EPA-regelgeving verlaagt uitstoot in de energiesector, maar mist kansen voor verdere reducties

Een nieuwe studie van Princeton heeft de waarschijnlijk emissies en de impact van het energiesysteem van EPA-regelgeving op energiecentrales belicht.

Regelgeving die door het Environmental Protection Agency (EPA) in 2024 is vastgesteld, kan de emissies van fossiele brandstof energiecentrales verminderen, maar laat extra kosteneffectieve emissiereducties onbenut, volgens nieuw onderzoek van Princeton.

De analyse, gepubliceerd in One Earth, evalueert de impact van de EPA-regelgeving voor energiecentrales op het Amerikaanse elektriciteitssysteem in een periode van onzekerheid over de regels, waarvan de onderzoekers verwachten dat ze onder de huidige Trump-administratie zullen worden teruggedraaid. De regelgeving voor energiecentrales stelt limieten voor koolstofdioxide voor nieuwe gasgestookte verbrandings turbines en biedt richtlijnen voor bestaande kolen-, olie- en gasgestookte stoomgeneratoren.

De Princeton-studie toont aan dat de regelgeving de emissiereducties uit de energiesector in 2040 ongeveer kan verdubbelen, met een daling van 51% ten opzichte van de niveaus in 2022 als de regels gehandhaafd blijven, vergeleken met slechts 26% zonder de regels.

De overgrote meerderheid van de emissiereducties zou komen door de versnelde afvoer van kolencentrales, die waarschijnlijk ervoor kiezen om voor 2039 te sluiten onder de regelgeving in plaats van dure apparatuur te installeren voor het opvangen en opslaan van koolstofdioxide-emissies.

De onderzoekers waarschuwden ook dat de regels kunnen leiden tot een minder efficiënt energiesysteem doordat ze onbedoeld de levensduur van bestaande gascentrales verlengen. “De huidige EPA-regels passen emissiegrenzen toe op nieuwe gascentrales, maar het agentschap heeft nagelaten om regels voor bestaande gasgeneratoren vast te stellen,” zei onderzoeksleider Jesse Jenkins, assistent-professor mechanische en luchtvaarttechniek aan het Andlinger Center for Energy and the Environment. “Dit creëert een ongelijk speelveld dat een groter gebruik van minder efficiënte bestaande gascentrales aanmoedigt, wat sommige van de emissiereducties die door de regels zijn bereikt ondermijnt.”

Het onderzoeksteam beoordeelde verschillende opties voor aanvullende regelgeving gericht op bestaande gascentrales. Ze ontdekten dat het toepassen van dezelfde emissiegrenzen op alle gasgeneratoren, ongeacht hun leeftijd, de emissies met maximaal 88% onder de niveaus van 2022 zou kunnen verlagen tegen een zelfs lagere gemiddelde kostprijs dan de bestaande regelgeving.

De modelresultaten maakten ook deel uit van een recente studie gepubliceerd in Science, die analyses van negen verschillende modellen van energiesystemen vergeleek om de emissie-impact van de EPA-regelgeving te kwantificeren. “Ons werk gaat verder dan alleen het kwantificeren van de onzekerheid van deze emissie-impact om daadwerkelijk te identificeren welke aspecten van de regelgeving het meest effectief zijn in het verlagen van emissies en waar ruimte voor verbetering is,” zei eerste auteur Qian Luo, postdoctoraal onderzoeker aan het Andlinger Center for Energy and the Environment.

Kolenafvoer drijft de meeste emissiereducties

In hun analyse ontdekten Luo en Jenkins dat de richtlijnen van de regels met betrekking tot kolen de meest significante waren in het stimuleren van emissiereducties, goed voor bijna 70% van de totale reducties van de regelgeving. De richtlijnen voor kolen zijn afhankelijk van de geplande sluitingsdatum van een centrale. Als een centrale gepland staat om na 2039 te sluiten, moet deze vanaf 2032 zijn uitgerust met een technologie die minstens 90% van zijn koolstofdioxide-emissies kan opvangen. Als een centrale voor 2039 sluit, moet deze vanaf 2030 aantonen dat de emissiereducties haalbaar zijn door kolen te co-vuren met minstens 40% aardgas.

In hun model ontdekten de onderzoekers dat de kolenregels leidden tot grote emissiereducties omdat ze de vroege sluiting van kolencentrales stimuleerden die anders mogelijk ver voorbij 2039 zouden blijven draaien. In feite, in hun model, van de 28,3 gigawatt operationele kolencapaciteit in 2035, werden slechts 0,3 gigawatt geprojecteerd met koolstofafvangtechnologie. De resterende 28 gigawatt zouden ervoor kiezen om te co-vuren met aardgas voordat ze voor 2039 sluiten.

“Kolenenergiecentrales zijn de afgelopen tien jaar gestaag gesloten, maar zonder emissiegrenzen zou meer dan honderd gigawatt aan kolencapaciteit nog steeds in de jaren 2040 actief kunnen zijn,” zei Jenkins. “Het elimineren van emissies van deze sterk vervuilende energiecentrales is een hoge prioriteit en een van de meest kosteneffectieve manieren om de Amerikaanse broeikasgasemissies te verlagen.”

Natuurlijke gasregels hebben onbedoelde gevolgen

Hoewel de regelgeving voor kolencentrales grotendeels succesvol is in het bereiken van kosteneffectieve emissiereducties, waarschuwden de onderzoekers dat de regels voor aardgas, in hun huidige vorm, emissiereducties behalen tegen hogere kosten en zelfs kunnen leiden tot een minder efficiënt energiesysteem. Volgens de regels, als een nieuwe aardgascentrale als baseload energiebron dient—meer dan 40% van de tijd operationeel is—moet deze vanaf 2032 minstens 90% van zijn koolstofemissies opvangen. Centrales die minder dan 40% van de tijd draaien, moeten voldoen aan bepaalde prestatiestandaarden (minder dan 1.150 pond koolstofdioxide per megawattuur) of hoog-emitterende brandstoffen zoals diesel vermijden, afhankelijk van hun gebruik.

Echter, de vastgestelde regelgeving richt zich alleen op nieuwe aardgascentrales—niet op bestaande centrales. Als gevolg hiervan ontdekten de onderzoekers dat de gasregels bescheiden extra emissiereducties realiseren ten koste van de algehele systeemefficiëntie. “Het probleem is dat het duur is om te investeren in koolstofafvangtechnologie, terwijl het heel eenvoudig is om de capaciteitsfactor van een centrale onder de 40% te verlagen,” zei Luo. “En zonder vergelijkbare regels voor bestaande centrales, wordt de meest kosteneffectieve oplossing om nieuwe, efficiëntere aardgascentrales met lagere capaciteiten te laten draaien, terwijl de energieproductie van bestaande, minder efficiënte centrales wordt verhoogd.”

Deze verwachte druk om nieuwe aardgascentrales te laten draaien die minder dan 40% van de tijd operationeel zijn, zou kunnen leiden tot een aanzienlijke overcapaciteit van aardgascentrales, ontdekte de studie. Er zou meer aardgascapaciteit aan het energiesysteem worden toegevoegd, maar deze nieuwe capaciteit zou minder frequent worden gebruikt, waardoor de kosten van elektriciteit uit nieuwe aardgascentrales toenemen en de afhankelijkheid van bestaande en minder efficiënte generatoren stijgt.

Kansen voor grotere emissiereducties benadrukken

Na het identificeren van mogelijke tekortkomingen van de huidige EPA-regelgeving voor energiecentrales, boden Luo en Jenkins voorgestelde aanpassingen aan die de regels voor aardgascentrales zouden kunnen verbeteren. Een kortetermijnprioriteit, zeiden ze, zou zijn om gelijke normen voor nieuwe en bestaande aardgascentrales vast te stellen. Door simpelweg de huidige regels voor nieuwe aardgascentrales ook toe te passen op bestaande centrales, kan een bijgewerkte set van regels de emissies met 62% onder de niveaus van 2022 verlagen, terwijl meer nieuwe gascentrales met koolstofafvangtechnologie worden geïnstalleerd en stimulansen om oudere gascentrales intensiever te laten draaien worden geëlimineerd.

“De belangrijkste stap voor het verminderen van emissies is het sluiten van oudere en minder efficiënte centrales, zowel kolen als aardgas,” zei Luo. “Niet alleen genereren nieuwere aardgascentrales minder emissies, maar ze hebben ook mogelijkheden, zoals de mogelijkheid om met grotere hoeveelheden waterstof te co-vuren, die de weg zou kunnen effenen voor toekomstige emissiereducties.”

Om de emissies nog verder te verlagen, onderzochten de onderzoekers het uitbreiden van de vereisten voor koolstofafvang voor zowel nieuwe als bestaande aardgascentrales naar elke generator die meer dan 20% van de tijd operationeel is (vergeleken met 40% in de vastgestelde EPA-regelgeving). De voorgestelde wijziging zou zien dat nog meer aardgascentrales worden geïnstalleerd met koolstofafvang, wat de emissies met 81% ten opzichte van de niveaus van 2022 zou verlagen.

De onderzoekers gingen nog een stap verder en toonden aan dat emissiereducties van maximaal 88% ten opzichte van de niveaus van 2022 mogelijk zouden zijn als er een aanvullende vereiste zou zijn voor aardgasgeneratoren die minder dan 20% van de tijd draaien om te co-vuren met minstens 30% waterstof.

Volgens de analyse zouden deze voorgestelde regels zowel lagere totale emissies bereiken als efficiënter zijn, in termen van dollars per ton koolstofdioxide die wordt verminderd, dan de EPA-regelgeving van 2024. Jenkins merkte echter op dat hoewel de aanvullende regels vanuit een regulatoire hoek het meest kosteneffectief zouden kunnen zijn, ze aanzienlijke investeringen van ontwikkelaars van energiecentrales met zich mee zouden brengen die de regels nog meer omstreden zouden kunnen maken dan ze nu al zijn.

“De huidige administratie heeft plannen om deze EPA-regelgeving voor energiecentrales terug te draaien en te vervangen door zwakkere normen, wat deze onafhankelijke analyse uiterst tijdig maakt,” zei Jenkins. “Dit werk helpt de waarschijnlijke effecten van de huidige regelgeving te identificeren, benadrukt de impact van een mogelijke intrekking op de Amerikaanse emissies en kwantificeert de algehele efficiëntie van emissiereducties die door de huidige regels zijn bereikt.”

Luo voegde eraan toe dat de analyse ook “de weg wijst voor toekomstige administraties om de effectiviteit van deze regels te verbeteren om diepere en kosteneffectievere emissiereducties uit de Amerikaanse energiesector te bereiken.”