Fornybar energi og miljøforskning - kan nye energikilder stanse global oppvarming?

Transkript

1 Fornybar energi og miljøforskning - kan nye energikilder stanse global oppvarming? Bjørg Andresen Forskningsdirektør Energi- og Miljøteknologi Institutt for energiteknikk Pb 40, NO-2027 Kjeller

2 Den globale klima energi utfordringen Hvordan sikre nok energi til alle og samtidig redusere utslippene av CO 2? HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 2

3 Institutt for energiteknikk (IFE) Bredt energiteknologisk FoU-miljø Olje, gass, fornybar energi, miljø, klima, nukleær teknologi og kjernekraftsikkerhet Omfattende eksperimentell FoU-virksomhet Over 600 medarbeidere fra 30 land Internasjonalt rettet Samarbeider tett med ledende internasjonale fagmiljøer Utvikler teknologiske løsninger for kunder i land Omsetning: 600 mill.kr - 40% fra utlandet Fokus på teknologisk innovasjon JEEP II-reaktoren på Kjeller IFEs Flerfaselab Halden-reaktoren HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 3

4 STYRET Terje Overvik (formann) ADM. DIREKTØR Kjell H. Bendiksen VISEADM. DIREKTØR Eva S. Dugstad HALDENPROSJEKTET Wolfgang Wiesenack Nukleærteknologi og Fysikk Eva S. Dugstad Nukleær Sikkerhet og Pålitelighet Wolfgang Wiesenack Sikkerhet Menneske Teknologi Organisasjon Fridtjov Øvre Energi- og Miljøteknologi Bjørg Andresen Petroleumsteknologi Dag Thomassen HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 4

5 Teknologiutvikling; norske muligheter og fortrinn - i et internasjonalt perspektiv, sett med IFE- øyne INNHOLD: Status, krav til nye energikilder Fremtidens energibilde Energibruk, energieffektivisering CO 2 CCS Kjernekraft Fornybar energi Konklusjon, oppsummering HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 5

6 Mtoe Den globale energi-klima uviklingen Kjernekraft MtCO Fossil Fornybar Kilde: IEA WEO 2004, BP, WEC HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 6

7 Krav til nye energikilder/-bærere 1 Ikke slippe ut klimagasser 2 Ha eller kunne få en akseptabel konkurransedyktig pris 3 Ha tilfredsstillende virkningsgrad 4 Ha potensial for å dekke en vesentlig del av verdens energiforsyning om år 5 Tilfredsstille strenge HMS-krav 6 Ikke ha for stort ressursforbruk eller CO 2 -utslipp ved utbygging (pr. kwh) Prioritering: Best på flest kriterier HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 7

8 Fremtidens energikilder og systemer 400 Klimagassutslipp fra el-produksjon (gc ekvivalenter/kwh) Kilde: OECD NEA Lignite Coal Oil Gas Solar pv Hydro Biomass Wind Nuclear HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 8

9 Energinasjonen Norge Forsyningssikkerhet Produksjon, infrastruktur, energibruk Reduserte utslipp av klimagasser Andre miljøpåvirkninger Potensial for verdiskapning Naturressurser, internasjonalt markedspotensial Kompetanse HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 9

10 Reduksjon av utslipp Kort sikt Energibruk, energieffektivisering Mellomlang sikt CO 2 -håndtering (CCS) Lang sikt Energikilder/ bærere som ikke produserer CO 2 i utgangspunktet HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 10

11 Energisystemanalyse på IFE Historisk utvikling -energibruk Dagens energisystem Energiressurser Omdanning og overføring Sluttbruk Utvikling av energisystemet for å tilfredsstille fremtidig etterspørsel Teknologisk utvikling Økonomisk utvikling Modeller (MARKAL) Scenarier, politikk og virkemidler HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 11

12 Potensial for energieffektivisering Kostnad (kr/kwh) Industri Husholdninger Service Akkumulert potensial (TWh) HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 12

13 Energieffektivisering Ta i bruk eksisterende teknologi Utvikle ny kunnskap og løsninger Styrke kompetanse om energibruk Byggenæring, eiendomsforvaltning Sluttbruker Bevisstgjøring av forbruksmønster, redusere forbruket Helhetlig virkemiddelbruk HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 13

14 CO 2 håndtering CCS CO 2 capture and storage fangst transport lagring/deponering HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 14

15 CO 2 -teknologienes potensial IEAs ETA 2004 scenario Stabilisering av CO 2 -utslippene i 2050 er mulig Utslipp må koste; global avgift på 50$/tCO 2 Nødvendig teknologi utvikles, utplasseres og tas i bruk Fornybar energi konkurransedyktig CCS på kull/gasskraftverk 2050; ~ 18 mrd tonn CO 2 må skilles ut, transporteres og deponeres årlig Er dette realistisk? Kan det overhodet etableres og drives en global infrastruktur for mrd tonn CO 2 årlig? HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 15

16 Hvor bør Norge satse i FoU på CO 2 -håndtering? HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 16

17 HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 17

18 Status for CO 2 -fangst Det eksisterer et betydelig antall teknologier for CO 2 fangst: Fangst av CO 2 fra eksosen post-combustion Fangst av CO 2 ved forbrenning med oksygen oxy-fuel Fangst av CO 2 før forbrenning pre-combustion Teknologiene er på forskjellige utviklingstrinn og har ulike muligheter for kostnadsreduksjoner Dagens industrielt kvalifiserte teknologier er innen eksosfangst, men er meget kostbare HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 18

19 Fangstanlegg mulig på Kårstø 2011 Renseteknologi basert på aminer 1.2 mill tonn CO 2 årlig Problemer: Ikke testet i stor skala Oppskalering Driftsproblemer Kostnader Aminavfall tonn årlig Utslipp, effekter? Norsk teknologi? Verifiseringsprosess HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 19

20 Aftenposten Gasskraftverket på Kårstø slås av Det omstridte gasskraftverket på Kårstø har stått ubrukt nesten hele tiden etter at det ble åpnet for vanlig drift. Fallende strømpris og stigende gasspris gjør kraftverket ulønnsomt. Så lenge kraftprisene holder seg så lave som de gjør, kan det ta lang tid før Kårstøanlegget settes i drift igjen. (Foto: / ALF OVE HANSEN/ SCANPIX) HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 20

21 Zero Emission Gas POWER Høy system effektivitet; > 80 % Integrert CO 2 - fangst; ~ 100% God økonomi HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 21

22 ZEG-teknologien Samtidig produksjon av elektrisitet og hydrogen med integrert CO 2 -fangst Elektrisitet fra høytemperatur brenselcelle (SOFC) Hydrogenproduksjon ved reformeringsteknologi (SE- SMR) Høy virkningsgrad (80-90%) Patentsøkt av CMR Prototech og IFE HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 22

23 RISAVIKA mai juni 2008 ZEG 2 kw, verifiseringsanlegg Verifisering av oppnådde resultater Optimalisering av driftsbetingelser Kvantifisering av varmetap og mekanisk stress HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 23

24 ZEG Power AS - markedsområder Småskala demonstrasjonsanlegg (2011) Mindre distribuerte anlegg (2014) Storskala anlegg Storskala prototyp modulbasert (2020) HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 24

25 MONGSTAD Satsing både på kort og lang sikt Demonstrasjon av CO 2 - etterrensing ( ) Oppskalering Underlag for fullskala renseanlegg fra 2014 Utvikling og testing av fremtidens teknologier for CO 2 -håndtering ( ) Bredde av teknologier Flere norske teknologier Midler også til FoU og demonstrasjon!! HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 25

26 CO 2 industriell bruk og deponering Deponering i geologiske formasjoner Bare utgifter ingen inntekter Brukt til økt olje (EOR) eller gass (EGR) utvinning Som industrikjemikalie for verdiskapning i mineralindustrien HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 26

27 HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 27

28 SSC Ramore: Subsurface storage of CO2 - Risk Assessment, MOnitoring and REmediation HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 28

29 Fra avfall til verdiprodukt Norge har mange unike forekomster av industri mineraler Olivin Eklogitt (rutil) Anortosit Redusere kostnadene for binding av CO 2 og øke verdien av mineral ressurser Forbedre kvalitet og utvinningsgrad av eksisterende produkter Utvikle nye verdiprodukter og redusere mengde avfall Sikker lagring av CO 2 Ilmenitt HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 29

30 CO 2 og olivin (Mg 2 SiO 4 ) Gruvedrift Naturgass Olivin MgCO 3 CO 2 MgCO 3 Prosesseringsanlegg UTFELT SILIKA Magnesitt (MgCO 3 ) Slurry / pressing av blokker HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 30

31 Mål: Utvikling og demonstrasjon av ny CO 2 -teknologi - som kan bli internasjonalt konkurransedyktig Utvikle helt nye rensekonsepter Bygge flere typer demoanlegg Fullskala undersjøisk CO 2 -deponering Verifisere sikkerhet og stabilitet ved geologisk deponering Etablere sikkerhetsmessige og legale retningslinjer Utvikle nye deponeringskonsepter Tennesee Valley Coal power plant HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 31

32 HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 32 Kjernekraft

33 Er kjernekraft et alternativ? Dagens situasjon: 439 kjernekraftverk (372 GWe) i drift i 31 land 31 nye anlegg (23 GWe) under bygging i 12 land Kjernekraft dekker ca 16% av den globale kraftproduksjon OECD har en kjernekraftandel på nesten 25% EU har en kjernekraftandel på nesten 33% HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 33 Olkiluoto 1-2, 3

34 Kan kjernekraften få en renessanse? 1 At alvoret i klimasituasjonen krever en omlegging av den globale energiforsyning mot energikilder som ikke produserer CO 2 IPCC: fra 16% i dag til 18% i En stadig mer usikker og truet energiforsyning i mange land 3 Ny teknologi som vil gi mer robust brensel, lavere utslipp og føre til at sikkerhets- og avfallsproblemene blir løst (teknologisk sett) HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 34

35 Kan kjernekraften få en renessanse? Hovedutfordringer: Sikkerhet risiko for større ulykker Deponering av høyaktivt avfall Fysisk sikring mot terrorisme, Safeguards Kjernekraften må avdemoniseres Folk flest ha tillit til at sikkerheten er god nok og akseptere bruk av kjernekraft som et alternativ til økte klimagassutslipp At kjernekraften vurderes mer nøkternt og sammenholdes mot andre energikilder mht. sikkerhet, miljø- og klimakonsekvenser HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 35

36 Kjernekraft: Helt nye teknologier Akseleratordrevne systemer (Thorium) 4.Generasjon Kjernekraftverk Fusjon (ITER-prosjektet)

37 Kjernekraft i Norge? Thorium? Sentrale forutsetninger: Politisk vilje Thorium-utvalget: Ikke umiddelbar satsning på energiproduksjon basert på norsk thorium Norge styrke sitt internasjonale samarbeid EURATOM Delta i internasjonalt FoU samarbeid innen thorium baserte reaktorer Forskning og utdanning innen nukleære disipliner bør styrkes i Norge Fensfeltet: Verdens 3. største forekomst av thorium ( tonn) Ikke drivverdige med dagens utvinningsteknologi Fra en sjakt i Fensfeltet i Telemark der det er blitt drevet gruvedrift i flere hundre år. Det hvite mineralet er kalkspat, mens det svarte er niob. Mellom kalkspaten og nioben befinner thoriumet seg. En stor del av verdens thoriumreserver ligger nettopp her i Fensfeltet. ( Foto: SVERRE AKSNES, Aftenposten ) HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 37

38 Internasjonal kjernekraftsikkerhet Halden-prosjektet: Internasjonal sikkerhetsforskning i regi av OECD/NEA To forskningsområder Brensel- og materialteknologi MTO-sikkerhet Vel 100 deltakende bedrifter og organisasjoner fra 17 land 50-års jubileum i 2008!! HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 38

39 Fornybare energikilder - det naturlige svar på klimautfordringen HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 39

40 Fornybar energi Energikilder Vannkraft; Småkraftverk Bioenergi Solenergi Vindkraft Bølgekraft Geotermisk Tidevann Saltvannsgradienter Energibærere Hydrogen, bio- og batterier HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 40

41 Bioråstoff som energikilde Regionalt eller lokalt, hvor det er tilgjengelig tilstrekkelig med rimelig råstoff Bioenergi Kraft Varme Drivstoff Flytende, biogass, biohydrogen Bør utnyttes der det gir størst totalutbytte HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 41

42 Bioråstoff biomasse HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 42

43 Skala Grunnleggende problem i all utnyttelse av bioenergi Oppstrøms skalering: Ressursene er lokale Typisk er innsamling kun økonomisk forsvarlig i en km radius Nedstrøms skalering: Effektiv energiproduksjon krever storskala anlegg Shell Pernis: 1650 t/day oil residue to H 2 and power For 82 residue SGP reactors worldwide: 23,000 t/d Värnamo (6 MWe/9 MWth): 100t/d HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 43

44 Fornybar varme og kjøling fra 1 kwh biobrensel Eksempel Varme-og kjøleleveranse ved bruk av bioenergi ulike systemkoblinger A VG= 35% El KV Elektrisk oppvarming 0,35 kwh B VG=85% Varme Kjel VG=85% Vannbåren varme 0,28 kwh 0,85 kwh 1 kwh C D CHP El:varme: 1:2 0,57kWh VG= 35% COP=4 El KV V P Fjernvarme 0,85 kwh 1,4 kwh + E VG=85% CHP El:varme : 1:2 COP=4 V P 1,13 kwh 0,57 kwh Fjernvarme 1,7 kwh + Varme El. Kjøling inkl. frikjøling (fornybar) El Elektrisitet KV Kraftverk CHP Kraft-varmeverk VP Varmepumpe VG Virkningsgrad COP Coefficience of Performance (varmepumpens varmeleveranse i fht tilført elektrisitet) Kilde: M. Havskjold et al 2007 HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 44

45 Solenergi Rikelig og jevnt fordelt rundt i verden men avhengig av sted, årstid og klima Solen bestråler jorda med mer energi i løpet av en time enn menneskeheten samlet bruker i løpet av et helt år! HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 45

46 Forskjellige enkeltstående anlegg HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 46

47 Fra A-magasinet 31. august 2007 NÅR OLJEN TAR SLUTT Vil den norske solenergisatsningen bli like stor som oljeeventyret? Norge leder i bransjen i dag. HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 47

48 Norske selskaper Råvare Elkem Solar REC Silicon Norsun Andre pilot prosjekter SilanSil NSR Swirl -prosess, IFE IsoSilicon, IFE. Krystallisering REC Scanwafer REC Sitech NorSun Wafering REC Scanwafer NorSun Solcelle produksjon REC Scancell Modul produksjon REC Scanmodule AB Energi systemer REC Solar vision Solkraft AS... Under leverandører Orkla Exolon,Metallkraft, CruSiN... HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 48

49 Solceller basert på silisium gir en virkningsgrad på 15-20% og er kommersielt tilgjengelig i stor skala i dag Maksimum virkningsgrad er for tiden omtrent 25% for silisiumbaserte solceller laget i laboratoriet. Teoretisk grense ca 30% Ved å legge flere solceller oppå hverandre som tar for seg forskjellige deler av solspekteret vil det være mulig på lang sikt å oppnå opp mot 40-50% til en lav kostnad HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 49

50 Prosjekteksempl Thin and highly efficient Si-based solar cells incorporating nanostructures Multippel fotongenerasjon Prosjekttype: ISP-prosjekt i NANOMATprogrammet Målsetning: Å utvikle en teknologiplatform for fremstilling av fremtidens tredje generasjon solceller Å utvikle nye materialer som tillater en bedre utnyttelse av energiene i solspekteret Oppkonvertering av fotonenergier Marstein UiO HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 50

51 HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 51 IFEs nye SOL - bygg

52 Vindkraft Ill. Sway as Norge har enorme vindressurser På land: Folkelig aksept Økonomi for utbygger Til havs: Krever teknologi utvikling Muligheter: Bedre vindforhold Mindre negativ miljøpåvirkning Utnytte kompetanse fra offshore olje og gassvirksomhet Kan bli betydelig industriell aktør i et globalt marked Utbygging til havs (store dyp) krever erfaring fra land! HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 52

53 Vind Energi på IFE Simulering av vind i komplekst terreng Turbulens Turbulens modellering bruk av 3DWind IFE-software Ground mesh 350 Navier-Stokes 300 Rotor aerodynamikk Aero - fleksibilitet 150 Offshore vind energi 100 Fluid mekanikk HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 53

54 HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 54

55 HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 55 Konklusjon??

56 Den globale klima energi utfordringen Fremtidens energibilde Bare nye tenkemåter og ny teknologi kan løse energi-klima utfordringene Det finnes ingen enkle løsninger Prioritering ut fra BEST PÅ FLEST kriterier Satse bredt, verken utelukke eller plukke vinnere for tidlig Langsiktig satsning; Teknologiutvikling, FoU HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 56

57 Takk for oppmerksomheten! HMS-faglig forum, årskonferanse 2008; 57