位于纽约长岛的32-MW级太阳能发电场，向低碳能源基础设施迈出了一步。 brookhavenlab / flickr，CC BY-NC
任何长期的解决方案都需要“脱碳”世界能源经济，也就是转向使用很少或不使用化石燃料的电力来源。
这种情况发生得有多快，我们能做些什么来加速这一转变？
看看其他基础设施的历史提供了一些线索。
能源基础设施
脱碳是基础设施的问题，最大的一个人类所面临。 它不仅涉及能源生产，而且交通，照明，采暖，制冷，烹饪等基本系统和服务。 全球化石燃料基础设施不仅包括石油和天然气井，煤矿，巨型油轮，管道和炼油厂，而且百万汽车的，加油站，油罐车，油库，发电厂，煤列车，加热系统，炉和烤箱。
所有这些基础设施的总价值是 在美国10万亿$秩序，约占美国国内生产总值的三分之二。 在一年甚至几年内，没有那么庞大和昂贵的东西会被取代。 这将需要几十年。
然而，有一个好消息，就是所有的基础设施最终都会磨损。 一个 2010研究 问：如果现在的能源基础设施只是被允许活出有用的生活，而不被取代呢？
令人惊讶的答案是：如果每一个破旧的燃煤电厂是为太阳能，风能或水力，每死天然气为动力的汽车与一电一更换交换，等等，我们可能只是停留在我们的 行星界限.
根据这项研究，利用现有的基础设施，直到它分崩离析不会推动我们过去2摄氏度全球变暖的许多科学家看到的可以接受的气候变化的上限。
这个问题，当然是，我们不这样做呢。 相反，我们有更多相同的更换破旧的系统，同时钻探，采矿和建筑，甚至更多。 但是，这可能会改变。
起飞建设：30-100年时间线
历史学家 基础设施 像我自己观察一个典型的模式。 一个较慢的创新阶段之后是一个“起飞”阶段，在这个阶段中，在整个地区迅速建立和采用新的技术系统，直到基础设施稳定在“建设”阶段。
这种时间模式在所有类型的基础设施中都令人惊讶地相似。 在美国，运河，铁路，电报，石油管道和铺设道路的起飞阶段 持续了30-100年。 收音机，电话，电视的起飞阶段和各个互联网 持续了30-50年.
基础设施的历史表明，“起飞”，在可再生能源电力生产已经开始，现在将非常迅速，尤其是在何时何地政府支持这一目标。
太阳能和风能发电装置目前出现比其他任何电源更快，全球每年的速度增长 来自50-18的2009％和2014％。 这些来源可以在现有的基础设施，抽成的电力电网（捎带虽然他们间歇性的电力生产需要管理者调整 负载平衡技术）。 但风能和太阳能也能提供电力“离网”，以个人家庭，农场和偏远地区，给这些源的独特的灵活性。
一些国家，特别是德国和中国，对可再生能源做出了重大承诺。
德国现在得到 超过25％的可再生能源电力，有助于减少碳排放总量 以上25％ 相对于1990。 中国的太阳能发电量已经超过其他任何国家，已经超过30吉瓦，并计划达到 43万千瓦到今年年底。 在2010 2015和澳大利亚之间，太阳能光伏发电容量增长 从130兆瓦到4.7千兆瓦 - 96的％的年均增长速度。
结合电动汽车，高效LED照明和地热供暖与制冷等互补技术，这种转变可能使我们更接近碳中和。
30-100年的基础设施发展时间表是否会加速？ 有些指标表明答案可能是“是”。
首先，在电力的情况下，只有电源需要更换; 电网 - 输送电力的电线杆，电线和其他设备 - 必须进行不同的管理，但不能从零开始重建。 其次，欠发达国家可能会利用可再生能源技术，几乎完全超越以前的基础设施。
近来也发生了类似的事情。 例如，自从2000以来，蜂窝电话网络已经到达了发展中国家的大部分地区 - 同时避免了缓慢而昂贵的易损陆地线铺设，这些地方现在绝不会建在大城市以外的地方。
能源的并行利用便携式太阳能电池板和小型风车为建筑物，农场，非正式居住区和其他需求点提供动力，可以安装在几乎任何地方，无需长距离电力线。 这也已经发生在发展中国家。
在发达国家，但是，可再生能源过渡可能相当长的时间。
在这些地区，不仅设备，而且专业知识，教育，金融，法律，生活方式和其他社会文化体系都支持和依赖化石燃料为基础的能源基础设施。 这些也必须适应变化。
一些 - 特别是巨大的煤炭，石油和天然气工业 - 在这样的转变中将面临很大的损失。 正如我们今天在美国看到的那样，这些历史性的承诺产生了坚决的政治抵制。
棘手的问题，包括竞争来自化石燃料
能源基础设施当然不是唯一的挑战。 事实上，脱碳技术困难重重。
绝缘旧楼，提高燃油经济性，并安装更高效的电子齿轮是迄今 减少碳足迹的最具成本效益的方法，但这些不能激发人们，不容易被标榜。
目前和可预见的未来，由于化石燃料动力装置被用于原材料的开采和运输成品，包括太阳能电池板或风力涡轮机等可再生能源系统，所以没有任何能源可以真正实现“零碳”。
电力是能源的一个奇妙的灵活形式，但其存储仍然是一个难题; 今天的 最好的电池技术 需要锂，比较稀有的元素。 尽管深入的研究，电池依然昂贵，沉重，缓慢充电。
稀土 - 在极少数地方发现的极其罕见的元素 - 目前对风力涡轮机和其他可再生能源技术至关重要 对未来供应的合理担忧.
最后，在许多情况下，燃烧石油，煤炭和天然气仍然是最简单和最便宜的提供电力的方式。
例如，跨洲航运，航空旅行和长途货运等主要运输方式仍很难转换为可再生能源。 生物燃料为减少这些运输系统的碳足迹提供了一种可能性，但许多植物生长成生物燃料原料与粮食作物和/或荒地竞争。
尽管如此，从可再生能源中提供全球能源需求的最终目标原则上似乎是可行的。 一个 主要最近的研究 发现这些需求可以很容易地只用风能，水能和太阳能发电来满足，在居民消费价格不超过目前的能源系统更高。
作为社会承诺的基础设施
所有这些让我们在巴黎之前呢？
加速脱碳不能单靠技术创新来实现，因为基础设施不仅仅是技术系统。 它们代表着相互加强的金融，社会和政治承诺的复杂网络，每一个网络都有着悠久的历史和坚定的捍卫者。 出于这个原因，重大变革将需要大量的文化转变和政治斗争。
在文化方面，一个可能激发加速变化的口号可能是“能源民主“：人们可以而且应该在小规模，家庭和其他地方自行生产能源的观念。
新的建筑技术和太阳能电池板的低成本已经在普通人的财力范围内带来了“净零”的房屋（能够产生与居民一样多的能源消耗）。 这是德国雄心勃勃的一个组成部分 Energiewende或国家的 能源转型 远离化石燃料。
在基础设施历史上，当新技术从大型企业和政府环境中迁出供个人和小型企业采用时，起飞阶段往往会加速。 20世纪初的电力和1990的互联网使用就是一个例子。
在澳大利亚昆士兰州，超过20％的家庭现在自己发电。 这个例子表明，在某些地方已经达到了一个新的屋顶太阳能社会规范的“临界点”的可能性。 其实一个 最近的一项研究 发现一个给定的房主是否增加了太阳能电池板的房子最好的指标是邻居是否已经有了他们。
件一个谜
许多不同的政策方法可以帮助，既降低消耗，增加在能源结构可再生能源的份额。
建筑法规可以逐步调整到要求每个屋顶产生能量，和/或逐步加大了对 LEED“绿色建筑”标准。 逐渐增加的碳税或限额与交易制度（已经到位） 在一些国家）将刺激创新，同时减少化石燃料的消耗和促进可再生能源的使用。
在美国，至少，消除了许多 目前流入的化石燃料补贴 可能证明在政治上比征税碳更容易，但发出类似的价格信号。
奥巴马政府的 清洁能源计划 减少燃煤电厂的碳排放代表了正确的政策变化。 它逐渐开始为公用事业公司提供时间来调整碳捕集与封存系统的时间来发展。 美国环保局估计，该计划将产生10亿美元的气候变化收益，以及10亿美元的医疗收益，同时成本更低。
由于温室气体排放有许多来源，包括农业，畜牧业，制冷剂和森林砍伐（仅举几例），有很多不是转换为可再生能源更脱碳全球经济。
本文只解决一件是非常大的难题，但是基础设施的角度来看可以帮助我们思考这些问题为好。
基础设施的历史告诉我们，脱碳不会像我们想要的那样快。 但是这也表明有办法加速这个变化，而且有很多事情可以很快发生的临界点。
我们可能会在这样一个时刻的边缘。 由于巴黎气候谈判制定，寻找灵感在许多国家承诺向前推动这一进程。
关于作者
Paul N Edwards，密歇根大学信息与历史系教授。 他撰写和教授知识和信息基础设施。 爱德华兹是一个伟大的机器：计算机模型，气候数据和全球变暖的政治（麻省理工学院出版社，2010）和封闭的世界：计算机和美国冷战时期的话语政治（麻省理工学院出版社，1996）的作者，改变大气：专家知识和环境治理（麻省理工学院出版社，2001）的联合编辑，以及许多文章。
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