Bærekraftig infrastruktur/energisystemer Samspill mellom bioenergi, varme, elkraft og transport utnytter ressursene godt og gir bedre klima Konferanse om samfunnsplanlegging Arrangør: FAGFORBUNDET Seksjon for samferdsel og teknisk og UMB UMB 2. desember 2009 Petter Hieronymus Heyerdahl, Universitetet for miljø og biovitenskap Under noen av lysbildene er det utfyllende kommentarer eller beregninger
Dagens tekst Olje til evig tid? Noen utfordringer for ny bioenergi i Norge Konkurransen om biokarbonet Den norske energimiksen Fornybar fremdrift Verdien av varme Kan jeg bidra? 2 Finnes det konklusjoner?
Hubberts Peak of Oil Production 3 Peak oil er det tidspunkt der produksjonen avtar En oljebrønn har maksimal produksjon når halvparten av oljen er tatt ut Deretter 3 15 % fall i produksjon per år Marion King Hubbert (1903-1989) Kilde: energikrise.no
Funnet og produsert olje i Norge Peak oil var i 2001. 4 Kilde: Kjell Aleklett, Uppsala Universitet, http://partnerskapalnarp.slu.se/ekonf/1mars2006kjellaleklett.pdf
Total Tatt ut totalt historisk: ca 1000 mrd fat Kilde: BP 2005 Reserver: 1000 2000 mrd fat UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 5
Utfordringer for bioenergi Norge Statnett venter 30 TWh mer strøm i Norge de neste 15 år Sverige planlegger 30 TWh ny vindkraft Finland bygger ut ny kjernekraft og Sverige ruster opp sine verk Mer nedbør gir mer strøm Mildere klima gir lavere forbruk til oppvarming Det tar lang tid før kabelkapasitet for eksport øker vesentlig Antatt strømoverskudd i Norden: Rundt 50 TWh Norge vil være svingprodusent for Europa. For å selge mye må prisene være lave. Da blir bioenergi vanskelig konkurransedyktig. Rammebetingelsene for bioenergi er ikke gode nok Biomasse har mange konkurrerende brukere - pris på råvaren Fremtidens bygg har mindre behov for oppvarming Mildere klima gjør varmepumper mer effektive
Fornybardirektivet peker ut ny kurs for Norge Vi må kanskje øke fornybarandel fra 58% til 72% innen 2020 Målene er ikke bestemt enda og skal forhandles med EU Ved uendret forbruk: Ny fornybar produksjon 32 TWh Ingen ny produksjon: Redusere energiforbruk med 44 TWh Løsning: En kombinasjon Kilde: Mari Hegg Gundersen NVE, Årsmøte i Småkraftforeninga 2009-03-18
Hvor kan biomasse spille en rolle i dette bildet? UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 8
CO 2 og litt kjemi C 12 + O 16 O 16 Forbrenning Fotosyntese O 16 C 12 O 16 12 + 32 = 44 Eller: 9 1 kg C + 2.7 kg O 2 = 3.7 kg CO 2
Hvor mye CO 2 binder trær? Tørrstoff i tre: Gran 380 kg/fm 3, furu 440, bjørk 500 (kalles basisdensitet) Sammensetning i tørrstoff: 50% C, 43% O, 6% H 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 10 Et hus av tre binder 10 20 tonn CO 2. Tilsvarer utslipp fra en bil i 5 10 år
FINNES DET NOK BIOMASSE TIL ALLE GODE FORMÅL? UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 11
Biomasse har mange flotte egenskaper: CO 2 -nøytral fordelt ressurs kan lagres forstås av alle Kan brukes i alle skalaer 12 Bionordic 2-6kW 240 MW el Alholmen, Finland 100 W
...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 13 biokarbon i landbruket Terra Preta
Biokarbon i jordbruket - Terra Preta UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 14
Skogen er vår viktigste biomasseressurs Foto: John Y. Larsson, Skog og landskap UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 15
Utvikling av tilvekst og avvirkning i norske skoger 25 mill fm3 i 2002 16 Merk: Dette er målt i stammevirke under bark Kilde: S. Gjølsjø og K. Hobbelstad. Energipotensialet fra skogen i Norge, Oppdragsrapport fra Skog og landskap 09/2009
Prosentvis fordeling av tredeler 17 Kilde: Marklund, L.G. 1988. Biomassefunktioner för tall, gran og björk i Sverige. Swedish University of Agricultural Sciences. Institutionen för skogstaxering. Rapport 45: 1-73.
Brutto balansekvantum tilvekst i norske skoger Stamme Bark 1000 tonn tørrstoff (TS) per år Gren og nål Stubbe Røtter Sum Gran 4206 395 1945 479 1675 8 701 Furu 3111 236 952 413 980 5 692 Løv 1376 236 455 121 237 2 424 16 818 Effektiv brennverdi TWh (1 kg TS regnes å ha nedre brennverdi 5.32 kwh/kg) 18 Kilde: S. Gjølsjø og K. Hobbelstad. Energipotensialet fra skogen i Norge, Oppdragsrapport fra Skog og landskap 09/2009
Tilvekst av energi i norske skoger Effektiv brennverdi i tørrstoffet i TWh/år. Brutto hele landet Netto hele landet Netto uten løv og nål Gran 46.3 34.7 28.8 Furu 30.3 22.7 18.6 Løv 12.9 9.7 8.0 Sum 89.5 67.1 55.4 Netto kvantum er brutto kvantum redusert med 25% der avstand til vei over 1.5 km der det er mer enn 90% taubanehelling av miljøhensyn 19 Kilde: S. Gjølsjø og K. Hobbelstad. Energipotensialet fra skogen i Norge, Oppdragsrapport fra Skog og landskap 09/2009
Tilgjengelig energi fra norske skoger TWh Netto balansekvantum uten nåler, løv og røtter 5cm 55.7 Minus dagens avvirkning - 26.3 Netto = 29.4 Tillegg for 15% økt veibygging + 11.1 Mulig totalt økt tilgjengelig energi = 40.5 Her er det regnet nedre brennverdi for tørrstoffet (5.3 kwh/kg). 20 Kilde: S. Gjølsjø og K. Hobbelstad. Energipotensialet fra skogen i Norge, Oppdragsrapport fra Skog og landskap 09/2009
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 høyre GWF enn CO2 21
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 5527 22 Total produksjon i dag er 470 GWh Kilde: Hanne Lerche Raadal, Østfoldforskning, 30. april 2009, Potensialstudie for biogass i Norge, Prosjekt gjennomført for Enova høsten 2008
Bruk av energi i Norge i 2008 (TWh) Fossilt karbon ca. 25 mill tonn CO2 Kilde: SSB UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 23
Energimarkeder i Norge hvor biomasse kan ta andeler Privat romoppvarming og varmt vann, el. Næringsbygg oppv., el. Industri damp/vann, el. 14 TWh 13 TWh 6 TWh Fyringsolje og parafin 1 000 mill liter 10 TWh Bensin og diesel 4 900 mill liter 49 TWh Båt (fylt i norske havner) 1 800 mill liter 18 TWh Fly 900 mill liter 9 TWh Reduksjonskarbon ind. 940 000 tonn 10 TWh 24 Til sammen 130 TWh Sum flytende drivstoff : 7.5 milliarder liter ~76 TWh
Utslipp av klimagasser etter kilde (Millioner tonn CO2-ekv) UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP
Biomasse til energi Industri og privat til sammen i dag: Mulig økt uttak og høsting uten å true artsmangfoldet: 16 TWh 30 TWh (Avfall fra storsamfunn, industri, bioproduksjon og foredling, tre, biogass, deponigass skogsbrensel, grot, halm, kornavrens...) Vi kan tredoble bruk av bioenergi i Norge til 45 TWh (NVE 7/2003 og NVE P06 037) 26 Men det er ikke nok: Andre kilder må inn: Sol, vann, varmepumpe, vind, bølge, tidevann, jordvarme, saltkraft Øke fokus på energikvalitet: Rett energi på rett plass Øke verdikjedeeffektiviteten Viktigst: Bruk mindre.
Konklusjon biomasseressurser Det er ikke nok biomasse til alle gode formål Den vi har må brukes smart UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 27
Konklusjon varme Å erstatte strømoppvaring med biovarme gir størst reduksjon av utslipp (1 kg CO 2 /kwh), men krever en del ombygginger Å erstatte oljefyring med biovarme er logisk, er enklere, men har litt mindre virkning enn strøm ( 0.3 kg CO 2 /kwh) Bioenergi godt egnet - for større anlegg drevet profesjonelt (skoler, større bygg, boligblokker) - der brenslet har meget lav pris - egen ved i god ovn - også sammen med sol Varmepumper godt egnet i alle størrelser bør ha lavtemp fordeling Solvarme begynner å bli lønnsomt 28 El-oppvarming må ut av sløsehus ENØK er best! Den kilowattimen du ikke bruker er mest verdt
BIODRIVSTOFF Drømmer, virkelighet og muligheter UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 29
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 15 TWh biodrivstoff = 1500 millioner liter Altså maksimalt 20 % biodrivstoff fra norske ressurser Biomasse vil også brukes til andre formål, så tallet blir mindre Vi må ha høyere ambisjoner: 100 % fornybar transport 30
Vi må flytte fokus fra biodrivstoff til fornybar fremdrift % Hvor lang tur kjører du? Akkumulert: 6 18 30 46 66 83 100 31 Over 80 % av turene er egnet for el-bil Reisevaneunderøkelsen TØI, 2005
Rett energi på rett plass. 1.25 kwh/km Biodrivstoffabrikk 40 % effektivitet 0.5 l diesel /mil = 0.5 kwh/km Elbil 0.18 kwh/km 32 0.25 kwh/km Pelletfabrikk 80 % effektivitet 90% 0.18 kwh/km Biovarme frigjør strøm til drift av elektrisk bil Biomassen utnyttes 5 ganger bedre
Frigjort strøm driver elbiler Vannmagasinene er strømlageret 5 elbiler (à 10.000 km) 4 favner ved 13 lm 3 flis 10.000 kwh 10.000 10.000 2.6 tonn pellets 33 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
Varmepumpe frigjør strøm som driver elbiler 10.000 10.000 kwh kwh Varmepumpe 15.000 15.000 10.000 5 Elbiler (à 10.000 km) 5000 Peugeot 106 Electric 34 I en bolig settes det inn en varmepumpe som erstatter 15.000 kwh med elvarme. Varmepumpen bruker 5000 kwh strøm, men frigjør netto 10.000 kwh strøm. 10.000 kwh strøm kan drive en elbil 50.000 km per år. Elektrisk energi har alt for høy kvalitet til å brukes til noe så enkelt som å gi varme.
6 m 2 solfangere varmer tappevann og frigjør strøm. Elbilen kjører et år på denne strømmen. Nettet er det store batteriet 3 4000 kwh Illustrasjon: Kim Brantenberg Solvarmeproduksjon i Norge: 400 450 kwh/m2 per år. 35 6 m2 på taket sparer 2000 3000 kwh/år frigjør strøm fra varming av varmt vann til drift av en elbil 1 Elbil 10.000 km Fiat Micro-Vett
Bilen kjører et år på 15 m 2 solpaneler Nettet er det store batteriet 2000 kwh 1 Elbil (10.000 km) 36 Strømproduksjon i Norge: 150 kwh/m2 per år. Her er det ikke snakk om frigjøring av strøm, men ny produksjon
Lokaltrafikk og arbeidsreiser kan tas med elbil Think Kewet Buddy Peugeot Partner 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% el-bil-km i Norge halverer utslipp og vil kreve kun 6 TWh el. Dette er fint, men: Problem 1: Kort kjørelengde, må ha to biler 37 Problem 2: Dyre batterier, tør ikke kjøpe Problem 3: Ser teite ut Mercedes 12 seter
Løsning: To biler i en. Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV. Strøm til daglig fra store batterier bensin 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 100 38 Alle større merker kommer med hybrider fra 1-3 år 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.
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 10-15 % bensin gjennom året Bensinmotoren går optimalt siden den med konstant belastning driver en generator 39 100 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. Om to år: Masseproduksjon ren elektrisk BYD e6 300km Batteriet
Mini E 28 kwh litium-ion batterier gir 240 km rekkevidde 2- seter. Batteriene tar opp baksetplassen UNIVERSITETET FOR MILJØ- OG BIOVITENSKAP 40
Volvo C30 PHEV110km Li polymer batteri El-motorer i hjulene Flexifuel motor Kommer innen 5 år Samarbeid med SAAB Batterier 41 Generator Motor i alle hjul
Mitshubishi PX MiEV PHEV 4-seters SUV 42 50 km rekkevidde 0.2 liter/mil over året Kommer i 2010 2 stk 60 kw elmotorer + en stk 80 kw drivstoff
6 seter Joule fra Optimal Energy, Sør-Afrika 43 200 km på en lithium ion batteripakke. Klargjort for 2 pakker PM asynkronmotor forhjuldrift eller en PM asynkronmotor i hvert hjul Serieproduksjon 2010
Mitsubishi MiEV 4 seter 44 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
REVA NXR 4 seter Ren EV. Kjørelengde 160 km NXG, 200 km kommer 2011 I salg 2010 kr 216.000 med batteri. 14 kwh Li-ion batteri, 2500-3000 ladinger, REVA betyr Ny start på sanskrit
Opel Ampera, PHEV60 I salg i Europa i 2011 46 16 kwh Li-ion batteri Elmotor: 111 kw / 370 Nm Drivstoffutgifter 20% av bensin 4 seter
6 tonns elektrisk lastebil 47 ZeroTruck er bygget på et 2008 Isuzu N Serie chassis. Litium polymer batterier gir 160 km kjørelengde. www.electrorides.com Levering i Los Angeles august 2008
Balqon M150 7 tonn 150 km, tom 240 km Ladetid 8 timer, 280 kwh batteri Li-ion 240 kw motor, 90 km/h WWW.BALQON.COM 2009-11-01
Smith i England har laget elbiler i 80 år 49 150 200 km på en lading 3.5 4.6 tonn lasteevne Lithium-Ion Jern-Fosfat batteri tåler klattlading 8 timers ladetid
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 50 20-30% redusert forbruk Etanol, biogass, brenselcelle, biodiesel
VOLVO El-forest. Verdens første serieproduserte el-hybrid lastbærer 51 El-motor i hvert hjul 30% mindre forbruk Lettere mindre skader Alle hjul følger samme spor mindre skader
Fremtidens drivstoff er strøm, men elektronene må være grønne Strøm har mange fornybare kilder: Vann, vind, sol, bølge, bio, jordvarme, ENØK, varmepumpe Mange kilder gir sikker transport Flytende drivstoff har bare to: Fossil C og biologisk C følsomt El kan gi langt mer enn 10 % fornybar fremdrift i 2020 All veitransport i Norge trenger kun 10 % av vannkraften 52 Begynn nå og avlast sjokket når drivstoffprisene tar av
Hvor utnytter vi biomasse best? Der vi ikke har alternativer: Fly Båt Tunge kjøretøy og tog uten strøm Men det tar tid å bygge infrastruktur, fabrikker og riktig avgiftsregimer for riktig bruk av bidrivstoff. Dessuten er ikke teknologien for 2. generasjon drivstoff på plass. Derfor bør vi bruke biomassen til oppvarming på kort sikt. 53 Fortsett satsing på biovarme det gir rask gevinst. Og vi bygger et biomassemarked.
Konklusjon: Bytt ut el-varme og oljefyring med fornybar varme - best bruk av ressursene og størst CO 2 -gevinst - frigjør store mengder strøm til eksport og bedre bruk - avlaster nettene og reduserer tap Fremtidens drivstoff er strøm. Start innføring av elbiler nå - best bruk av ressursene og størst CO 2 -gevinst - stille og null lokale utslipp - har mange kilder sikker forsyning - kan komme mye lenger enn 10 % fornybar fremdrift i 2020 - konkurrerer ikke med mat 54 Bruk biodrivstoff der alternativer ikke finnes
Nøkkelen Stasjonær produksjon av av energi, stasjonær bruk bruk av av energi må sees i sammenheng og og transport 55