The end of energy abundance: Embracing biophysical limits to a low-carbon energy transition

Abstract

Els escenaris de mitigació existents estimen les emissions i les vies energètiques que serien compatibles amb la limitació de l’escalfament global a 1,5‒2°C. No obstant això, en l’actualitat, aquests escenaris no estimen la quantitat d’energia necessària per construir i mantenir un sistema energètic baix en carboni, ni la quantitat d’emissions de gasos d’efecte hivernacle que estarien associades a aquesta transició. Es tracta d’un gran “research gap” a la literatura, ja que encara no està clar quina part del pressupost de carboni restant estaria lligat a la transició i quina part d’això quedaria efectivament perquè la societat produeixi béns i presti serveis amb combustibles fòssils. Calculo que les emissions associades a la transició podrien oscil·lar entre 70 GtCO2 i 395 GtCO2, amb una mitjana entre escenaris de 195 GtCO2. Mostro que la transició podria augmentar els requisits energètics del sistema energètic i pot requerir una disminució de l’ús net d’energia per càpita del 10%-34% durant l’impuls inicial de la transició. No obstant això, a diferència del que s’ha argumentat en estudis anteriors, una transició energètica amb baixes emissions de carboni no conduiria necessàriament a una disminució del rendiment energètic de l’energia invertida (EROI) del sistema energètic global a llarg termini. Concloc que un creixement continuat de l’ús d’energia pot ser incompatible amb l’objectiu d’evitar un canvi climàtic perillós. Tot i que l’ús de tecnologies d’emissions negatives pot desbloquejar energia addicional a partir de combustibles fòssils, l’augment global de l’energia disponible pot ser exagerat en els escenaris existents, a causa de la sobreestimació del potencial de mitigació realista i la falta de consideració dels alts requeriments energètics d’aquestes tecnologies. A més, l’ús de tecnologies d’emissions negatives pot disminuir l’eficiència del subministrament d’energia a la societat, donant lloc a un augment de la despesa econòmica en energia. La conclusió que una transició energètica amb baixes emissions de carboni pot limitar les perspectives de creixement de l’ús d’energia genera preocupació, ja que l’energia és un requisit clau per produir béns i serveis. Com aborden els escenaris de mitigació existents les implicacions socioeconòmiques d’aquesta limitació energètica? Trobo que els escenaris de mitigació existents perpetuen les sorprenents desigualtats en l’ús d’energia entre el nord global i el sud global. La falta de convergència equitativa es subratlla encara més pels escenaris que suposen emissions negatives. Tot i que aquests escenaris permeten un major ús d’energia global, l’energia addicional s’assigna de manera aclaparadora als països del Nord Global, que tenen el consum d’energia per càpita més alt. A més, els escenaris de mitigació existents no consideren que els límits al creixement energètic puguin tenir un efecte negatiu sobre l’economia. Per quadrar el creixement econòmic amb la disminució de l’ús d’energia, els escenaris de mitigació suposen millores ràpides i sense precedents en l’eficiència de l’ús de l’energia a l’economia global. No obstant això, la viabilitat d’aconseguir aquestes millores ha estat molt discutida. Per explorar si hi ha vies alternatives per aconseguir una transició energètica amb baixes emissions de carboni, esbozo una sèrie d’escenaris que suposen taxes més baixes de creixement econòmic mundial. Demostrem que un creixement econòmic més baix permet aconseguir una reducció suficient d’emissions amb millores d’eficiència energètica més moderades i una creació més lenta d’un sistema energètic baix en carboni. Parlo de les preocupacions sobre les implicacions negatives que pot tenir un menor creixement en el benestar social i la capacitat de pagar la transició. Sostenc que les polítiques de postcreixement centrades en la redistribució de la riquesa poden conduir a resultats socials desitjables sense comprometre l’objectiu d’evitar un canvi climàtic perillós.

Los escenarios de mitigación calculan las emisiones y las vías de energía que serían compatibles con limitar el calentamiento global a 1,5‒2°C. Sin embargo, en la actualidad, estos escenarios no estiman la cantidad de energía necesaria para construir y mantener un sistema energético bajo en carbono, ni la cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero que se asociarían con dicha transición. Esta es una brecha importante en la literatura, ya que no está claro cuánto del presupuesto de carbono restante estaría vinculado a la transición, y cuánto quedaría efectivamente para que la sociedad produzca bienes y brinde servicios utilizando combustibles fósiles. Calculo que las emisiones asociadas a la transición podrían oscilar entre 70 GtCO2 y 395 GtCO2, con un promedio entre escenarios de 195 GtCO2. Muestro que la transición podría aumentar los requisitos de energía del sistema energético y puede requerir una disminución en el uso de energía neta per-cápita del 10 % al 34 % durante el impulso inicial de la transición. En contraste con lo que se ha argumentado en estudios anteriores, una transición energética baja en carbono no conduciría necesariamente a una disminución en el retorno de la energía invertida (EROI) del sistema energético general a largo plazo. Concluyo que un crecimiento continuo en el uso de energía puede ser incompatible con el objetivo de evitar un cambio climático desastroso. Aunque el uso de tecnologías de emisiones negativas puede desbloquear energía adicional de los combustibles fósiles, el aumento general de la energía disponible puede ser exagerado en los escenarios existentes, debido a la sobreestimación del potencial de mitigación y al desprecio de los altos requisitos energéticos de estas tecnologías. Además, el uso de tecnologías de emisiones negativas puede disminuir la eficiencia del suministro de energía a la sociedad, lo que lleva a un mayor gasto económico en energía. La conclusión de que una transición energética baja en carbono puede limitar las perspectivas de crecimiento en el uso de energía genera preocupación, ya que la energía es un requisito clave para producir bienes y servicios. ¿Cómo abordan los escenarios de mitigación existentes las implicaciones socioeconómicas de tal restricción energética? Encuentro que los escenarios de mitigación existentes perpetúan las extremas desigualdades en el uso de energía entre el Norte Global y el Sur Global. La falta de convergencia equitativa se destaca aún más por los escenarios que suponen emisiones negativas. Si bien estos escenarios permiten un mayor uso de energía global, la energía adicional se asigna abrumadoramente a los países del Norte Global, que tienen el mayor consumo de energía per-cápita. Además, los escenarios de mitigación existentes no consideran que los límites al crecimiento energético puedan tener un efecto negativo en la economía. Para equilibrar el crecimiento económico con la disminución del uso de energía, los escenarios de mitigación asumen mejoras rápidas y sin precedentes en la eficiencia del uso de energía en la economía global. Sin embargo, la factibilidad de lograr dichas mejoras ha sido cuestionada. Para explorar si existen caminos alternativos para lograr una transición energética baja en carbono, describo una serie de escenarios que asumen tasas más bajas de crecimiento económico global. Demuestro que un menor crecimiento económico hace posible lograr suficientes reducciones de emisiones con mejoras moderadas en la eficiencia energética y una construcción más lenta de un sistema bajo en carbono. Analizo las preocupaciones sobre las implicaciones negativas que un menor crecimiento puede tener sobre el bienestar social y la capacidad de pago de la transición. Sostengo que las políticas posteriores al crecimiento centradas en la redistribución de la riqueza pueden conducir a resultados sociales deseables sin comprometer el objetivo de evitar un cambio climático desastroso.

Existing mitigation scenarios estimate emissions and energy pathways that would be compatible with limiting global warming to 1.5‒2°C. However, at present, these scenarios do not estimate the amount of energy needed to build and maintain a low-carbon energy system, nor the amount of greenhouse gas emissions that would be associated with such a transition. This is a major gap in the literature, as it remains unclear how much of the remaining carbon budget would be tied to the transition, and how much of it would effectively remain for society to produce goods and provide services using fossil fuels. I calculate that the emissions associated with the transition could range from 70 GtCO2 to 395 GtCO2, with a cross-scenario average of 195 GtCO2. I show that the transition could drive up the energy requirements of the energy system and may require a decrease in per capita net energy use of 10%‒34% during the initial push for the transition. Nonetheless, in contrast to what has been argued in previous studies, a low-carbon energy transition would not necessarily lead to a decline in the Energy-Return-on-Energy-Invested (EROI) of the overall energy system in the long-term. I conclude that a continued growth in energy use may be incompatible with the goal of avoiding dangerous climate change. Although use of negative emissions technologies may unlock additional energy from fossil fuels, the overall increase in available energy may be exaggerated in existing scenarios, due to overestimation of realistic mitigation potential and disregard of the high energy requirements of these technologies. Furthermore, use of negative emissions technologies may decrease the efficiency of energy provisioning to society, leading to increased economic expenditure for energy. The conclusion that a low-carbon energy transition may limit the prospects of growth in energy use raises concern, as energy is a key requirement to produce goods and services. How do existing mitigation scenarios address the socioeconomic implications of this energy constraint? I find that existing mitigation scenarios perpetuate the striking inequalities of energy use between the Global North and Global South. Lack of equitable convergence is further underlined by the scenarios that assume negative emissions. Although these scenarios allow for higher global energy use, the additional energy is overwhelmingly allocated to the countries in the Global North, which have the highest per-capita energy consumption. Moreover, existing mitigation scenarios do not consider that limits to energy growth may have a negative effect on the economy. To square economic growth with decreasing energy use, mitigation scenarios assume rapid and unprecedented improvements in the efficiency of energy use in the global economy. However, feasibility of accomplishing such improvements has been fiercely contested. To explore if there are alternative pathways to accomplishing a low-carbon energy transition, I outline a series of scenarios that assume lower rates of global economic growth. I demonstrate that lower economic growth makes it possible to accomplish sufficient emission reductions with more moderate energy efficiency improvements and a slower build-up of a low-carbon energy system. I discuss the concerns regarding negative implications that lower growth may have on social wellbeing and the ability to pay for the transition. I argue that post-growth policies focused on wealth redistribution may lead to desirable social outcomes without compromising the aim of avoiding dangerous climate change.