O que a tecnologia climática de hoje pode aprender com as transições de energia de ontem

O esforço mundial para avançar e comercializar as tecnologias climáticas emergentes enfrenta novos ventos contrários. O imenso entusiasmo que uma vez cercou essas tecnologias diminuiu e os prêmios verdes permanecem teimosamente altos. (Consulte o Anexo 1.)

Sustainable aviation fuel (SAF), for example, remains two to three times as expensive as conventional jet combustível. ¹ 1 M.J. Watson et al., “Tecnologias de combustível de aviação sustentável, custo, emissões, políticas e mercados: uma revisão crítica”, Journal of Cleaper Production, 10 de abril de 2024. O ceticismo sobre o hidrogênio limpo aumentou à medida que as altas taxas de juros, custos de equipamentos mais altos do que antecipados, incerteza política e desafios relacionados ao armazenamento e transporte persistiram. Os projetos recentes de captura e armazenamento de carbono (CCS) e pequenos projetos de reator modular (SMR) foram atrasados ​​ou cancelados. Se eles amadurecem rapidamente, Tecnologias emergentes pode fornecer Suporte crítico para objetivos líquidos zero. Mas as barreiras técnicas, offtake, de mercado e políticas estão subindo nesse meio tempo.

The Indústria de energia superou desafios semelhantes no passado. Um exame histórico das tecnologias maduras de hoje-incluindo turbinas de gases de ciclo combinadas (CCGT), solar, vento e gás natural liquefeito (GNL)-revela um roteiro para a forma de que mais acelera, a implantação de outras tecnologias de hoje, a indústria de emergência, a indústria, a indústria de outras empresas, a indústria, a indústria de outras pessoas, a indústria de outras em escala, a indústria, e a indústria de outras emergentes, a indústria de que outras pessoas, a empresa, a empresa de emergência, a empresa, a empresa, a empresa, a empresa de emergência, a indústria de outras pessoas, a indústria de outras em escala, a indústria, a empresa de emergência e a emergência, a indústria, 366666666666666666666666666666666666666 = pode aplicar colaborativamente as lições das jornadas de desenvolvimento das tecnologias herdadas:

Industry, entrepreneurs, financial intermediaries, policymakers, and other stakeholders can collaboratively apply the lessons from the development journeys of legacy technologies:

• Superando barreiras técnicas. A demanda agregada é alta pode iniciar financiamento e comercialização em estágio inicial, como demonstrado pelo CCGT e renováveis. Industry-led efforts to standardize and modularize specifications can turbocharge technical development, as demonstrated by wind.
• Securing Offtake. Niche offtakers in industries where both willingness to pay and aggregated demand are high can kickstart early-stage funding and commercialization, as demonstrated by CCGT and renewables.
• abordando os desafios do mercado. As políticas que promovem a capacidade de bancos das tecnologias emergentes, reduzindo os prêmios verdes e fornecendo suporte ao lado da demanda, pode criar oportunidades estáveis ​​de offtakes, conforme demonstrado pela energia solar. Tolling agreements can help reduce market obstacles by limiting risk for large infrastructure investors, as demonstrated by LNG.
• Providing Consistent Policy Support. Consistent policies that promote emerging technologies’ bankability by lowering green premiums and providing demand-side support can create stable offtake opportunities, as demonstrated by solar.

Desafios

All emerging climate technologies share the same goal of riding the rising S-curve of adoption by creating attractive projects for investors. But four familiar types of barriers are slowing progress:

• Barreiras técnicas. Atrasos e cancelamentos do projeto - por exemplo, o projeto SMR recentemente cancelado de Nuscale em Idaho - refletem como os desafios técnicos podem aumentar a segurança e o custo Technical problems drive up green premiums and increase project risk, inhibiting project-level investment. Project delays and cancellations—for example, NuScale’s recently canceled SMR project in Idaho—reflect how technical challenges can raise safety and cost preocupações. ² 2 Zach Bright & Brian Dabbs, "está com problemas nucleares avançados? O que vem a seguir após o cancelamento de Nuscale", E&E News (10 de novembro de 2023); David Schlissel, "Novas estimativas de custos de olhos divulgadas para o reator modular de Nuscale Small", Instituto de Economia Energética e Análise Financeira, 11 de janeiro de 2023. Isso ressalta a necessidade de um consenso em todo o setor sobre padrões de design seguros e comercialmente viáveis ​​e módulos econômicos para orientar o desenvolvimento bem-sucedido do projeto.
• Barreiras de Offtak. Offtakers sensíveis ao preço podem não estar dispostos a pagar prêmios significativos por grandes quantidades de oferta de baixo carbono para serviços principais. Por exemplo, para garantir que a energia permaneça acessível para os contribuintes, as comissões locais geralmente limitam a capacidade dos utilitários de contrair poder caro por meio de soluções não testadas. High costs and a significant level of execution risk limit large offtaker interest in green technologies. Price-sensitive offtakers may be unwilling to pay significant premiums for large quantities of low-carbon supply for core services. For example, to ensure power remains affordable for ratepayers, local commissions often limit utilities’ ability to contract for expensive power via untested solutions.
• Barreiras de mercado. Para tecnologias emergentes, esses mercados são nascentes ou ainda não existem. O hidrogênio limpo, por exemplo, requer investimentos substanciais de infraestrutura, e o risco resultante de exposição a preços altos dificulta a venda do combustível em um mercado à vista. Por exemplo, a Austrália ainda está em processo de implementação de incentivos no estilo americano para o hidrogênio, apesar de ter um potencial igualmente forte para o desenvolvimento de hidrogênio como os EUA. Nos EUA, apesar dos extensos incentivos de energia limpa, como os estabelecidos em 2022, a incerteza sobre regras relevantes - como créditos tributários disponíveis nos termos da seção 45V da legislação - permanecem. As tecnologias maduras de hoje - incluindo solar, vento, CCGT e GNL - enfrentaram obstáculos semelhantes. As histórias de seu desenvolvimento fornecem lições sobre como acelerar a implantação das tecnologias de hoje. Durante grande parte de sua história, a indústria de energia eólica foi fragmentada. Os fabricantes desenvolveram turbinas isoladamente, levando a ineficiências e altos custos. Isso mudou em 1988, quando a Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) introduziu uma série de padrões universais de segurança, qualidade e técnico para o vento Even when mature technologies and willing offtakers are present, technologies require markets that connect buyers and sellers seamlessly and transparently, and allocate risk to those that can bear it. For emerging technologies, such markets are nascent or do not yet exist. Clean hydrogen, for example, requires substantial infrastructure investments, and the resulting risk of exposure to high prices makes the fuel difficult to sell in a spot market.
• Policy Barriers. Policies vary in their degree of support for emerging climate technologies across countries. For example, Australia is still in the process of implementing US-style incentives for hydrogen, despite having equally strong potential for hydrogen development as the US. In the US, despite extensive clean energy incentives such as those established in 2022, uncertainty about relevant rules—such as available tax credits under section 45V of the legislation—remains.

Historical Parallels

These barriers are familiar to longtime energy professionals. Today’s mature technologies—including solar, wind, CCGT, and LNG—once faced similar hurdles. The stories of their development provide lessons on how to accelerate the deployment of today’s technologies.

Wind Power’s Journey to Overcome Technical Barriers

The standardization of safety, quality, and technical specifications helped wind power overcome a number of technical barriers. For much of its history, the wind power industry was fragmented. Manufacturers developed turbines in isolation, leading to inefficiencies and high costs. This changed in 1988 when the International Electrotechnical Commission (IEC) introduced a series of universal safety, quality, and technical standards for wind TURBINAS. ³ 3 Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável, “Acordos Internacionais sobre Padrões de Energia Eólica”, Departamento de Energia dos EUA, 29 de abril de 2024. Em 1995, o IEC havia expandido esses padrões para abranger testes de certificação para turbina eólica componentes. ⁴ 4 Taher Halwa, "Introdução aos padrões internacionais (classificação, design e operação de turbinas eólicas)", a Universidade Britânica no Egito. sem data.

O impacto da padronização no vento foi significativo. Embora a conformidade com os padrões da IEC permaneça voluntária, adotá -los se tornou essencial para os fabricantes que visam operar em escala. Os importadores começaram a exigir componentes certificados pela IEC para garantir a compatibilidade e a qualidade, solidificando ainda mais os padrões do setor. A existência de padrões globais estabelecidos incentivou economias emergentes, como Índia e China, a ingressar no setor de energia eólica, e essa participação mais ampla reduziu os custos e abriu novos mercados. Com produtos padronizados, os investidores podem validar mais facilmente a qualidade e a confiabilidade de projetos eólicos específicos, o que, por sua vez, ajudou os projetos a atrair investimentos. Simultaneamente, modularização do componente da turbina-o processo de projetar e produzir peças da máquina em seções simplificadas para uma montagem conveniente no local-publicou instalação mais rápida e escalabilidade mais simples, reduzindo custos e melhorando ainda mais a implantação de turbinas. Desenvolvido na década de 1890, as primeiras turbinas eólicas do mundo tiveram uma capacidade máxima de 12 a 18 kW com altamente intermitente

The establishment of standards not only streamlined the value chain, but also fostered confidence among banks and insurers. With standardized products, investors could more easily validate the quality and reliability of specific wind projects, which in turn helped projects attract investment. Simultaneously, turbine component modularization—the process of designing and producing machine parts in streamlined sections for convenient onsite assembly—permitted faster installation and simpler scalability, reducing costs and further improving turbine deployment.

Through an industry-led standardization and modularization effort, wind turbines achieved impressive technical development. Developed in the 1890s, the world’s first wind turbines had a maximum capacity of 12 to 18 kW with highly intermittent saída. ⁵ 5 Paul Gipe & Erik Möllerström “Uma visão geral da história do desenvolvimento da turbina eólica: Parte I - as turbinas eólicas precoces até a década de 1960” Engenharia eólica, dezembro de 2022. As turbinas de hoje podem sustentar a produção de 3 a 4 MW para vento onshore e 8 a 12 MW para vento offshore - mais de 300 vezes o original Nível. ⁶ 6 "Energia eólica", Agência Internacional de Energia Renovável, 2024.

CHATHES DE CCGT e RENOVABLE A REDUZIR BARIRAS OFFTICAIS

muito antes de os serviços públicos considerados usando o CCGT para geração de energia em larga escala, a aplicações de nicho de nicho em que os membros do MOTORMENTE AUTIVIMENTES COM A TEMPONHONAL DE TEMPONHONIA INDUSTRIAIS. Os primeiros motores a jato, que compartilhavam muitos componentes e princípios de design com turbinas a gás, se beneficiaram de investimentos pesados ​​de P&D pelos militares. Esses investimentos impulsionaram inovações em materiais, configuração e ligas de alta temperatura que os engenheiros mais tarde aplicaram às turbinas a gás. Com a receita gerada a partir da aquisição de turbinas a gás da indústria de petróleo e gás, os fabricantes financiaram P&D adicional, aprimorando o desempenho e a confiabilidade da turbina. As instalações modernas do CCGT agora oferecem taxas de eficiência acima de 60% e podem gerar até 2.000 MW de eletricidade, versus aproximadamente 5 MW com 20% de eficiência na década de 1940. (Veja o Anexo 2.) Hoje, o CCGT é uma parte essencial do cenário da geração de energia dos EUA, superando a capacidade de carvão em

The military's initial interest in jet engine technology led to substantial advances in turbine design. Early jet engines, which shared many components and design principles with gas turbines, benefited from heavy R&D investments by the military. These investments drove innovations in materials, configuration, and high-temperature alloys that engineers later applied to gas turbines.

Later, the oil and gas industry’s need for reliable power for remote natural gas distribution drove interest in gas turbines, which were the ideal power source for the application. With the revenue generated from the oil and gas industry’s procurement of gas turbines, manufacturers funded further R&D, enhancing turbine performance and reliability.

Only after these early niche use cases achieved success did policy support (for example, in the form of deregulated natural gas markets in the US and the UK) ramp up toward today’s low-cost, low-risk CCGT market. Modern CCGT facilities now deliver efficiency rates in excess of 60% and can generate up to 2,000 MW of electricity, versus approximately 5 MW with 20% efficiency in the 1940s. (See Exhibit 2.) Today, CCGT is a key part of the US power generation landscape, surpassing coal capacity in 2018. ⁷ 7 Jim Watson, "Construindo sucesso na indústria de energia elétrica: flexibilidade e turbina a gás", Pesquisa em economia, janeiro de 2001; James Corman, “H Turbina a gás combinada Tecnologia de ciclo e status de desenvolvimento”, American Society of Mechanical Engineers, 6 de fevereiro de 2015.

A adoção de renováveis ​​se beneficiou de uma abordagem diferente para reduzir as barreiras da transferência: agregação da demanda. Um exemplo é a Clean Energy Buyers Association (CEBA) - a Aliança de Compradores de Energia de Renováveis ​​- uma coalizão de compradores de energia corporativa e institucional comprometida com a compra de energia renovável. Ao agregar sua demanda, a CEBA ajudou seus membros a garantir acordos de compra de energia em larga escala (PPAs) com desenvolvedores de energia renovável e adquirir energia renovável a preços competitivos. Essa abordagem coletiva também oferece às empresas membros acesso às opções que, de outra forma, não poderiam não ter devido ao tamanho, localização ou outros fatores. Os membros do CEBA contrataram mais de 84 GW de nova capacidade por meio de projetos baseados nos EUA. A complexa cadeia de valor do setor nos EUA, onde os operadores de terminais cobram uma taxa fixa para reservar a capacidade de liquefação (calibrada para cobrir a manutenção da dívida, operações e manutenção e margem de lucro), mas não toma o título do próprio gás. Esse arranjo permite que os operadores terminais se isolem dos riscos de atividades a montante e a jusante. Por exemplo, os terminais não experimentam diretamente os riscos que os produtores upstream enfrentam, como a exposição à volatilidade de preços ou exploração e extração de preços de matéria -prima de gás natural

LNG’s Solution to Market Barriers

Tolling agreements were pivotal in overcoming market obstacles for large infrastructure investments in the LNG sector.

Introduced in response to the high financial risks associated with LNG projects, tolling agreements capitalized on the industry’s complex value chain in the US, where terminal operators charge a flat fee to reserve liquefaction capacity (calibrated to cover debt servicing, operations and maintenance, and profit margin) but do not take title of the gas itself. This arrangement enables terminal operators to isolate themselves from the risks of upstream and downstream activities. For example, terminals do not directly experience the risks that upstream producers face, such as exposure to natural gas feedstock price volatility or exploration and extraction incertezas. ⁸ 8 Escritório do Coordenador Federal, “Modelo Tolling Uma nova opção para a propriedade da planta de GNL”, Projetos de transporte de gás natural do Alasca, fevereiro de 2013.

Ao dissociar retornos de investimento de condições voláteis do mercado, essa estrutura reduz efetivamente o risco financeiro e garante um fluxo de receita estável para os operadores de instalações. E o menor nível de risco associado a projetos sob esses acordos aumenta a confiança dos investidores e leva a oferta de mais capital a taxas mais baixas. (Veja o Anexo 3.)

A introdução de contratos de pedágio marcou um ponto de virada no financiamento do projeto de GNL. Por exemplo, o projeto Sabine Pass LNG nos EUA alavancou com sucesso esses acordos para garantir financiamento e agilização Construção. ⁹ 9 P. Pillai et al., "Cheniere Energy Sabine Pass LNG - Primeira Instalação de Importação/Exportação do Mundo", Gastech Conference & Exhibition, 2017. Ao fornecer um modelo de receita confiável, os acordos de pedágio facilitaram a rápida expansão das instalações de GNL, contribuindo para o crescimento do mercado global de GNL. Inscreva -se

A dependência da Solar em incentivos e regulação consistentes para superar as barreiras políticas

Abordagem de política integrada da Alemanha combinou simultaneamente incentivos financeiros e medidas regulatórias, aumentando a demanda para a redução de energia solar e a redução de seu prêmio verde. Pagamentos aos geradores de eletricidade de fontes renováveis ​​a uma taxa maior que o preço de mercado, aumentando a atratividade dos investimentos solares. Além disso, o governo alemão forneceu empréstimos com juros baixos, subsídios e descontos para instalações solares, aliviando ainda mais a carga financeira e aumentando a demanda. Aprovação de mais de US $ 90 bilhões em investimentos em energia limpa e incentivos fiscais. Após esta legislação, os custos de instalações solares fotovoltaicas (PV) caíram 60% de 2008 para

For example, the feed-in tariff introduced as part of the Renewable Energy Sources Act in 2000 guaranteed long-term payments to generators of electricity from renewable sources at a rate higher than the market price, increasing the attractiveness of solar investments. In addition, the German government provided low-interest loans, grants, and rebates for solar installations, further alleviating the financial burden and boosting demand.

In the US, consistent policy support, composed of supply-side incentives and demand-side mandates, have helped unlock solar’s potential.

Following the 2008 recession, the US passed the American Recovery and Reinvestment Act, approving more than $90 billion in clean energy investments and tax incentives. In the wake of this legislation, the costs of solar photovoltaic (PV) installations dropped by 60% from 2008 to 2016. ¹⁰ 10 Escritório do Secretário de Imprensa, “Ficha: a Lei de Recuperação fez o maior investimento único em energia limpa na história, implantando a implantação de energia limpa, promovendo a eficiência energética e apoiando a fabricação”, The Branca Casa, 25 de fevereiro de 2016. Ao mesmo tempo, mandatos do governo, como a Lei de Políticas Reguladoras de Utilidade Pública e os padrões de portfólio renovável, exigiam que os serviços públicos celebrassem acordos de compra de energia de longo prazo com desenvolvedores de renováveis ​​e adquirissem uma certa parte de sua eletricidade de renováveis, incluindo Solar. ¹¹ 11 "Purpa 101", Solar Energy Industries Association, 2018. A longo prazo, os créditos fiscais de produção e investimento forneceram incentivos consistentes e previsíveis para investimentos solares por décadas. Desde a década de 1960, o custo das células solares despencou cerca de 99,9% e a eficiência melhorou o seis vezes, e a geração de eletricidade a partir do solar fotovoltaica aumentou um múltiplo de 220 nos últimos 20

Thanks to this integrated approach of incentivization and regulation, solar has achieved remarkable progress. Since the 1960s, the cost of solar cells has plummeted by about 99.9% and efficiency has improved sixfold, and electricity generation from solar PV has grown by a multiple of 220 over the past 20 anos. ¹² 12 "Renewables 2021 DataSet", IEA, dezembro de 2021. (Consulte o Anexo 4.)

Aplicando lições aprendidas

Superei com sucesso barreiras e escalonou tecnologias de energia antes. Os caminhos que a Solar, o vento, o CCGT e o GNL adotaram à maturidade fornecem um roteiro encorajador de como as tecnologias climáticas emergentes de hoje podem superar obstáculos à comercialização em escala. (Consulte "Aplicações das lições de tecnologia herdada às tecnologias emergentes de hoje".) Mas a aplicação dessas lições e a aceleração do tempo de implantação requer suporte de todas as partes interessadas:

• Indústria privada. A padronização bem-sucedida requer maior disposição pelos concorrentes de compartilhar detalhes técnicos e consolidar especificações para garantir que os produtos possam trabalhar juntos em um sistema plug-and-play. Por exemplo, os CCs podem aproveitar a recuperação aprimorada de petróleo para o desenvolvimento contínuo em estágio inicial, o armazenamento de energia de longa duração pode direcionar casos de uso fora da grade com base de base de base e sítios remotos militares, e a geotérmica avançada pode colaborar com os centers de dados para os mais importantes do que mais os que estão em busca de riscos. barreiras. Acordos de pedágio - que mudaram com sucesso o risco de investimento em projetos de GNL, desde a volatilidade dos preços do gás até o risco de projeto de volume e taxa de transferência - tenha uma aplicação semelhante ao hidrogênio, saf, aço verde e projetos de cimento verde, todos os quais requerem investimento significativo em infraestrutura. Collaboration in formulating new standardization frameworks will help overcome technical barriers for technologies such as SMRs, EV charging networks, green steel, and green cement. Successful standardization requires increased willingness by competitors to share technical details and consolidate specifications to ensure that products can work together in a plug-and-play system.
• Early-Stage Entrepreneurs. Identifying niche offtake applications will help emerging technologies advance. For example, CCS can leverage enhanced oil recovery for continued early-stage development, long-duration energy storage can target off-the-grid use cases with military base and remote site offtakers, and advanced geothermal can collaborate with data centers for first-of-their-kind applications.
• Financial Intermediaries. Structuring deals to more effectively isolate different risks will help investors overcome market barriers. Tolling agreements—which have successfully shifted investment risk in LNG projects from gas price volatility to project risk of volume and throughput—have similar application to hydrogen, SAF, green steel, and green cement projects, all of which require significant infrastructure investment.
• PolicyMers. Federalmente, os EUA podem trabalhar para preencher lacunas em seus incentivos existentes para energia limpa, incluindo o estabelecimento de diretrizes claras sobre quais tecnologias são elegíveis para créditos de seqüestro de carbono nos termos da seção 45q da legislação promulgada em 2022. Os órgãos estaduais e locais também podem apoiar essas iniciativas. Por exemplo, as comissões de serviços públicos podem melhorar a atratividade da recuperação de custos para soluções de geração de energia zero carbono para complementar os padrões de portfólio renovável do estado. A consistent, integrated approach of lowering green premiums and bolstering demand can promote adoption of emerging technologies. Federally, the US can work to fill gaps in its existing incentives for clean energy, including establishing clear guidelines on which technologies are eligible for carbon sequestration credits under section 45Q of legislation enacted in 2022. State and local bodies can also support these initiatives. For example, utility commissions can improve cost recovery attractiveness for zero-carbon power generation solutions to complement state renewable portfolio standards.

Os sucessos de ontem podem informar as soluções de amanhã. A superação das barreiras técnicas, offtak, de mercado e políticas para dimensionar as tecnologias climáticas não exige reinventar a roda; Já sabemos o que funciona. Vlado Georgievski, Robert Hutchinson, Marc Kolb, Jennifer Michael, Nairika Murphy, Cristian Navarro Delgado, Bas Percival, Daniel Quijano, Jared Russell, Arian Saffari e Jessica Xu. Baixe o relatório

Acknowledgments

The authors would like to recognize the Breakthrough Energy Catalyst team for their helpful thought partnership on this work.

In addition, they would like to thank the following BCG experts and team members for their contributions: Pablo Avogadri, Preben Bay, Michael Bernstein, Alex Dewar, Andrew Foster, Vlado Georgievski, Robert Hutchinson, Marc Kolb, Jennifer Michael, Nairika Murphy, Cristian Navarro Delgado, Bas Percival, Daniel Quijano, Jared Russell, Arian Saffari, and Jessica Xu.