Energisituasjonen i verden fornybare energikilder og klimatiltak

Transkript

1 Energisituasjonen i verden fornybare energikilder og klimatiltak Forelesning på Hvam videregående skole 25. oktober 2011 petter.heyerdahl@umb.no

2 Biomassens rolle i fremtidens energisystemer Bioenergi 15 % Annen fornybar energi 5 % Verdens energiforbruk For 2/3 av verdens befolkning er biomasse den eneste, eller viktigste energibæreren. 2 I dag: 80 % fossil 80 % (Kull, olje og gass). I 2030: Fremdeles 80 % fossil. Kilder: Energigården og Institute for energy research, IER, topnews.in

3 Bruk av energi i Norge i 2008 (TWh) Bruk av energi i Norge i 2008 (TWh) Båt - 18 Fjernvarme - 2 Fyringsolje - 7 Fly - 9 Bio - 15 El Veitransport Fossilt karbon ca. 25 mill tonn CO2 Gass - 6 Kull og koks - 13 Kilde: SSB

4 Biomassens rolle i fremtidens energisystemer Verden hadde peak oil i Gapet må dekkes av ukonvensjonelle oljer. Skittent og eller kostbart. Vil føre til høyere drivstoffpriser. Kull til Olje, CTL, lurer i bakgrunnen. Kan forlenge fossilalderen betydelig. 4 Total Tatt ut totalt historisk: ca 1000 mrd fat Reserver: mrd fat Kilde: BP 2005 og IEA: World Energy Outlook 2010, Executive Summary side 6

5 Biomassens rolle i fremtidens energisystemer Funnet og produsert olje i Norge. Peak oil var i Nye funn i Nordsjøen: millioner fat olje. Dekker verdens oljeforbruk i 2 5 uker. 5 Kilde: Kjell Aleklett, Uppsala Universitet,

6 6 Riktig bruk av energi krever kunnskap Britene forbereder rasjonering av energi før 2020 John Hemming forbereder britene på en tid hvor oljen ikke lenger kan forsyne dem med billig energi Forslag: Alle borgere får en viss kvote energi som de kan bruke til å kjøpe bensin eller kullkraft, eller selge den på markedet: Tradable Energy Quotas, TEQ Energiprisene henger også sammen med matpriser fordi man bruker olje til å lage gjødsel, drive jordbruk og transportere mat Liberaldemokraten John Hemming leder den tverrpolitiske peak oil-gruppen i det britiske Underhuset. Kilde: tu.no/olje-gass/article ece

7 Riktig bruk av energi krever kunnskap Klimaforliket av 2008 Et viktig punkt er å øke bruken av biodrivstoff Store deler av dette skal importeres Men er det så greit? 7

8 Geotermisk energi - ny utviklingsmulighet for energibransjen Hvorfor vi må ta vare på og gjenvinne fosfor Fosfor er en begrensende faktor i matproduksjon I motsetning til olje finnes det ingen erstatning for fosfor P er en ikke-fornybar ressurs. Kjente reserver er ventet å vare år Produksjon av P krever mye energi. P kan gjenvinnes med kretsløpsteknolgi: Lokal behandling av avfall og avløp for vannsparing, resirkulering av næringsstoffer og vann, samt gjenvinning av energi og stoff. 8 Kilde: Global Phosphorus Research Initiative.

9 Geotermisk energi - ny utviklingsmulighet for energibransjen Alle planter er avhengig av fosfor - en endelig ressurs. 9 Kilde: Global Phosphorus Research Initiative.

10 Geotermisk energi - ny utviklingsmulighet for energibransjen Mesteparten av fosforet finnes i fem land. 10 Kilde: Global Phosphorus Research Initiative.

11 Geotermisk energi - ny utviklingsmulighet for energibransjen Kretsløpsteknologi: Lønnsom lokal behandling av avfall og avløp for vannsparing, resirkulering av næringsstoffer og vann, samt gjenvinning av energi og stoff. Spare vann = å spare energi Resirkulere nitrogen og fosfor = å spare energi Lokal behandling av avfall og svartvann gir mindre transport, infrastruktur og sentrale renseanlegg = å spare energi Biogass fra våtorganisk og svartvann = å spare fossil energi La det som er vått være vått = å spare energi 5 TWh 11

12 Stor oppgave som også krever energi: Rent vann i verden Bangalore, India Kloakk 12 Brønn Kilde: Petter D. Jenssen.

13 Biomassens rolle i fremtidens energisystemer Utvikling av verdens befolkning For hver kj med mat som blir spist i USA går det med 10 kj i form av petroleum i produksjon og transport. Dette brukes som et argument for at det vil oppstå hungersnød når verdens samlede oljeproduksjon for alvor begynner å synke. I dag: 7.16 mrd 13 Kilde: Jens Hetland, Når og hvordan slutter oljealderen? Foredrag i Trondheim Polytekniske forening,

14 Geotermisk energi - ny utviklingsmulighet for energibransjen 14 Verden blir tørrere: Metastudie fra National Center for Atmospheric Research (NCAR) indikerer: (Rødt er tørt) Most of the western two-thirds of the United States will be significantly drier by the 2030s. Much of Latin America, including large sections of Mexico and Brazil Regions bordering the Mediterranean Sea, which could become especially dry Large parts of Southwest Asia Most of Africa and Australia, with particularly dry conditions in regions of Africa Southeast Asia, including parts of China and neighboring countries In contrast, higher-latitude regions from Alaska to Scandinavia are likely to become more moist.

15 Geotermisk energi - ny utviklingsmulighet for energibransjen Verden der folk bor kan bli tørrere Råd: Vern om norsk jord! 15 Kilde: The National Science Foundation

16 Bruk av fossilt karbon og CO2 i atmosfæren henger sammen 16

17 Riktig bruk av energi krever kunnskap Vi sitter i den fossile drivstoffella Hver gang vi skal flytte oss eller varer bruker vi fossile flytende drivstoff: Bil, båt, tog, fly, traktor, gravemaskin, motorsag,.. og flytende drivstoff vil være dominerende innen transport lenge: 17 U.S. Energy Information Administration, independent Statistics and Analysis. Outlook Highlights

18 Riktig bruk av energi krever kunnskap som er med på å tegne dette bildet av forventede utslipp 18 U.S. Energy Information Administration, independent Statistics and Analysis. Outlook Highlights

19 Biomassens rolle i fremtidens energisystemer Den vestlige verdens velstand drives av karbon Flytende drivstoff har karbon som hovedkomponent: Diesel og bensin ca. 85% Etanol 52% Metan 75% Karbonfangst fra en milliard eksosrør er vanskelig Skal flytende drivstoff være karbonnøytrale 19 må de derfor lages med biologisk karbon

20 Hvor kan biomasse spille en rolle i dette bildet? 20

21 CO 2 og litt kjemi C 12 + O 16 O 16 Forbrenning Fotosyntese O 16 C 12 O = 44 Eller: 21 1 kg C kg O 2 = 3.7 kg CO 2

22 Kunnskapsbasert bruk Riktig av bruk energi av energi Hvor mye CO 2 binder trær? Tørrstoff i tre: Gran 380 kg/fm 3, furu 440, bjørk 500 Sammensetning i tørrstoff: 50% C, 43% O, 6% H (kalles basisdensitet) Innhold av C blir derfor: Gran 190 kg/fm 3, furu 220, bjørk 250 For å binde 1 kg C trengs 3.7 kg CO 2 1 fm 3 gran binder 190 kg 3.7 kg CO 2 = 700 kg CO 2 1 fm 3 furu binder 220 kg 3.7 kg CO 2 = 800 kg CO 2 1 fm 3 bjørk binder 250 kg 3.7 kg CO 2 = 900 kg CO 2 Skogen i Norge med røtter binder årlig netto ca. 24 millioner tonn CO 2 Norge slipper for tiden ut ca 55 millioner tonn CO 2 per år 22 Et hus av tre binder tonn CO 2. Tilsvarer utslipp fra en bil i 5 10 år

23 FINNES DET NOK BIOMASSE TIL ALLE GODE FORMÅL? 23

24 Kunnskapsbasert bruk Riktig av bruk energi av energi Biomasse har mange flotte egenskaper: CO 2 -nøytral fordelt ressurs: Finnes der mennesker vil være kan lagres forstås av alle kan brukes i alle skalaer 24 Pelletsovn Bionordic 2-6kW 240 MW el Alholmen, Finland 1000 m3 brensel i timen 100 W

25 ...men det er flere om benet: treforedling varmemarkedet proft og privat for tiden eneste alternativ til drivstoff økende bruk til konstruksjonsmateriale biokjemiske produkter som plast og oljer etc. klimanøytralt reduksjonskarbon karbonnegative kraftverk / karbonfangst biokarbon i landbruket Terra Preta 25

26 Biokarbon i jordbruket - Terra Preta 26

27 Skogen er den viktigste kilde for biokarbon 27 Photo: John Y. Larsson, Skog og landskap

28 Utvikling av tilvekst og avvirkning i norske skoger 25 mill fm3 i Netto tilvekst i skogen har brennverdi på TWh Kommer an på hvor mye av treet som brukes (grener, topper, røtter, bark) og hvor langt ut i skogen det hugges (bratt terreng, nye skogsbilveier) Kilde: S. Gjølsjø og K. Hobbelstad. Energipotensialet fra skogen i Norge, Oppdragsrapport fra Skog og landskap 09/2009

29 Hvordan blir verden etter oljens sluttf? Hvor mye biomasse har vi i Norge? Kilde Brennverdi i tørrstoff TWh Balansekvantum i skogene (1) 56 - Dagens hogst 26 = Netto nytt tilgjengelig 30 + Mulig økning hvis vi bygger flere skogsbilveier 10 = Maksimum ny biomasse fra skogen 40 - Økt bruk til biovarme innen 2020 (Klimaforliket) 10 = Netto tilgjengelig for andre formål (optimistisk) (1) Simen Gjølsjø og Kåre Hobbelstad, Energipotensialet fra skogen i Norge, Oppdragsrapport fra Skog og landskap 09/2009

30 Biogass Dannes ved råtning av biomasse uten tilgang på oksygen. Biogass: Ca. 65% metan (CH4) og 35% (CO2) Best utnyttelse av våtorganisk materiale. Våt prosess, næringsrik biorest, høyt energiutbytte og høyverdig gass som drivstoff til CHP og transport. Reduserer utslipp av metan som har 20 ganger høyere drivhuseffekt enn CO2 30

31 Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Biogassreaktor industriell skala 31

32 Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Enkle biogassanlegg 32 Biodigestor at a Nairobi International Trade Fair. /Picture: Anthony Kamau

33 Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Deponigass 33 Produksjonstid fra deponi: år Produksjon: Nm3 gass per tonn avfall % metan. Brennverdi ca 5 kwh/nm3

34 Hvordan blir verden etter oljens sluttf? Teoretisk potensial for biogassproduksjon i Norge Kilde GWh Husholdninger 377 Storhusholdninger 246 Handel 50 Industri 1241 Halm 575 Husdyrgjødsel 2480 Avløpsslam 266 Deponigass 292 Sum Som tilsvarer 5.5 TWh Kilde: Hanne Lerche Raadal, Østfoldforskning, 30. april 2009, Potensialstudie for biogass i Norge, Prosjekt gjennomført for Enova høsten 2008

35 Fredrikstad Biogass AS Buss og bil på metan fra avfall 35

36 Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Biodrivstoff fra trevirke. Bidrivstoffabrikk: Biomasse til flytende (BTL) De beste har 50 % effektivitet Stor fordel med 2. generasjons drivstoff: 36 Konkurrerer ikke med mat Men pass på skogene i verden Kilde: Choren.com

37 Hvordan blir verden etter oljens sluttf? Hvor mye biodrivstoff kan lages av norske råvarer? Altså: Vi kan fremskaffe maksimalt 30 TWh biomasse Virkningsgraden for omformingen fra biomasse til drivstoff kan ventes å være rundt 50% 30 TWh biomasse kan lage omtrent 15 TWh biodrivstoff I tillegg kommer 5 TWh biogass som kan brukes direkte Dette tilsvarer til sammen ca millioner liter 37 (Dieselekvivalenter)

38 Hvordan blir verden etter oljens sluttf? Hvor mye fossilt flytende drivstoff bruker vi? Anvendelse Millioner liter per år Veitransport Skip tanket i Norge Fly tanket i Norge 900 Total * Konklusjon: 2000 millioner liter biodrivstoff og biogass kan erstatte rundt ¼ av vårt fossile drivstofforbruk Optimistisk vil elektriske biler kunne dekke 10 % av veitransporten i 2020 Elbil, et viktig skritt, men har på mellomlang sikt liten virkning på vårt forbruk av fossilt drivstoff * Fyringsolje er tatt ut da det skal fases ut innen 2020

39 Konklusjon biomasseressurser Det er ikke nok biomasse til alle gode formål Den vi har må brukes smart 39

40 Riktig bruk av energi krever kunnskap Hvilken vei vil biomassen gå? Priselastisiteten for drivstoff er lav i Norge, rundt - 0.4: Det betyr at 10% økning i pris reduserer etterspørsel med 4% Vi er rike, blar opp og fortsetter å kjøre Men når drivstoffprisen øker, blir det mer lønnsomt å lage biodrivstoff Høyere priser vil trekke biomasse ut av de minst lønnsomme markedene 40 Hvem er første offer?

41 Riktig bruk av energi krever kunnskap En liten oppsummering: 1. Drivstoffprisene vil stige 2. Etterspørsel etter flytende drivstoff vil bli høy i flere tiår enda 3. Betalingsviljen for drivstoff er høy generasjon biodrivstoff er rundt hjørnet 5. Det blir økende press på biomasse for å lage drivstoff 6. Å satse på import av biodrivstoff er ikke bare bare 7. Lokal konklusjon: 41 Å brenne biomasse for kun å lage varme vil om noen år neppe være aktuelt.

42 Riktig bruk av energi krever kunnskap Regjeringens mål: Doble bruk av bioenergi innen 2020 ENOVA subsidierer fjernvarme med milliarder - til forbrenningsanlegg og - rør i bakken for transport av varmt vann Tross store subsidier er lønnsomheten lav og liten økning i råvareprisen velter prosjekter Hva skal vi fyre med i fjernvarmeanleggene når - 2. generasjons teknologi for biodrivstoff er kommersiell 42 - og drivstoffprisene blir høye?

43 Riktig bruk av energi krever kunnskap Vi må finne andre varmekilder til fjernvarmeanleggene. Da kan vi frigjøre biomasse til drivstoffproduksjon En stabil og nær uendelig varmekilde er 43 99% av jordens indre holder over 1000 grader C

44 Riktig bruk av energi krever kunnskap DYP GEOTERMISK ENERGI Bor 3 5 km dype hull under varmesentralene Sirkuler vann i hullene Få opp geovarme og kjør den ut på fjernvarmenettene Noen steder kan det også lages strøm Varmen er gratis, tilgjengelig døgnet rundt (ikke avhengig av vær og vind) og vil vare år. Da bores nye hull 1 km unna og de gamle lades opp igjen. Største hindring er prisen på hullene 44

45 Riktig bruk av energi krever kunnskap Dyp geovarme 45

46 Riktig bruk av energi krever kunnskap Mens vi lærer oss å bore dypt kan vi bore grunt og bruke varmepumpe. Temperaturen stiger med ca. 30 grader/km innover i jorden Prisen på hullene stiger eksponentielt med dybden Dype hull krever store anlegg Hybridanlegg: Grunnere hull kombinert med VP kan gjøre mindre anlegg lønnsomme 46 Med riktige temperaturløft kan varmepumpen få økt anvendelse

47 Riktig bruk av energi krever kunnskap Fortsett allikevel å brenne biomasse! Hvorfor? Tross nye forskrifter vil bygninger lekke varme i mange år enda Derfor skal ENOVA fortsette å subsuidiere fjernvarme Dette vil bidra til å lage en stabil og kanskje lønnsom verdikjede for biomasse fra voksested til varmekunde En vakker dag finner biomassen veien til drivstoffabrikkene: Da utløses et stort marked for alternativ varmeproduksjon Rør og kunder er alt på plass, takket være tiår med subsidier Slik kan vi redusere vår avhengighet av fossilt drivstoff: 47

48 Innspill Energiforskning UMB Karbon til varme og transport i Norge TWh TWh gen. biodrivstoff og dyp jordvarme er nå kommersielt Klimaforliket: Biomasse til varme øker med 14 TWh, frem til Elektriske biler Ny biomasse for eksempel til drivstoff Biomasse trekkes ut av varmemarkedet Biovarme erstattes av f. eks. Dyp geovarme eller Grunn GEO+VP (Shallow Geothermal) 60 Fossilt drivstoff for bil, fly og båt Økt effektivitet gir forhåpentlig begrenset økning i forbruk. Derfor stiger den brune kurven ganske svakt. Det store spørsmålet: Hvordan forvalte karbon? Petter H. Heyerdahl 2011

49 BIODRIVSTOFF Drømmer, virkelighet og muligheter 49

50 Biodrivstoff i Norge. Råstofftilgang setter grenser Bil, fly og båt i dag bruker 7500 millioner liter fossilt drivstoff Vi har 30 TWh ledig biomasse Dette kan gi ca millioner liter I tillegg ca 500 millioner liter fra biogass. Altså maksimalt 30 % biodrivstoff fra norske ressurser Biomasse vil også brukes til andre formål, så tallet blir mindre 50 Vi må ha høyere ambisjoner: 100 % fornybar transport

51 Vi må flytte fokus fra biodrivstoff til fornybar fremdrift % Hvor lang tur kjører du? Akkumulert: Over 80 % av turene er egnet for el-bil Reisevaneunderøkelsen TØI, 2005

52 Nå kommer elbilen. Bil nr 2 blir bil nr 1. Nissan Leaf Citroen Zero Renault Kangoo Z.E Jiayuan JY-6356 Null CO 2 -utslipp dersom strømmen kommer fra vind, vann, sol, bølge, biokraft eller er frigjort fra oppvarming Null utslipp lokalt 50% elbil-km i Norge halverer utslipp og krever kun 5% av vannkraften. Dette er fint, men: Problem 1: Kort kjørelengde, må ha to biler 52 Problem 2: Dyre batterier, tør ikke kjøpe Mercedes 12 seter

53 Løsning: To biler i en. Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV. Strøm til daglig fra store batterier drivstoff på langtur % fornybar 10% Vanlig bil 90% fossil bio 10 Hybrid bil 90% fossil 10% 10 PHEV30km 30% fossil 60% av km på strøm 10% 70 PHEV100km 10% 90% av km på strøm 90 10% PHEV100km 90% av km på strøm bio Alle større merker kommer med hybrider nå Kilde: Ciborowski, Peter, et al: Air Emissions Impacts of PHEV in Minnesota s Passenger Fleet. Plug-in Hybrid Task Force, Minnesota Pollution Control Agency, March 2007.

54 BYD F6, kinesisk PHEV100km i salg i Kina nå. Strøm på turer under 100 km bensin på langtur Plug-in Hybrid Electric Vehicle: Hybrid med store batterier 75 kw elmotor, 50 kw, 1 liter bensindrevet generator slår inn på langtur PHEV100km bruker % bensin gjennom året Bensinmotoren går optimalt siden den med konstant belastning driver en generator km på litium-jern-fosfat batterier 330 km på bensin 50 % lading på 10 minutter. Full lading fra vanlig kontakt på 9 timer På dashbordet er det to knapper: Trykker du på den ene kjører du for 10 kr/mil med eksos Trykker du på den andre kjører du for 1.50 kr/mil, utslippsfritt. 2010: Masseproduksjon ren elektrisk BYD e6 300km Batteriet

55 Volvo C30 PHEV 150km Li polymer batteri El-motorer i hjulene Flexifuel motor km kjørelengde Batterier 55 Generator Motor i alle hjul

56 Volvo V60 plug in hybrid. Diesel elektrisk. PHEV km på et 12 kwh Li-ion batteri Snittforbruk på 0,19 liter på mila, tilsvarende et CO2-utslipp på 49 g/km, etter EU-syklusen

57 5 seter Joule fra Optimal Energy, Sør-Afrika km på en lithium ion batteripakke. Klargjort for 2 pakker PM asynkronmotor forhjuldrift eller en PM asynkronmotor i hvert hjul Små serier 2010 masseproduksjon 2012

58 Mitsubishi MiEV 4 seter 58 Rekkevidde: 160 km, max 130 km/h Motor: 47 kw, synkron, permanent magent Batteri: 16 kwh, 330V, Litium ion, 200 kg Ladetid: 7 timer på 16 A kurs. Hurtiglading: 80% på 30 min, 3-fas 50 kw

59 Opel Ampera, PHEV100 I salg i Europa i kwh Li-ion batteri Elmotor: 111 kw / 370 Nm Drivstoffutgifter 20% av bensin 4 seter

60 Og verdens raskeste elbil på 3.9 sekunder 400 km kjørelengde

61 6 tonns elektrisk lastebil 61 ZeroTruck er bygget på et 2008 Isuzu N Serie chassis. Litium polymer batterier gir 160 km kjørelengde. I trafikk i Los Angeles fra august 2008

62 Serie hybridbuss. Hjulene drives kun med elektromotor. Strøm fra generator med forbrenningsmotor. Senere brenselcelle. Daimler Benz, Citaro, 20 km på strøm Batterier på taket (19 kwh) Lader ved bremsing og utfor Stille og luktfri inn og ut fra holdeplass % redusert forbruk Etanol, biogass, brenselcelle, biodiesel

63 Electric TucTuc for person transport in cities Watts motor

64 Electric bike Typical range km Lots of DIY kits available 64

65 Ruter kjøper 5 hydrogendrevne busser. Kommer I drift i Oslo fra Linje 81A: Solli Sofiemyr Eksos: Rent vann Produsent: Van Hool, Belgia

66 Hydrogenbiler kommer nå Hyundai I-Blue Mercedes-Benz BlueZero F-Cell 66 Honda FCX Clarity Peugeot 207 Epure

67 Hydrogenbil kan kjøre langt og er helt rene. Men det er noen problemer som må løses: 67 Batteribilen kommer altså 3 ganger så langt på samme strømmengde

68 Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Drift på syngass med knottgenerator. 1 million biler i drift i Europa under krigen 100 km på 30 kg knott 965 km på 180 kg knott 68 Brennverdi syngass: 6 MJ/kg. Ved (30% fukt): 12 MJ/kg. Bensin 44 MJ/kg

69 Bil som går på trykkluft km på en tank, 90 km/h 6 seter 3 minutter fylletid. 340 liter luft. 300 bars trykk!

70 Mange kilder til strøm 70 Men du kan også bidra

71 Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer GEK Gasifier Experimenters Kit 10 kw elektrisitet Kohler 2 sylindret V-motor 12V / 240V Pris ca $ 71

72 Frigjort strøm driver elbiler 4 favner ved Vannmagasinene er strømlageret 5 elbiler (à km) 13 lm 3 flis kwh tonn pellets 72 Brennverdier: Ved: 1.6 fm 3 /favn, 2200 kwh/fm3, η = 0.65 Flis: 300kg/lm3, 3.5 kwh/kg, η = 0.75 Pellets: 4.700kWh/kg, η = 0.8

73 Varmepumpe frigjør strøm som driver elbiler kwh Varmepumpe Elbiler (à km) 5000 Peugeot 106 Electric 73 I en bolig settes det inn en varmepumpe som erstatter kwh med elvarme. Varmepumpen bruker 5000 kwh strøm, men frigjør netto kwh strøm kwh strøm kan drive en elbil km per år. Elektrisk energi har alt for høy kvalitet til å brukes til noe så enkelt som å gi varme.

74 6 m 2 solfangere varmer tappevann og frigjør strøm. Elbilen kjører et år på denne strømmen. Nettet er det store batteriet kwh Illustrasjon: Kim Brantenberg Solvarmeproduksjon i Norge: kwh/m2 per år m2 på taket sparer kwh/år frigjør strøm fra varming av varmt vann til drift av en elbil 1 Elbil km Fiat Micro-Vett

75 Bilen kjører et år på 15 m 2 solpaneler Nettet er det store batteriet 2000 kwh 1 Elbil ( km) 75 Strømproduksjon i Norge: 150 kwh/m2 per år. Her er det ikke snakk om frigjøring av strøm, men ny produksjon

76 Konklusjon stasjonær bruk av energi Stasjonær produksjon av energi, må sees i sammenheng og transport Dette krever smarte løsninger 76 Smarte løsninger bygger på kunnskap. Sørg for å bli gode fremtiden trenger dere!