世界指望下个月在巴黎达成的国际气候协议能够阻止正在使地球变暖的化石燃料和生物燃料排放量的上升。制定国际协议是一个值得称赞的目标，但有趣的是，各国并没有竞相自行实现零排放。更令人惊讶的是，没有一个国家对转向100%清洁可再生能源的益处和成本进行研究。
幸运的是，科学家们已经进行了分析。他们表明，转向完全可再生能源系统将节省资金和生命，同时使国际气候协议变得不必要。
我们最近开发了路线图，展示了美国50个州中的每一个州如何能够放弃核燃料和化石燃料，并将其通用能源基础设施（包括电力、交通、供暖/制冷和工业）转变为到2050年完全由风能、水能和太阳能供电的基础设施。该计划的细节因州而异。然而，总体而言，到2050年，美国有可能通过大约30.9%的陆上风能、19.1%的离岸风能、30.7%的公用事业规模光伏发电、7.2%的屋顶光伏发电、7.3%的带存储的聚光太阳能发电、1.25%的地热能、3%的水力发电和不到1%的波浪能和潮汐能的组合来满足100%的电力和燃料需求。安装这种容量所需的土地比人们预期的要少：根据我们的计算，大约0.42%的美国土地将用于这些发电机的占地面积，1.6%将用作风力涡轮机之间的开放空间。
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100%可再生能源系统仍然需要持续满足消费者的电力需求——即使在阳光不照射或没有风的时候。这是一个可以解决的问题。我们的分析发现，通过低成本解决方案稳定可再生能源系统是可能的，这些解决方案包括将阳光和风力强劲时产生的多余能量存储在冰、水、带存储的聚光太阳能、抽水蓄能水电和氢气中；以及通过使用更智能的电网来减少需求过剩的时期。在我们的模拟中，生物质能、核能、天然气和电池（电动汽车中的电池除外）是不必要的。
转向这种完全可再生能源组合的好处将是巨大的。2050年的平均能源成本（包括存储、输电、配电、维护和阵列损耗）电力为每千瓦时10.6美分，所有能源为每千瓦时11.4美分（2013年美元）——与今天的能源成本相当。然而，到2050年，每个州的最终用户电力需求平均将下降39.3%。在全国范围内，这种转换将净增加200万个40年工作岗位，到2050年每年减少48,000例因空气污染导致的过早死亡，并在2050年节省每年3.3万亿美元的全球气候成本。每个美国人每年将在能源成本上节省260美元，在医疗保健成本上节省1,500美元。
最近，我们开发了类似详细的路线图，展示了139个国家如何转向100%可再生能源。这些研究表明，总体而言，完全转向可再生能源将净创造超过2200万个工作岗位，同时每年防止多达700万例因空气污染导致的过早死亡。这种转换将占用少量土地。它将稳定能源价格并减少国际能源冲突——毕竟，每个国家将在很大程度上实现能源独立。它还将通过用分散在全国各地的小型电厂取代大型集中式电厂（这些电厂是诱人的目标）来降低恐怖主义风险。最后，它将完全实现世界领导人在下周在巴黎会晤时旨在实现的目标：几乎消除任何额外的全球变暖。
马克·Z·雅各布森是斯坦福大学土木与环境工程教授兼大气/能源项目主任。