiscono con la crescita delle catene di approvvigionamento, dei modelli di business e delle industrie di produzione. Conosciuto anche come effetto di apprendimento o curva di apprendimento/esperienza."). Nel grafico sottostante, aumentando la capacità (1) e l'installazione ( 2) di nuove fonti energetiche porta ad un aumento dell'apprendimento (3), ad una diminuzione del prezzo (4), ad un aumento dell'attrattività delle rinnovabili (5) e quindi ad una capacità e impianti ancora maggiori:

Risponde a domande come:

• "Perché dovremmo avere speranza?"
• "Come possiamo permetterci una transizione verso un'economia a basse emissioni di carbonio?"
• "I costi delle rinnovabili non sono proibitivi?"

Per illustrare questo punto: Guarda il grafico "Domanda di energia primaria da fonti rinnovabili" in uno scenario in cui le fonti rinnovabili sono sovvenzionate. Si innesca una crescita esponenziale iniziale che è guidata e sostenuta dalla figura del ciclo di apprendimento rafforzata mostrata sopra.

L'indice di progresso rapporto di progresso: l'importo relativo della riduzione dei costi per raddoppio della produzione cumulativa di una tecnologia. Nel caso delle energie rinnovabili, l'indice di avanzamento è ipotizzato del 20%, ovvero per ogni raddoppio della produzione i costi diminuiscono del 20%. I costi diminuiscono con la crescita delle catene di approvvigionamento, dei modelli di business e delle industrie di produzione. Conosciuto anche come effetto di apprendimento o curva di apprendimento/esperienza. per le rinnovabili è 0,80, che è piuttosto basso rispetto ad altre fonti di energia come il nucleare e il carbone (0,98). Ricorda, un rapporto di avanzamento di 0,80 significa che ogni raddoppio della capacità installata cumulativa riduce i costi del 20%. Per il carbone, ogni raddoppio della capacità installata cumulativa riduce i costi solo del 2%. Il carbone e altre fonti energetiche più vecchie hanno già ottenuto significative riduzioni dei costi grazie ai progressi tecnologici negli ultimi decenni.

Ciò risponde anche alla domanda "Perché è utile sovvenzionare le energie rinnovabili?"

I sussidi riducono il costo delle energie rinnovabili, il che porta a una maggiore installazione di energie rinnovabili ea più esperienza cumulativa (accettazione sociale, formazione di installatori e ingegneri, maggiore disponibilità di fabbriche per realizzare le parti, ecc.). Il ciclo di apprendimento scorre più velocemente di quanto farebbe senza i sussidi. La stessa cosa accadrebbe senza sovvenzioni, ma sarebbe più lenta. Nel frattempo, più carbone, petrolio e gas verrebbero bruciati ed emetterebbero gas serra.

Per illustrare questo punto: Guarda il grafico “Renewables Primary Energy Demand” in uno scenario in cui le rinnovabili sono sovvenzionate. Aumenta la crescita esponenziale guidata e sostenuta dalla figura del ciclo di apprendimento di rinforzo mostrata sopra.

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Per saperne di più, guarda questo video sulle Economie di Scala.

6. Danno economico dal cambiamento climatico🔗

L'aumento della temperatura dovuto al cambiamento climatico danneggia l'economia e riduce i consumi, bilanciando alcuni dei futuri effetti negativi del cambiamento climatico. Un aumento della temperatura globale (1) è legato ai cambiamenti nei modelli climatici - come disastri climatici più frequenti, minori raccolti dovuti a siccità, ecc. - che danneggiano l'economia (2). Ciò influisce sulla crescita del PIL e riduce il consumo globale di energia (3). Meno consumo produce meno emissioni di gas serra, il che si traduce in un minore aumento della temperatura (1). Questo è un ciclo di feedback compensativo o bilanciante:

Risponde a domande quali:

• "En-ROADS tiene conto dei costi degli impatti del cambiamento climatico?"
• "Perché le azioni di rimozione del carbonio aumentano il consumo di energia o le emissioni di CO₂ derivanti dall'energia?"
• "Perché l'azione sulle emissioni agricole o sui rifiuti e sulle perdite aumenta il consumo di energia?"

Ecco i punti chiave da ricordare su questa dinamica:

1. Questa dinamica può essere disattivata con l'interruttore "Il cambiamento climatico rallenta la crescita economica" in Simulazione > Ipotesi > Economia > "Impatto economico del cambiamento climatico". Ciò fa sì che l’economia continui a crescere senza essere influenzata dai cambiamenti climatici, causando più inquinamento da gas serra e più cambiamenti climatici. Si noti che la modifica delle ipotesi in En-ROADS influisce solo sullo scenario attuale e l’impatto economico del cambiamento climatico continuerà ad essere presente nello scenario di base. Visualizza questo scenario in En-ROADS e attiva e disattiva l'interruttore "Il cambiamento climatico rallenta la crescita economica". 0&g0=54&g0-addl=1&g1=62)

2. Le azioni (ad esempio, la rimozione del carbonio o la riduzione delle emissioni agricole o dei rifiuti e delle perdite) che riducono la temperatura senza incidere sui costi energetici o sull’efficienza energetica causeranno comunque un aumento del consumo di energia. La riduzione della temperatura causata da queste azioni riduce parte dell’impatto economico del cambiamento climatico, il che porta a una maggiore crescita del PIL e quindi a un maggiore consumo di energia finale e ad emissioni di gas serra.
   
   Si noti che se le uniche fonti di energia disponibili non emettessero CO₂, un aumento della domanda di energia dovuto alla maggiore crescita del PIL non avrebbe alcun effetto sul clima.

3. Le stime dell’effetto del cambiamento climatico sull’economia, noto come “funzione di danno”, sono varie. La base della funzione di danno dello Scenario di Base è uno studio di Burke et al. 2018. Se gli utenti desiderano scegliere un percorso più alto o più basso per la funzione del danno, possono scegliere tra le funzioni di altri studi sottoposti a revisione paritaria o crearne uno proprio. I dettagli possono essere trovati in queste FAQ: Perché En-ROADS include la funzione di danno di Burke et al. (2018) nello scenario di base?

Per saperne di più, leggi la spiegazione sull'impatto economico del cambiamento climatico in En-ROADS.

Driver dello scenario di base🔗

Per ottenere una comprensione più profonda dei comportamenti del modello, è importante comprendere quali fattori guidano lo scenario di riferimento. Per saperne di più su questo scenario di base, visita questa FAQ: Qual è il contesto e il significato dello scenario di base di En-ROADS?.

1. Driver di crescita🔗

Una sfida per limitare il riscaldamento futuro in questa simulazione è la potente crescita del PIL PIL: Prodotto interno lordo. Il valore totale (denaro) dei beni prodotti e dei servizi forniti in un paese durante un anno. globale (prodotto mondiale lordo). Ciò è guidato dai cursori Popolazione e Crescita economica. Più produzione e consumo di beni e servizi richiedono più energia. Mentre l'efficienza energetica e le modifiche al mix di combustibili possono aiutare a ridurre le emissioni di energia, il loro successo è smorzato dalla crescita del PIL. Parte di questa crescita è rallentata dagli impatti dei cambiamenti climatici, come la riduzione dei raccolti, l'intensificazione dei disastri naturali, l'innalzamento del livello del mare e la perdita di biodiversità. Questo impatto sul PIL è noto come “funzione del danno” e rallenta l'aumento dei consumi e della domanda di energia. Tuttavia, la domanda di energia e le emissioni di CO₂ derivanti dall'energia sono ancora in aumento nel corso del secolo, il che porta molti utenti a esplorare futuri diversi per la popolazione (ad esempio, dando potere alle donne nei paesi in via di sviluppo, che potrebbero ridurre la crescita della popolazione) e la crescita economica misurata in PIL pro persona (ad esempio, trovando modi per soddisfare i bisogni economici senza aumentare i consumi).

Risponde a domande come:

• "Abbiamo fatto molto per l'efficienza energetica e l'energia pulita: perché le emissioni non si sono ridotte abbastanza in modo sostanziale?"

Per illustrare questo punto: vedere la visualizzazione dei grafici Kaya di seguito per uno scenario a basse emissioni con una maggiore efficienza energetica e una transizione verso fonti di energia a basse emissioni di carbonio. Anche se l'intensità energetica del PIL migliora e anche l'intensità di carbonio dell'energia diminuisce, la popolazione globale e il PIL pro capite continuano a crescere.

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Per saperne di più, guarda questo video sui Grafici Kaya.

2. Le emissioni diverse da CO₂ influenzano la temperatura in modo significativo🔗

Il metano (CH₄), l'N₂O e i gas fluorurati sono controllati dai dispositivi di scorrimento Emissioni agricole e Rifiuti e perdite. La regolazione di questi cursori ha un grande impatto sulla temperatura. Ciò implica cambiamenti significativi nella gestione e nel consumo del bestiame, nella gestione dei rifiuti, nell’uso dei fertilizzanti e nell’industria. Queste emissioni rappresentano attualmente circa il 26% delle emissioni totali di gas serra.

Risponde a domande quali:

• “Abbiamo fatto molto nel campo dell’energia: perché non abbiamo risolto la crisi climatica?”

Per illustrare questo punto: Consultare i grafici "Emissioni nette di gas a effetto serra per gas - Area" e "Emissioni nette di gas a effetto serra" e regolare il cursore Emissioni agricole e Rifiuti e perdite. Guarda lo scenario seguente: riducendo notevolmente le emissioni di CH₄, N₂O e gas fluorurati si ottiene una riduzione significativa della temperatura del 2100.

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Dinamica sistemica del clima🔗

1. Dinamiche della vasca da bagno - Le emissioni di CO₂ devono essere uguali o inferiori alle rimozioni di CO₂ affinché la temperatura si stabilizzi🔗

La metafora di una vasca da bagno aiuta a spiegare la dinamica dell'aumento della concentrazione di CO₂ nell'atmosfera. Se più CO₂ entra nell'atmosfera (come l'acqua che scorre in una vasca) di quanta ne viene rimossa (come l'acqua che fuoriesce dalla vasca), allora la quantità di CO₂ nell'atmosfera (la quantità di acqua nella vasca) continuerà ad aumentare. Per appiattire la concentrazione di CO₂ e quindi la temperatura, dobbiamo ridurre le emissioni di CO₂ a parità di rimozioni. Se la tua vasca trabocca, prima chiudi il rubinetto.

Questo risponde a domande come:

• "Le emissioni sono stabilizzate, quindi perché la temperatura o la concentrazione di CO₂ continuano a salire?"

Per illustrare questo punto: Vedere i grafici "Emissioni e rimozioni di CO₂" e "Concentrazione di CO₂" in uno scenario in cui le emissioni di CO₂ si stabilizzano. Anche se le emissioni di CO₂ (in rosso sotto) si sono appiattite, la concentrazione di CO₂ (in blu a destra sotto) continua ad aumentare perché le emissioni sono maggiori degli assorbimenti.

Guarda questo scenario in En-ROADS.

Per saperne di più, guarda questo video sulla vasca da bagno ad anidride carbonica.

Per saperne di più su titoli, flussi e l'inquadratura della vasca da bagno di seguito, dai un'occhiata alla nostra serie di apprendimento Climate Leader.

2. Ritardi nel sistema climatico🔗

In uno scenario in cui la concentrazione di CO₂ si stabilizza, la temperatura superficiale globale continua ad aumentare per un certo numero di anni a causa degli squilibri termici tra gli oceani e l'atmosfera (questo è noto come inerzia climatica). L'oceano ha assorbito la maggior parte del calore intrappolato dai gas serra, ma è lento a raggiungere l'equilibrio termico con l'atmosfera. Si noti che la simulazione termina nel 2100 in En-ROADS e il tempo necessario alla stabilizzazione della temperatura dopo che la concentrazione di CO₂ si è stabilizzata potrebbe essere successivo al 2100.

Guarda questo scenario in En-ROADS.

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