[論文レビュー] Thermal emissions and climate change: a nuclear problem and a photovoltaic solution?

N. E. B. Cowern, Chihak Ahn|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2008

Global Energy and Sustainability Research被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、気候モデルでしばしば無視されているエネルギー使用に伴う制御不能な熱放射が、年間1％のエネルギー需要の増加が続く場合、無限に続く温度強制を引き起こす可能性があると主張している。2050年以降に強制力が低下すると予測されるが、これは熱放射を無視した仮定に基づくものである。一方、太陽光、風力、海洋熱エネルギーなどの再生可能エネルギー源は、自然のエネルギー流れを活用し、熱の吸収源として機能することで、地球温暖化の長期的解決策を提供する持続可能な代替手段である。

ABSTRACT

Global warming arises from 'temperature forcing', a net imbalance between energy fluxes entering and leaving the climate system and arising within it. Humanity introduces temperature forcing through greenhouse gas emissions, agriculture, and thermal emissions from fuel burning. Up to now climate projections, neglecting thermal emissions, typically foresee maximum forcing around the year 2050, followed by a decline. In this paper we show that, if humanity's energy use grows at 1%/year, slower than in recent history, and if thermal emissions are not controlled through novel energy technology, temperature forcing will increase indefinitely unless combated by geoengineering. Alternatively, and more elegantly, humanity may use renewable sources such as wind, wave, tidal, ocean thermal, and solar energy that exploit energy flows already present in the climate system, or act as effective sinks for thermal energy.

研究の動機と目的

• 人間のエネルギー使用に伴う熱放射の長期的気候強制への無視されがちな影響を調査すること。
• 気候モデルが2050年ごろに強制力のピークに達し、その後低下すると仮定しているが、これは熱放射を無視した仮定に基づくものであり、その仮定を検証すること。
• 既存のエネルギー流れを活用することで、気候システムに自然に統合される再生可能エネルギーシステムを提案すること。
• 再生可能エネルギー源が余剰熱エネルギーの効果的な吸収源として機能し、ネット気候強制を低減できることを示すこと。
• 地球工学的技術に頼るのではなく、化石燃料に依存するエネルギーシステムから再生可能エネルギーへの移行を提唱すること。これは、より洗練され、持続可能な代替手段である。

提案手法

• 温室効果ガスの排出に加え、燃料燃焼に伴う熱放射を含めたエネルギー使用に伴う気候強制のモデル化。
• 年間1％のエネルギー成長が続くシナリオ下での長期的温度強制の推移を、熱放射の制御あり・なしの両方で分析。
• 太陽光、風力、波、潮流、海洋熱エネルギーなどの再生可能エネルギー源が、周囲のエネルギー流れをいかに捕集・利用できるかを評価。
• 再生可能エネルギーが廃熱の効果的な吸収源として機能し、気候システムへのネット熱エネルギー入力を低減する熱力学的役割を評価。
• 地球工学的技術と比較して、再生可能エネルギーの持続可能性とスケーラビリティを、気候強制の安定化手段として評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 年間1％のエネルギー成長が続くと仮定した場合、エネルギー使用に伴う熱放射の長期的気候強制への影響は何か？
• RQ2 熱放射を含めた場合、気候強制のピーク到達時刻とその後の気候トレンド予測はどのように変化するか？
• RQ3 再生可能エネルギー源は、余剰熱エネルギーの効果的な吸収源として機能し、ネット気候強制を低減できるか？
• RQ4 再生可能エネルギーシステムは、地球工学的技術と比較して、長期的気候強制を緩和する点でどのような優位性を有するか？
• RQ5 現在の気候モデルは、熱放射を無視することで、将来的な強制力を著しく低く見積もっているとまでは言えるか？

主な発見

• 制御不能なエネルギー使用に伴う熱放射は、温室効果ガスの排出がピークに達しても、依然として無限に続く温度強制を引き起こす可能性がある。
• 年間1％のエネルギー成長が続く状況で、熱放射の制御がなければ、2050年以降も気候強制は継続的に上昇を続ける。
• 太陽光、風力、海洋熱エネルギーなどの再生可能エネルギー源は、気候システムに既に存在する自然のエネルギー流れを活用することで、ネット熱エネルギー入力を低減する。
• これらの再生可能エネルギーシステムは、熱エネルギーの効果的な吸収源として機能し、地球工学的技術よりも持続可能に気候強制を緩和する。
• 再生可能エネルギーの統合は、地球工学的技術のような技術的介入よりも洗練され、長期的解決策を提供する。