Een studie van de Universiteit van Oklahoma voorspelt aanzienlijke veranderingen in het energieverbruik van stedelijke gebouwen als gevolg van de klimaatverandering, wat de noodzaak van sterke mitigatiestrategieën en verbeteringen van de energie-efficiëntie benadrukt. De onderzoekers ontdekten dat voor elke graad gemiddelde klimaatopwarming de energie die nodig is om gebouwen in Amerikaanse steden te koelen waarschijnlijk met 13,8% zal toenemen.
Een studie onder leiding van Chenghao Wang, assistent-professor aan de Universiteit van Oklahoma, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, onderzoekt de kritische vraag hoe het energieverbruik van gebouwen op stadsniveau in stedelijke omgevingen zal evolueren onder invloed van de klimaatverandering.
Fossiele brandstoffen zijn verantwoordelijk voor ongeveer 40% van al het energieverbruik van gebouwen in Amerikaanse stedelijke centra, en de Amerikaanse Energy Information Administration meldt dat residentiële en commerciële gebouwen in Amerikaanse steden tot de grootste energieverbruikers (39%) en broeikasgassen (28%) behoren. Het begrijpen van het toekomstige energieverbruik van steden is belangrijk voor het ontwikkelen van strategieën voor het beperken van de klimaatverandering, het verbeteren van de energie-efficiëntie, het ontwikkelen en implementeren van energie- en milieuregelgeving, beleid en stimuleringsprogramma's, en het vergroten van de veerkracht en het aanpassingsvermogen van onze samenlevingen aan toekomstige klimaten en extreme weersomstandigheden.
Eerder onderzoek en huidige onderzoeksdoelstellingen
"Eerder onderzoek heeft grote vooruitgang geboekt bij het inschatten hoe het energieverbruik op nationaal of staatsniveau zal reageren op de toekomstige klimaatverandering", zei hij. "Er zijn echter nog steeds grote hiaten in ons begrip op stedelijke schaal. Terwijl steden over de hele wereld werken aan ambitieuze duurzaamheidsdoelstellingen, is een gedetailleerder begrip van het energieverbruik op stedelijke schaal absoluut noodzakelijk."
Leden van het onderzoeksteam zijn onder meer Janet Reyna en Henry Horsey van het National Renewable Energy Laboratory, Song Jiyun, Shi Dachuan en Zhou Yu van de Universiteit van Hong Kong, Sarah Feron van de Universiteit van Santiago in Chili, Ouyang Zutao en Robert Jackson van Stanford University, en Li Ying van de China Three Gorges University.
Ze bestudeerden 277 steden in de aangrenzende Verenigde Staten met behulp van modelsimulaties en de nieuwste toekomstige klimaatprojecties uit de dataset van het Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6). Ze overwogen vier mogelijke scenario's voor de opwarming van het klimaat, waaronder een verscheidenheid aan mogelijke scenario's voor de opwarming van het klimaat en twee scenario's voor de energiesector.
“In één scenario voor de energiesector gaan we ervan uit dat er in de toekomst geen CO2-beleid zal worden geïmplementeerd, maar we nemen ook een scenario op dat ervan uitgaat dat de energiesector snel koolstofarm zal worden en tegen 2050 een netto-nul-koolstofuitstoot zal bereiken, vergelijkbaar met het doel van koolstofvervuiling dat in 2023 door de Amerikaanse president Biden werd aangekondigd”, aldus Wang Chenghao.
Onderzoeksresultaten en implicaties
Om de evolutie van het energieverbruik van stedelijke gebouwen onder toekomstige klimaatverandering te bestuderen, gebruikte het team van Wang Chenghao een maatstaf genaamd energiegebruiksintensiteit (EUI). EUI is het energieverbruik per vierkante meter per jaar en wordt berekend door het totale energieverbruik van het gebouw te delen door het totale vloeroppervlak.
"Als gevolg van de klimaatverandering constateren we dat de EUI van gebouwen op stadsschaal naar verwachting tegen 2050 ongelijkmatig zal veranderen in vergelijking met de jaren 2010, waarbij de grootste stijgingen van de EUI voor elektriciteit zich vooral voordoen in het zuiden, zuidwesten, westen en zuidoosten, met stijgingen tot 7,2%."
Ze ontdekten dat tijdens het warme seizoen en de heetste dagen de toename van de elektriciteits-EUI veel groter zal zijn dan de verandering het hele jaar door, vooral in het noordwesten. De belangrijkste reden voor dit verschil is dat het gebruik van airconditioning en het energieverbruik voor ruimtekoeling in een warmere toekomst hoger zullen zijn. Voor elke graad opwarming zal de gemiddelde EUI voor ruimtekoeling op stedelijk niveau met 13,8% toenemen.
"We ontdekten dat het EUI-elektriciteitsverbruik tijdens de zomerpiek in de stad gemiddeld met 10,1% steeg tot 37,7%. De stijging in sommige steden zal echter groter zijn dan 110%. Dit vereist een grotere netwerkcapaciteit en een sterker vermogen om extreme hittegolf-uitval te weerstaan", aldus Wang.
Het team beoordeelde ook potentiële veranderingen in de energiebronnen die door stedelijke gebouwen worden gebruikt, rekening houdend met energieverliezen tijdens de opwekking, transmissie en distributie van energie.
"Het koolstofvrij maken van de energiesector is zeer effectief in het terugdringen van het energiegebruik in toekomstige stedelijke gebouwen, maar de sleutel is het verder terugdringen van de directe verbranding van fossiele brandstoffen in gebouwen", aldus Wang. "Simpel gezegd: we moeten de stedelijke gebouwen van de toekomst snel elektrificeren."