Fornybar energi

energikilder som har sin opprinnelse i naturens eget kretsløp og som, innenfor et menneskelig tidsperspektiv, kontinuerlig fornyes og dermed kan anses som uuttømmelige
(Omdirigert fra Alternative energikilder)

Fornybar energi er nyttbar energi produsert fra fornybare ressurser, som på naturlig vis fornyes innenfor et menneskelig tidsperspektiv. Blant fornybare energikilder regnes karbonnøytrale kilder som solenergi, vindkraft, vannkraft, havenergi og geotermisk energi. Disse energikildene står i kontrast til fossilt brensel, som blir forbrukt langt raskere enn de blir oppfylt. De fleste fornybare energikilder er bærekraftige, med noen unntak, som enkelte former for biomasse. Fornybar energi avgis som oftest i fire former: elektrisitet, luft og vann oppvarming/kjøling, transport og rural (ikke knyttet til distribusjonsnett).

Bilde av vindturbiner
Bilde av en geotermisk kraftstasjon på Island
Bilde av en kraftstasjon med elektriske fotoceller
Forskjellige typer av fornybare energkilder: Vindturbiner i Minnesota, USA (øverst), geotermisk kraftstasjon på Island (midten) og kraftstasjon med fotoceller i Kofu, Japan (nederst).
Vindmølle
Fornybar energi

Bioenergi

Bølgekraft

Geotermisk energi

Havstrømkraft

Havvarmekraft

Saltkraft

Solkraft

Tidevannskraft

Vannkraft

Vindkraft

I 2019 bidro fornybar energi med 11 % av det globale primære energiforbruket, av dette kom 10,0 % fra solenergi, vind bidro med 20,2 %, vannkraft 60,3 % og andre kilder 9,4 %. Dette energiforbruket er fordelt på 8,9 % fra tradisjonell biomasse, 4,2 % fra varmeenergi (biomasse, geotermisk energi og solvarme), 3,9 % fra vannkraft og de resterende 2,2 % er elektrisitet fra vind, sol, geotermiske kilder og andre former for biomasse. I 2017 utgjorde verdens investeringer i fornybar energi 279,8 milliarder US dollar, der Kina stod for 45 %, mens USA og Europas bidrag var rundt 15 % for hver av dem. Globalt var det anslagsvis 10,5 millioner arbeidsplasser tilknyttet fornybar energi, med solcellebransjen som den største arbeidsgiveren. Fornybar energi utvikles raskt til å få høyere virkningsgrad, samtidig som kostnadene reduseres. Dens andel av totalt energiforbruk er økende. I 2019 ble mer enn to tredjedeler av ny elektrifisering utført med kilder fra fornybar energi. Per 2020 er solenergi og landvind de billigste former for nye energikilder i de fleste land.

Det er minst 30 land i verden som har mer enn 20 % av sin energiforsyning fra fornybare kilder. Nasjonale markeder for fornybar energi er anslått til fortsatt å vokse sterkt i de kommende tiårene og utover. Minst to land i verden, Island og Norge, får all sin elektriske energi fra fornybar energi, og mange andre land har satt seg som mål å nå 100 % fornybar energi i fremtiden. Fornybare energiressurser finnes over et vidt geografisk område, i motsetning til fossilt brensel, som er konsentrert i et begrenset antall land. Rask distribusjon av fornybar energi og energieffektiv teknologi, er noe som resulterer i betydelige energisikkerhet, reduksjon av klimaendringer, og økonomiske fordeler. Internasjonale meningsmålinger viser at det er sterk støtte for å fremme fornybare kilder som solenergi og vindkraft.

Mange teknologier for fornybar energi produserer elektrisitet, noe som har flere fordeler. Elektrisitet kan konverteres til varme, den kan konverteres til mekanisk energi og gir lite forurensning. I tillegg er elektrifisering med fornybar energi mer effektivt, noe som derfor fører til betydelige reduksjoner i det primære energibehov.

Begrepsavklaringer og definisjonerRediger

Energikilder som brukes i verden kan klassifiseres i fornybare og ikke-fornybare. Energikilder som ikke er fornybare er særlig kull, råolje og naturgass. Det er ni hovedtyper av fornybare energikilder:[1][2]

  • Solstråling, som også er driver for seks andre energikilder:

Fornybar energi kan gi energikilder på en bærekraftig måte og begrense klimaendringer.[3] Fornybar energi omfatter alle energiformer fra solen, geofysiske og biologiske kilder som fornyes, eller etterfylles, ved naturlige prosesser i en hastighet som er lik eller overgår menneskelig bruk. Bioenergi og geotermisk energi er det mulig å utnytte hurtigere enn de kan regenerere seg selv. Motsatt er solenergi som treffer jorden umulig å «bruke for mye av».[2]

Primærenergi er et begrep for energiformene slik en finner dem i naturen, før de på noen måte er benyttet til energiomforming.[4] Primærenergi blir omformet til energitjenester på forskjellige måter. Primærenergikilder er bioenergi, vannkraft eller geotermisk energi, disse blir så omgjort til energibærere, for eksempel biodiesel eller elektrisk kraft. Deretter konverteres de til varme- eller bevegelsesenergi for å bli energitjenester som fjernvarme, romoppvarming og belysning, elektrisitetsforsyning eller mekanisk energi. [2]

Tidligere brukte en begrepet alternative energikilder, som samlebetegnelse på energikilder som ikke utnyttes, eller i liten grad brukes. Begrepet kunne også omfatte kjernekraft og fossile energikilder. Begrepet er erstattet av nye fornybare energikilder, som er energikilder som støtter opp under en bærekraftig utvikling. Med det blir jordens ressurser forvaltet på en slik måte at livsbetingelsene ikke blir dårligere for fremtidige mennesker.[5]

Fornybare energikilderRediger

 
«PlanetSolar» er verdens største båt drevet med solenergi og den første soldrevne farkosten som har foretatt en reise rundt hele jordkloden (i 2012)

Fornybar energi og mulighetene for energieffektivisering finnes over det meste av jordkloden, i motsetning til andre energikilder, som er konsentrert i et begrenset antall land i verden. Rask overgang til fornybar energi og energieffektivisering, samt bruk av mange forskjellige energikilder, vil gi betydelig økt energisikkerhet og økonomiske fordeler.[6] Det vil også redusere forurensning, for eksempel luftforurensning forårsaket av forbrenning av fossilt brensel, bedre folkehelsen, redusere prematur dødelighet på grunn av forurensning og spare helsekostnader på flere hundre milliarder dollar årlig bare i USA. Flere analyser av amerikanske strategier for utfasing av fossile energikilder har funnet at helsefordelene i betydelig grad kan oppveie kostnadene med overgang til andre energikilder. Fornybare energikilder, som henter sin energi fra solen, enten direkte eller indirekte, som for eksempel vannkraft og vind, er forventet å være i stand til å forsyne menneskeheten med energi de neste 1 milliard år.[7][8]

Summen av alle fossile energikilder var i 2015 rundt 475 EJ (ExaJoule eller 1 000 000 000 000 000 000 J), eller en effekt på 15 TW (TerraWatt eller 1 000 000 000 000 W) avgitt over hele året. Solenergien inn mot biosfæren er 3,8 YJ (YottaJoule eller 1 000 000 000 000 000 000 000 000 J) noe som tilsvarer 180 PW kontinuerlig (PetaW eller 1 000 000 000 000 000 W), eller omtrent 10 000 ganger mer enn årlig forbruk av fossile energikilder. Om en bare ser på energimengden som treffer landjorden og trekker fra polare og subpolare områder, samt arealer som er vanskelig tilgjengelig (som fjellsider og myr), er denne solinnstrålingen på rundt 474 ZJ (Zetta 1 000 000 000 000 000 000 000 J) (tilsvarer en kontinuerlig effekt på 15 PW), eller 1000 ganger årlig forbruk av fossile energikilder.[1]

Teknisk potensial er andelen av en energikilde som teknisk kan utnyttes. Økonomisk potensial er andelen av teknisk potensial som er økonomisk lønnsomt å utnytte.

Det totale tekniske globale potensialet for fornybare energikilder er mye høyere enn dagens og prognosert fremtidig energibehov. Teknisk potensial for solenergi er det høyeste, men også de andre kildene har stort teknisk potensial.[2]

VindkraftRediger

 
Økning av årlig energiproduksjon fra vind (1980–2019).[9]
 
Verdens potensial for vindkraft.[10]

Vind har vært brukt av mennesker lang tid tilbake i historien, en mener at allerede for 3000 år siden benyttet sjøfarere seilskip til reiser over lange avstander. Vindmøller har senere blitt benyttet til maling av korn og til drift av pumper.[11] Historikere har spekulert på om kineserne hadde oppfunnet vindmøller allerede ved Kristi fødsel.[12] Moderne installasjoner for utnyttelse av vindkraft kalles vindturbiner.[11] Elektriske vindturbiner ble først i 1970-årene anvendt i stor skala.[13]

I slutten av 2020 var verdens samlede kapasitet for vindkraft 733 GW. Kina var det enkeltlandet med størst total ytelse, nemlig 282 GW.[14] Installasjoner for vindkraft er per 2017 mye større enn anlegg for solenergi, både når det kommer til enhetenes ytelse, samlet ytelse per prosjekt og total energiproduksjon.[15]

VindturbinerRediger

 
En vindturbin på 850 kW i Østerrike.

Et vindkraftverk består av én eller flere vindturbiner som omdanner vindens bevegelsesenergi til elektrisk kraft. Vindturbiner består som regel av et tårn, turbinhjul med blader og et maskinhus med gear og generator. Vinden driver turbinen rundt og via akslingen og gearet overføres bevegelsen til generatoren. Fra generatoren går det kabler og ledninger ut til overliggende kraftsystem. En vindturbin kan produsere energi for vindhastigheter fra 4 til 25 m/s, altså fra bris til full storm. For sterkere vind vil en oftest stanse driften. Maksimal teoretisk virkningsgrad er rundt 60 %, men i praksis bygges anleggene for å ha en virkningsgrad på 50 %. Effekten produsert av en vindturbin er proporsjonal med vindhastigheten i tredje potens. Områder med høy gjennomsnittlig vindhastighet er derfor attraktive, for eksempel vil et område med årlig gjennomsnittlig vindhastighet på 8 m/s gi dobbelt så stor energiproduksjon som et område med 6 m/s.[11] I 1990-årene var vindturbiner typisk i størrelsen 500–750 KW og har senere kommet opp i ytelser på over 1 MW (Mega eller 1 000 000). Per 2021 har verdens kraftigste vindturbin (GEs Haliade-X 12) en ytelse på 12 MW.[16] Danmark var det første landet som bygde vindturbiner til havs.[15]

Muligheter og begrensninger for vindkraftRediger

Maksimalt 2 % av all innstrålt solenergi mot jorden går med til å sette atmosfærens luftmasser i bevegelse.[1] For hele verden tilsvarer det en energimengde på 100 ganger mer enn all verdens energiforbruk (2007).[17] Det er ikke enighet om en måte for å estimere verdens tekniske potensial for vindenergi. Anslagene spriker fra 180 EJ per år (50 PWh/år) for potensialet på landjorden, til 450 EJ per år (125 PWh/år) på land og nær kysten. Det laveste estimatet tilsvarer en produksjon tilsvarende hele verdens elektrisitetsproduksjon i 2008, og det høyeste seks ganger større. Estimatene for vindenergi til havs ligger i intervallet 15–130 EJ per år (4–37 PWh/år), forutsatt installasjoner nært land. Flytende installasjoner lengre til havs vil kunne gi enda større teknisk potensial.[18]

Vindkraftpotensialet er ofte stort på avsidesliggende områder langt fra forbrukere og eksisterende kraftledninger. Det kan derfor bli nødvendig med bygging av nye linjer for slike prosjekter.[19] Vindkraft på land kan også ha utfordringer med miljøproblemer og konflikter i forbindelse med arealbruk. Dessuten kan tilgjengelig vindkraft på land være variabelt, med lange perioder med lite vind (gir lav brukstid). Blant annet derfor ser en også på muligheten for å utnytte vindkraft til havs, særlig i havområder grunnere enn 50 meter.[17]

Vindkraft er en moden teknologi som kan konkurrere med andre energikilder hva gjelder kostnad, miljøpåvirkning og anvendbarhet. Bare vannkraft er mer kommersielt lønnsomt enn vindkraft, når en sammenligner alle de forskjellige fornybare energikildene. Miljøpåvirkninger av vindkraftverk er typisk relatert til arealbruksendringer, støy, visuell endring av naturlandskapet og påvirkning av dyreliv.[19][20] Fugler og flaggermus skades eller dør ved kollisjon med vindturbinene.[21] Imidlertid tyder forskning på at antallet fugler som drepes av vindturbiner er lite, sammenlignet med andre konstruksjoner. I USA døde kun 0,01–0,02 % av alle drepte fugler etter kollisjon med vindturbiner i 2001, mens bygninger og vinduer stod for en andel på 55 %.[22] Når det gjelder vindkraft til havs er det også en rekke potensielle miljøproblemer som er usikre, som støy, vibrasjoner, elektromagnetiske felt, og fysisk ødeleggelse av leveområder. Positive effekter kan dog oppstå, som at nye installasjoner kan tilby ly og gode gyteforhold for fisk.[20]

Vindkraft til havs er en mindre utviklet teknologi enn vindturbiner på land. Kostnadene for vindkraft til havs er større, både når det gjelder investeringer og vedlikehold. Årsakene er større utfordringer med logistikk (transport av personell og materialer) og vanskelig vedlikehold. Til tross for disse vanskene, er det satt inn store ressurser på forskning og utvikling, motivert av mulighetene for større energiproduksjon (energiressurser med høyere kvalitet). Fordeler med vindmøller til havs er muligheten for større diameter på turbinbladene, dessuten gir vindturbiner på land ofte konflikter med andre interesser. Selve vindturbinene som benyttes til havs er lik de på land, slik at den største forskjellen er fundamenteringen. Vindturbinene bygges stadig lengre fra land i takt med teknologiutviklingen.[23] Konsepter med flytende vindturbiner blir også testet.[24]

VannkraftRediger

 
Shasta-demningen og tilhørende kraftverk i elven Sacramento i California, USA. Kraftverket produserer årlig 1 935 GWh.

Vannkraft har vært utnyttet i lang tid, blant annet kjenner en til at de gamle grekerne benyttet vannhjul til maling av korn før Kristi fødsel. Først i middelalderen spredte kunnskapen om vannhjul seg utover i Europa. Vannkraft var også en viktig drivkraft for den industrielle revolusjon på begynnelsen av 1800-tallet i Storbritannia. Rundt 1870 ble vannkraft benyttet for elektrisitetsproduksjon, og frem til rundt 1950 var vannkraft den viktigste kilden til elektrisk kraftproduksjon. I 2006 stod vannkraft for rundt 16 % av verdens totale elektrisitetsproduksjon. For noen land i verden er vannkraft den dominerende kilden til elektrisk kraft, blant annet i Norge.[25] Vannkraft er energikilden med høyest virkningsgrad, omtrent 90 % fra vanndam til kraftnett. Tilbakebetalingsgraden (avkastningen) er høy, dessuten er levetiden for et vannkraftverk lang, normalt helt opp til 80 år.[26]

Solenergi driver vannets kretsløp på jorden, der solens oppvarming sørger for at vann fra havet og landjorden fordamper og driver inn over land som skyer. Når skyene driver inn over land, stiger de opp i høyere luftlag der vannet kondenserer og faller ned som nedbør. Gravitasjonen sørger for at vannet renner mot laveste punkt, via elver og bekker tilbake i havet.[25]

Ved utgangen av 2020 var hele verdens kapasitet for fornybar vannkraft 1332 GW. Kina hadde størst installert ytelse med 370 GW.[14] I 2005 ble en energimengde på 2645 TWh/år produsert i verdens vannkraftverk, noe som dekker 2,2 % av verdens energiproduksjon og 16 % av verdens elektriske energibehov. Dermed stod vannkraft for 90 % av verdens fornybare elektrisitetsproduksjon og 16,2 % av verdens totale fornybare energiproduksjon. Av verdens installerte effekt av vannkraft er det Europa, Sør- og Nord-Amerika som har bygget ut mest. Potensialet for videre utbygging finner en i Afrika, der uutnyttede resurser er estimert til 92 %, samt Asia og Sør-Amerika. I mange land er regulering av flom for å unngå ødeleggelser, minst like viktig som energiproduksjon.[27][28]

VannkraftverkRediger

Et vannkraftverk tar opp strømmende vann og benytter det til å drive vannturbiner. For å samle opp vann bygges det demninger, fra disse går det tunneler og rør som leder vannet til turbinene som igjen driver generatorer som produserer elektrisk kraft. Demningene former i noen tilfeller store vannmagasiner som kan lagre vannets energi til senere bruk. Mange av vannkraftverkene i Norge har magasiner som samler opp vann i løpet av sommer og høst, til bruk om vinteren når behovet er stort.[25]

Vannkraftverk deles inn i tre hovedkategorier: elve-, magasin- og pumpekraftverk. Den første kategorien kjennetegnes av en mindre inntaksdam uten lagringskapasitet. Kraftproduksjonen er dermed avhengig av vannføringen, men om elven er meget stor kan kraftverket levere elektrisk kraft for grunnlast (jevn produksjon). Magasinkraftverk kjennetegnes av store dammer som kan samle opp og lagre vann over lang tid. Disse kan levere elektrisk kraft for både grunn- og topplast (topplast betyr høy produksjon som stiger og avtar hurtig), samt lagre energi slik at kraftverket representerer en regulator for andre typer kraftverk. Pumpekraftverk er lik magasinkraftverk, men har i tillegg pumper slik elektrisk kraft kan tas fra nettet og lagres for senere behov.[26] Hvis for eksempel vindkraftverkene i et kraftsystem produserer mye energi, men behovet er lite, kan pumpekraftverkene lagre energien til senere bruk.

Muligheter og begrensninger for vannkraftRediger

 
Vassdragsregulering og store dammer har ulemper ved at store landarealer demmes opp. Merowe-dammen over Nilen Dar al-Manasir, Sudan.

Globalt er det anslått at det totale vannkraftpotensialet som teknisk er mulig å bygge ut, er rundt 1,8 TW (56 EJ),[1] imidlertid er det økonomiske utbyggbare potensialet 8 PWh/år. Potensialet for videre utbygging finner en i Afrika, der uutnyttede resurser er estimert til 92 %, samt Asia og Sør-Amerika.[27][28]

Vannkraftverk har egenskaper som avhjelper utfordringer med noen av de fornybare energikilder har, som variabel produksjon. Et eksempel er Danmark, der mye energi produseres fra vindturbiner (rundt 20 % av årlig energibehov), men via sjøkabler mellom Norge og Danmark, kan vannkraft fra Norge delvis balansere ut over- og underskudd i forholdet mellom produksjon og forbruk.[29]

Vannkraft er en moden teknologi, det vil si at det ikke trengs noe videre forskning og utvikling for å ta den i bruk.[30] Det er ingen skadelige utslipp fra vannkraftverk, men inngrepene i naturen kan være store om vide landarealer blir oppdemt, det kan bli endret vannføring i elver og det er nødvendig med annen infrastruktur som veier og kraftledninger. Oppdemning av landarealer kan skade det biologiske mangfoldet i området. Endret vannføring i elver kan påvirke fiskebestandene, faktorer som endret vannstand, vannhastighet, skjulesteder og mattilgang spiller inn, samt at gyteplasser kan bli dårligere.[31]

SolenergiRediger

 
Kartskissee over verdens gjennomsnittlige horisontale solstråling.[32]

Direkte eller indirekte er solenergi drivkraften bak alle andre fornybare energikilder, unntatt geotermisk energi og tidevann. De fossile energikildene er også lagret solenergi. Bruk av solenergi skjer ved produksjon og tørking av landbruksprodukter, romoppvarming, belysning, elektrisk kraftproduksjon og andre former.[33]

Øverst i jordens atmosfære er effekten av solinnstrålingen 1367 W/m² ± 3 %. Endringer skyldes jordens varierende bane rundt solen, samt indre prosesser i solen. Rundt 30 % av solstrålingen reflekteres i atmosfæren før den når bakken, i tillegg spres lyse og enkelt bølgelengder dempes ned gjennom atmosfæren. For utnyttelse av solstråling nede på bakken spiller det stor rolle om en er nært eller langt fra ekvator, dessuten er det store variasjoner gjennom året når en kommer langt nord eller sør. For en horisontal flate i Norge utgjør den årlige energimengden i solinnstrålingen 600-1000 kWh/m².[33] Som et gjennomsnitt for jorden sier en at solstrålingen er 1000 kWh/m² noen timer midt på dagen ved havnivå, med solen rett over bakken og klar himmel.[34]

Teknologier for solenergi defineres bredt som enten passiv solenergi eller aktiv solenergi, avhengig av måten en tar opp, konverterer og distribuerer energien på. Passiv solenergi kan utnyttes i bygninger som står slik at de får mye sollys, har massive materialer som varmes opp eller har lysspredende egenskaper. En tenker også på utforming av bygninger og rom som setter luften i naturlig sirkulasjon. Aktiv solenergi er teknologier som solfangere for oppvarming og utnyttelse av solenergi, konvertering av sollys til elektrisitet enten direkte, ved å bruke solceller eller indirekte ved hjelp av termisk solkraft.

Ved slutten av 2020 var verdens installerte effekt for anlegg som fanger opp solenergi 714 GW. Kina med sine 254 GW var enkeltlandet med størst kapasitet.[14]

Metoder for utnyttelse av solenergiRediger

 
Hus med store vinduer mot sør for å fange opp mest mulig sollys i Zwolle, Nederland.

Systemer for passiv solenergi, er systemer der varmeenergi fanges opp naturlig. Det kan skje så enkelt som at sollyset varmer opp en bygningskropp ved absorpsjon.[35] En typisk måte å utnytte sollyset på er at det skinner gjennom vinduer og absorberes av vegger, gulv, møbler og tak. Når disse flatene varmes opp avgis langbølget stråling som vinduene ikke slipper ut av bygningen.[36]

Systemer for aktiv solenergi går ut på at en «solfanger» varmer opp et medium som vann eller luft. Mediet kan sirkuleres slik at energien både kan transporteres og lagres. Typisk er det snakk om installasjoner for bygninger og hus, der solfangere er montert på taket og der rør, ventiler, pumper, tanker og andre innretninger transporterer energien for romoppvarming eller oppvarming av tappevann.[36] Solfangere kan være en integrert del av taket på en bygning.[36]

 
Ivanpah Solar Power Facility i Mojave-ørkenen, California, USA.

Solenergi kan brukes for å drive turbiner, som igjen driver generatorer for elektrisk kraftproduksjon, kjent som termisk solkraft. Dette kan sammenlignes med det som skjer i et varmekraftverk. Det meste av verdens elektriske kraftproduksjon foregår i varmekraftverk, der energikilden, ofte kull eller gass, produserer damp med høy temperatur og trykk, som driver en dampturbin, som igjen driver en generator. Vanligvis benyttes regulerbare speil og solfangere som varmer opp vann til damp. På en stor flate settes det opp speil som konsentrerer sollyset og sender det mot en såkalt solfanger.[36] Solfangeren utformes for høy absorpsjonsevne, høy transmittans og høy varmeledningsevne.[37]

Kraftverk for å utnytte termisk solkraft har vært bygget, men få har greid å bli så vellykkede at de har kunnet produsere elektrisk kraft kommersielt. Etter at det ble opprettet offentlig støtte til slike kraftverk i 2007, har det blitt bygget 40 termisk solkraftverk i Spania og noen flere er også bygget i USA.[37] Termisk solkraft har potensiale til å levere store energimengder. Om bare 1 % av verdens potensiale for termisk solkraft blir utnyttet, anslås det at klimamålene som FNs klimapanel anbefaler, kan oppnås. Tilbakebetalingstiden for den energien som går med til å bygge et anlegg, er mindre enn ett år. Anleggene kan også bygges med lagringskapasitet for termisk energi, dermed kan de produsere elektrisitet selv i perioder uten sol.[37] Konseptene bygger på energilagring i medier som smeltet salt, keramiske partikler, grafitt og betong som tåler høy temperatur.[38]

 
Et lite solcelleanlegg på taket av en bygning i Bonn, Tyskland.

Elektriske solceller omdanner solenergi direkte til elektrisk energi ved hjelp av fotoelektrisk effekt.[36] Solcelleanlegg er robuste og krever lite vedlikehold. En annen fordel er at de kan være en integrert del av tak og vegger. Produksjonen av solceller øker hvert år, med en gjennomsnittlig årlig produksjonsøkning på 43 % per år fra 2000 til 2012.[39] Virkningsgraden for solceller er ikke spesielt høy, med en teoretisk beste virkningsgrad under 30 % (2016).[39]

Muligheter og begrensninger for solkraftRediger

Solenergi er tilgjengelig overalt på jorden, noe som ikke er tilfelle med andre fornybare energikilder. Solinnstrålingen på et gitt sted er imidlertid variabel, dermed vil systemer for lagring av energien vil forbedre mulighetene for utnyttelse av solenergi mye.[33] Om bare 1 % av den innstrålte solenergien mot jordoverflaten ble omformet til elektrisk energi med en virkningsgrad på 10 %, ville det gitt en effekt på 105 TW. Dette tilsvarer en energimengden mye større en noen prognoser for fremtidig energibehov, for eksempel for år 2040 med et behov på rundt 9 TW. Imidlertid er virkningsgraden mye bedre enn 10 % for moderne systemer for utnyttelse av solenergi.[40][41]

Det teoretiske potensialet for solenergi er anslått til 3,9 YJ per år. Tallet har bare teoretisk interesse og det tekniske potensialet, estimert til 1575–49 837 EJ per år, er mer interessant. Denne energimengden er omtrent 3 til 100 ganger større enn hele verdens forbruk av primærenergi i 2008.[34]

Fremtidig konsepter for solkraft dreier seg om å unngå bruk av en varmekraftmaskin (dampturbin eller stirlingmotor). En ser da på muligheter som utnyttelse av termoelektrisk, termionisk og magnetohydrodynamsiske effekter, kan gi. Solkraft fra verdensrommet har også blitt foreslått, der solfangere i verdensrommet sender mikrobølger ned mot en mottakerantenne på bakken.[42]

Miljøpåvirkningene fra utnyttelse av solenergi er beskjedne. Det kan oppstå konflikter rundt arealbruksendringer for installasjoner som krever stor plass. Et annet problem dreier seg om bruk av miljøskadelige stoffer ved produksjon av solceller, som må tas hånd om forsvarlig. Etter bruk må dessuten anleggene destrueres og gjenvinnes.[43][44]

Geotermisk energiRediger

 
Damp stiger opp fra geotermisk Nesjavellir kraftverk på Island.

Geotermisk energi er utnyttelse av termisk energi som både skapes og lagres i jordens indre. Jordens geotermisk energi stammer fra den tiden planeten ble dannet og fra radioaktiv nedbryting av mineraler (fordelingen er usikker,[45] men muligens er andelen omtrent lik fra de to delene.[46]) Temperaturforskjellen mellom jordens indre og overflaten fører til at det går en kontinuerlig varmestrøm opp til jordens overflate. Denne naturlige energiavgivelsen er anslått til 31 TW for hele jorden.[47] Imidlertid er denne energistrømmen for liten til å kunne utnyttes kommersielt de fleste steder i verden.[48]

Gjennomsnittlig øker temperaturen med 25–30 °C per km innover fra jordoverflaten, dog kan temperaturstigningen i noen området være ti ganger større. For geotermiske kilder som avgir damp med temperatur over 175 °C kan energistrømmen benyttes direkte i en turbin for elektrisk kraftproduksjon. Om temperaturen er lavere kan det benyttes varmevekslere med et arbeidsmedium med lavt kokepunkt for å drive en turbin. I slike tilfeller kan en utnytte kilder med temperatur ned til 100 °C. For temperaturer i området 40–100 °C kan kilden benyttes direkte til oppvarmingsformål.[47] For enda lavere temperaturer kan det benyttes varmepumper.[49]

Ved utgangen av 2020 var den totale ytelsen for geotermiske anlegg i verden 14 GW.[14]

Metoder for utnyttelse av geotermisk energiRediger

 
Skisse av et geotermisk kraftverk. 1: Reservoar, 2: Pumpehus, 3: Varmeveksler, 4: Turbinhall, 5: Produksjonsbrønn, 6: Injeksjonsbrønn, 7: Varmtvann for fjernvarme, 8: Porøst fjell, 9: Brønn og 10: Fast berggrunn.

De mest høyverdige geotermiske ressursen er de som kan produsere tørr damp, som kan drive en dampturbin for kraftproduksjon. Det er to hovedtyper av slike kraftverk, der den ene typen kan utnytte naturlige varme kilder og den andre typen går ut på å lage kunstige vannstrømmer i undergrunnen. I en injeksjonsbrønn (borehull) pumpes vann ned mot det geotermiske reservoaret, damp stiger opp i en produksjonsbrønn i nærheten og denne utnyttes videre i en dampturbin. Produksjonsmønsteret for denne typen kraftproduksjon vil være stabilt, slik at den kan levere en jevn energimengde. Virkningsgraden er lav, men om spillvarmen kan benyttes til fjernvarme kan termiske virkningsgraden bli høy, opptil 97 %.[50][51]

For å utnytte den geotermiske energien i et område, er permeabiliteten, altså hvor porøs berggrunnen er, viktig. Mange steder er ikke berggrunnen særlig porøs, men en har forsøkt skape små åpninger i berggrunnen. En metode går ut på å lage en borebrønn, for deretter å pumpe ned vann med svært høyt trykk. Hensikten er å få fjellet til å sprekke opp slik at vann og damp kan trenge gjennom. Testene som har vært gjort har ikke vært lovende, men der berggrunnen var mer porøs fra før har utfallet vært mer heldig.[52] Avhengig av lokale forhold kan det være nødvendig å bore ned til 3000–5000 m.[53]

 
En geotermisk varmepumpe i et bolighus i Tyskland. Varmepumpen henter varme fra berggrunnen under huset og energien kan brukes til radiatorer og varmtvannsbereder.

Grunnvarme er et begrep for utnyttelse av termisk energi i grunnen med lav temperatur. Denne energien hentes ut fra fjell, grunnvann, løsmasser eller jordsmonn, der kilden kan være både solenergi og geotermisk energi lagret i grunnen. En benytter varmepumper for dette formålet.[49] Slike anlegg for oppvarmingsformål i bygninger kan bestå av en såkalt energibrønn 80–150 m ned i bakken (borehull). En rørsløyfe med væske som sirkulerer, overfører energi i en lukket krets mellom energibrønnen og varmepumpen. Anleggene kan skaleres opp til å forsyne store bygninger og industri, og desto større anlegg, desto bedre lønnsomhet.[54]

Muligheter og begrensninger for geotermisk energiRediger

Det globale potensialet for geotermisk energi er enormt, og et estimat er at 42 PWh per år er tilgjenngelig for fremtidig utvikling.[49] Dog er mer detaljerte studier for å få sikrere estimater nødvendig (2010).[55]

Selv om geotermiske prosjekter har store investeringskostnader, er en motivasjon at driftskostnadene vil være små. En annen fordel er jevn energiproduksjon.[56] For geotermisk kraftproduksjon (høytemperatur geotermisk energi) har en store forhåpninger om å lykkes med billig og meget stor energitilgang. Ved å bore så langt ned at vannet vil være i form av superkritisk væske kan kostnadene reduseres, samt at en kan forvente å produsere fem til ti ganger så mye energi som i konvensjonelle geotermiske brønner. Det foregår forskning der en forsøker å bore ned på dyp med temperatur på 500–600 °C og med svært høyt trykk. Under disse forholdene vil vannet være svært korroderende. Korrosjon som skaper store vansker med å lage brønnvegger, vanligvis bestående av en foring (rør) av stål og betong. Brønnveggen skal beskytte brønnen og holde den stabil i mange år, samt at den skal beskytte utstyr (sensorer og boreutstyr).[57]

Geotermisk energi er generelt en miljøvennlig energikilde, med håndterbare utfordringer relatert til mulige farlige gasser og mineraler.[53][58] Andre fordeler er jevn produksjon gjennom døgnet. På Island produseres rundt 17 % av all elektrisk kraft fra geotermiske kraftstasjoner, og hele 54 % av den totale produksjonen av primærenergi.[59] Verdens totale installerte effekt av geotermisk energi var i 2020 på 14 GW. USA med 2,6 GW var enkeltlandet med størst installert ytelse.[14] Et problem med geotermisk energi er at varmestrømmen reduseres over lang tid. En diskuterer derfor om energikilden virkelig er en fornybar og bærekraftig kilde. Dog kan energiutbytte være konstant i flere hundre år.[60]

BioenergiRediger

 
Drivstoffpumpe i Brasil som tilbyr etanol i tillegg til diesel og bensin.

Bioenergi er energiutnyttelse av biomasse fra døde organismer, opprinnelig fra celler som fikk sin energi fra sollys via fotosyntese.[61] Som oftest menes planter, trær og alger, men også treavfall, papir, våtorganisk avfall og kloakkslam.[62] Biomasse kan brukes som energikilde direkte via forbrenning for å produsere varme eller indirekte ved konvertering til ulike former for biodrivstoff. Konvertering til biodrivstoff kan oppnås ved ulike metoder som er grovt klassifisert i: termiske, kjemiske og biokjemiske metoder. Trevirke er fortsatt den største energikilden til biomasse (2012);[63] eksempler er døde trær, grener og stubber, hageavfall og flis. Biomasse omfatter også plante- eller dyrerester som kan omgjøres til fibre eller industrielle kjemikalier, for eksempel biodrivstoff. Industriell biomasse kan dyrkes fra mange vekster, som gress, hamp, mais, poppel, vier, durra, sukkerrør og bambus,[64] samt en rekke treslag som eukalyptus og oljepalme (palmeolje). Bioenergi kan også fås fra avlinger spesielt dyrket til bruk som drivstoff, hvor en benytter vekster som gir stor biomasseproduksjon per arealenhet med lav innsats.[65] En stor fordel med bioenergi, er at noen former av den kan benyttes i eksisterende teknologier, som bilmotorer og fyrkjeler.[66]

Ved utgangen av 2020 var verdens globale kapasitet for bioenergi 127 GW.[14]

Metoder for utnyttelse av bioenergiRediger

Energien i biomasse benyttes til oppvarmingformål ved forbrenning (fyringsved). Varmeenergien kan brukes til en rekke formål som romoppvarming, tørkeprosesser og elektrisk kraftproduksjon, samt dampproduksjon for prosessvarme til industri.[67] Biomasse brukt i form av fast brensel har ulemper som lavt energiinnhold og høyt fuktighetsnivå.[68]

Flytende brensel har store fordeler fremfor faste og gassformige. Årsaken er lettvint lagring, transport og omlastning, i praksis har de også større energitetthet. Typisk har utviklingen gått mot å finne alternativer til diesel og bensin, som ikke bidrar til global oppvarming. Viktige råstoffer er alkoholer, prosesserte vegetabilske eller animalske oljer, pyrolyseoljer og forskjellige syntetiske stoffer fra gassifisert biomasse. Alkoholer som benyttes som biodrivstoff, er etanol og metanol som fremstilles gjennom gjæring av sukkerarter. Det benyttes planter som sukkerrør, sukkerroer, poteter, mais, hvete og alle typer frukt. I mange land, inkludert USA og EU, benyttes biodrivstoff blandet inn i bensin.[69]

Ved anaerob gjæring av fuktige organiske materialer i en reaktor kan det utvikles gass, ved at mikroorganismer bryter ned materialet i fravær av oksygen. Gassen en da får, er kjent som biogass og kan brukes som drivstoff. Den består av metan (55–75 %) og andre gasser. Biogass kan benyttes som drivstoff i kjøretøyer.[69]

Muligheter og begrensninger for bioenergiRediger

 
Produksjon og lagring av pelets av tremasse i Tyskland.

Av den solenergien som slipper ned gjennom atmosfæren og ned til bakken er det bare en meget liten del som kan omgjøres til biomasse.[70] Bioenergi er for tiden (2012) den største fornybare energikilden, noe den sannsynligvis vil fortsette å være frem til 2050.[71] Det teknisk potensialet er estimert til 8–13 TW eller 270–450 EJ/år.[72][73] Energiressurser fra biomasse er meget komplekse og gjør beregninger for totalt teknisk potensiale vanskelige. Noen mener at det tekniske potensialet er null, fordi det ikke er noe biomasse tilgjengelig for energiproduksjon (fordi landarealer enten må brukes til matproduksjon eller må være uberørt natur), mens de mest optimistiske anslagene sier at det maksimale teoretiske potensiale for hele jorden er rundt 1500 EJ per år.[74]

Solcellepaneler og vindturbiner kan produsere 12–20 ganger mer energi enn den energien som ble brukt til å produsere dem, derimot gir avlinger for biodrivstoff mye mindre energi tilbake. Etanol basert på dyrkning av mais fordrer gjerne bruk av fossile energikilder så vel som elektrisitet, med en energigevinst på knapt det dobbelte av det som brukes til dyrking og produksjon. Biodiesel baser på soyabønner gir 2,5 til 5,6 ganger mer tilbake enn den energi som ble brukt. Det har også blitt produsert rapsfrø til biodiesel med et netto energitap.[75]

Selv om det teoretisk er stort potensiale for biomasseproduksjon, blant annet med hurtigvoksende trær eller andre vekster på ubrukte arealer, så må vanning, gjødsling og giftsprøyting kontrolleres nøye. Store plantasjer for biomasseproduksjon vil kunne redusere biodiversitet, føre til jorderosjon og kunne forsterke, heller enn redusere, klimaendringer.[73] Andre utfordringer er press på land- og skogressurser og dermed stigende matvarepriser globalt. Fordeler og ulemper er vanskelige å vurdere, fordi økte priser på biomasse også kan gi muligheter for utviklingsland som kan eksportere slike ressurser. I tillegg kan fattige land redusere sine utgifter til import av fossile energikilder.[76]

Ved forbrenning av biomasse, biogass og biodrivstoff oppstår en del miljøskadelige utslipp. Stoffer som svovel- (SOx) og nitrogenoksider (NOx), nitrogen- og svoveloksider og svevestøv oppstår. Verdens helseorganisasjon anslår at 7 millioner mennesker dør for tidlig hvert år på grunn av luftforurensning. Særlig bruk av ved, møkk og avfall i primitive ildsteder for matlaging i fattige land er et stort problem.[77]

HavenergiRediger

Havet har et meget stort energiinnhold, med energi tilført fra sollys, geotermisk varme og jordens rotasjon. Siden 1900 er det utviklet mange ideer for utnyttelse av havets energi og det finnes over 1000 patenter på forskjellige systemer for energiutnyttelse. Bare et fåtall av disse patentene på tekniske installasjoner er blitt forsøkt bygget og testet.[78] Havenergi er utnyttelse av havbølger, tidevann, saltholdighet og havtermisk energi. Bevegelsen av vann i verdenshavene skaper en stor mengde kinetisk energi (bevegelsesenergi) som kan utnyttes til elektrisk kraftproduksjon. Havvindkraft er ikke en egen form for havenergi, ettersom vindkraft er avledet fra vinden, selv om vindturbinen er plassert over vann.[79]

Metoder for utnyttelse av havenergiRediger

Solen og månen påvirker verdenshavene slik at det dannes tidevann. På steder langs kysten der det er sund og streder kan store vannmasser få stor hastighet som kan utnyttes som tidevannskraft.[78] Energipotensiale kan være i området 500–1000 W/m² i tverrsnittet av strømmen.[78] Et demonstrasjonsanlegg drives av Ocean Renewable Power Company på kysten av Maine og er koblet til kraftnettet, tidevannskraftverket i Bay of Fundy utnytter en av verdens sterkeste tidevannsstrømmer.[80][81] En annen mulighet er bølgekraft, der energien fra havdønninger tas opp.[80]

Saltkraft går ut på at forskjellen i saltinnhold mellom sjøvann og ferskvann utnyttes for energiproduksjon. Om en anbringer en membran mellom to beholdere med saltvann og ferskvann, vil vannmolekyler trenge gjennom membranen og skape trykk, kjent som Osmotisk trykk. Dette trykket mellom beholderne med sjøvann og ferskvann tilsvarer en vannsøyle på 270 m. Denne energien kan utnyttes i spesielle kraftverk i elvemunninger ved havet. Teoretisk kan hver 1 m³ med ferskvann som renner ut i havet generere en energimengde på 0,7 kWh.[78][82][83]

Havstrømkraft går ut på at de store havstrømmene utnyttes til energiproduksjon. Havstrømmene oppstår på grunn av jordrotasjon, solen og månens gravitasjon, samt termiske fenomener. For eksempel har Golfstrømmen en hastighet på fem knop enkelte steder.[78]

Havvarmekraft bruker temperaturforskjellen mellom kjøligere dyp og varmere overflatevann, hvor temperaturforskjellen kan være oppimot 20 °C.[78] Bare noen få forsøksinstallasjoner har blitt utviklet til kommersielle anlegg.[1]

Muligheter og begrensninger for havenergiRediger

Bølgene på alle verdens hav har en effekt på totalt 60 TW, men bare 3 TW slår inn mot verdens kyster.[1] Den totale teoretiske energien fra bølger er estimert til 32 000 TWh/år (115 EJ/år), men det tekniske potensialet er betydelig mindre og vil være avhengig av utvikling av ny teknologi.[84]

Det teoretiske potensialet for saltkraft i hele verden er estimert til 1650 TWh per år (6 EJ/år).[84] Effekten som utvikles av all verdens tidevann utgjør 3 TW, men bare 60 GW utvikles i kystområder.[1][84] Alle verdens havstrømmer tilsvarer en effekt på 100 GW, men bare noen få GW kan utnyttes.[1]

Når det gjelder utnyttelse av havvarmekraft, kan utnyttelse av temperaturforskjellen i vannmassene teoretisk utgjøres en effekt på 100 TW, men virkningsgraden for utnyttelse vil være svært lav.[1]

Positive miljøkonsekvenser med anlegg for havenergi er at hav- og kystområder får være i fred for andre aktiviteter, noe som kan være gunstig for marint liv. Ulempen er at fiskere og andre brukere av havområdet stenges ute, dessuten mulig støy og forstyrrelse eller skader på habitater og andre lokale miljøproblemer.[85]

Integrering av fornybare energikilder i energisystemeneRediger

I mange land har infrastruktur for energiforsyning utviklet seg over mange år, slik at elektrisk kraft, gass, varme og drivstoff skal kunne distribueres på en kostnadsoptimal måte. En overgang til samfunn med lave utslipp av klimagasser kan bety at det må gjøres omfattende investeringer ikke bare i fornybare energikilder, men også i infrastruktur. Mer fleksible elektriske kraftsystemer (smart strømnett), utbygging av fjernvarme- og kjøleanlegganlegg, nye systemer for å distribuere fornybar gass og drivstoff er eksempler på dette. Nye anlegg for energilagring og utvikling av nye kollektive transportmidler, samt systemer for energidistribusjon og kontroll i bygninger, er andre mulige konsekvenser.[86]

Forskjellene mellom de ulike fornybare energikildene, kan i noen tilfeller gjøre innfasing av fornybare energikilder vanskelig og kostbart. Tilgang til sol- og havenergi finnes mange steder i verden, mens andre kilder som vannkraft, er geografisk ujevnt fordelt. Noen er høyst variable og ikke lette å predikere, mens andre igjen har lavere energiinnhold enn fossile kilder som kull, olje og gass.[86]

Dagens sentraliserte energisystemer drives oftest av fossile energikilder, og har blitt utviklet for å gi kostnadseffektiv energiforsyning ved hjelp av energibærere i fast form, væskeform, gassform, elektrisitet og varme. Med større anvendelse av fornybare energikilder i den eksisterende energiforsyningen må tekniske, økonomiske, miljømessige og sosiale barrierer brytes ned. I mange land og regioner vil overgang til elektriske kraftsystemer bli det mest passende for energioverføring, for eksempel ved bruk av elektrisitet til oppvarming og i transportsektoren.[86]

Det er to egenskaper med flere av de fornybare energikilder som gjør storskala energiutnyttelse komplisert: den varierende effekten som er tilgjengelig (intermitterende produksjon) og lav energitetthet. For eksempel vil sol og vind varierer over døgnet, i tillegg til å være væravhengig. En har to løsninger på dette problemet om energien omgjøres til elektrisk kraft. For det første energioverføring over lange avstander med kraftledninger, og for det andre med energilagring. Med kraftledninger kan energien overføres mellom regioner med overskudd til områder der det er underskudd.[1] Enda en utfordring med disse energikildene er at de må utvikles og integreres i de energisystemene som allerede finnes. Dermed kan det hende at de beste systemene i fremtiden, med mye høyere produksjon fra fornybare energikilder, er helt annerledes enn de en har ved inngangen i det 21. århundre.[87]

Elektrisk energilagringRediger

 
Generator, turbin og pumpe i et pumpekraftverk i Sveits.

For å gjøre fornybar energi tilgjengelig, pålitelig og attraktiv, er det helt vesentlig at teknologi for energilagring blir utviklet. Dette trengs både for energilagring av elektrisitet og for å ha energibærere for transportsystemer. Energiproduksjon ved hjelp av vind- og solkraft som overføres via kraftnettet er blitt mer og mer vanlig, men tilgangen på billige systemer for lagring av store energimengder setter begrensinger for utviklingen av disse energikildene. På samme måte setter energilagring begrensinger for transportsektoren. Store tekniske fremskritt må gjøres for å kunne utnytte fornybare energikilder i det omfanget som er ønskelig.[88]

Energi kan lagres som mekanisk energi, i form av legemer eller substanser som roterer, er komprimert eller plassert på en høyde, som termisk eller elektrisk energi som blir frigjort via kjemiske prosesser eller på andre måter. Elektrisk og mekanisk energi ansees for å være høykvalitetsenergi, fordi disse enkelt kan konverteres til en av disse formene. Lagret varmeenergi derimot blir i de fleste sammenhenger ansett som energi med lav kvalitet, fordi nytteverdien avhenger av temperatur og fordi den ikke kan omformes til elektrisk eller mekanisk energi i en prosess med høy virkningsgrad. Elektrisk energi har størst universell nytteverdi, fordi elektrisitet kan omformes til mekanisk- eller varmeenergi med høy virkningsgrad, noe som ikke er tilfelle for andre kjente prosesser for energiomforming. I tillegg produserer de mest lovende fornybare energikildene (vind- og solkraft) elektrisitet avhengig av vind og vær, ikke nødvendigvis når behovet er størst.[88]

Pumpekraftverk har blitt benyttet for energilagring helt siden 1890-årene.[89] Slike anlegg finnes med størrelser opp til 1000 MW. Typisk transporteres vann med pumper opp fra ett reservoar til ett som ligger høyere opp. Pumpene tar imot overskudd av elektrisk energi i kraftsystemet og drives av en elektrisk motor. Den elektriske motoren kan også gå som generator og er da tilknyttet en vannturbin drevet av vannet når det strømmer tilbake til det laveste reservoaret. Det finnes også slike anlegg i nedlagte gruver, der forskjellige nivåer i undergrunnen benyttes som vannreservoarer. Nye slike anlegg har en virkningsgrad på rundt 80 %.[90]

Andre tekniske prinsipper går ut på å lagre energi i form av komprimert luft i store tanker, svinghjul (roterende masse) og systemer for termisk energilagring.[91] Biomasse, etanol, biogass og biodiesel er også eksempler på energilagring, disse er i tillegg energibærere som kan tas med i kjøretøy.[92]

Spesielt i forbindelse med vindkraft har en vurdert forskjellige typer energilagring i kraftsystemet. En ser for seg at anvendelse av elektriske biler i stor skala kan by på en fordel, ved at batteriladning kan styres ut fra behov i kraftsystemet. Dermed kan kontrollert batteriladning gjøre at variabel energiproduksjon fra vindkraft kan dempes ut. Andre muligheter er at overskudd fra vindkraft brukes til drivstoffproduksjon eller oppvarming lokalt (for eksempel romoppvarming).[93]

Energioverføring og energibærereRediger

 
Elektriske høyspentlinjer for overføring av store energimengder over lange avstander. Energiforsyning fra mange forskjellige fornybare energikilder fordrer at energien kan overføres med lave tap over store avstander.
 
Rørledninger for fjernvarme i Tübingen, Germany.

Om en hadde tilgjengelig teknologi for elektrisk energilagring med høy kapasitet, ville en enklere kunne utnytte vind og solenergi i stor skala, selv om disse energikildene har svært variabel produksjon. Når slike energilagre ikke er tilgjengelige må en heller satse på flere forskjellige og regulerbare energikilder, som vannkraft, bioenergi, geotermisk energi, samt et omfattende kraftoverføringsnett med høy kapasitet.[89][94]

Utnyttelse av fornybare energikilder i stor skala utfordrer de eksisterende kraftsystemene. Disse er bygget for å foredle høykvalitetsenergi i svært store kvanta fra noen få noder (knutepunkt), men må endres til å håndtere energi med lav kvalitet i små kvanta, fra mange steder og transporteres over store avstander. Disse energimengdene skal så konsentreres og distribueres i sentra med stor befolkning og tilsvarende stort energiuttak.[89]

Fjernvarmesystemer forventes å være gunstige for overgang til flere forskjellige fornybare energikilder, som avfallsforbrenning, fyrkjeler for biomasse, solenergi og geovarme, samt spillvarme fra industri. Mange slike energikilder er billige og flere kan kobles inn på samme system. Mange land på høyere breddegrader har allerede utbygd slike systemer, der 30–50 % av markedet er dekket (2012). Systemer for fjernvarme kan bygges ut videre med varmelagre som magasinerer varme til spesielle perioder på døgnet eller året, enten fordi varmebehovet eller -produksjonen er variabel. Sike vannbårne systemer kan også distribuerer kaldt vann for nedkjøling i varme strøk.[95]

Siden 1960-årene har det blitt bygget ut gassrørledninger i mange deler av verden. Disse nettverkene forsyner husholdninger og industri med gass for oppvarmingsformål. Istedenfor at disse distribuerer naturgass, kan de gå over til fornybare gasstyper (biogass). Det er da snakk om gasser som metan, syntesegass og hydrogen. Rundt omkring i verden blir slike gassverk modifisert for å distribuere biogass.[96]

Bioenergi i flytende form forventes å kunne være et velegnet drivstoff i transportsektoren. Typisk blir det mange steder i verden blandet inn 5–25 % etanol i bensinen, dessuten blandes biodiesel inn i diesel. Det er flere utfordringer med en overgang til drivstoff kun bestående av flytende bioenergi. En må utvide infrastrukturen med større tanker og rør, samt større drivstofftanker i bilene, for å overføre samme energimengde. Årsaken er at for eksempel etanol bare har 2/3 så høyt energiinnhold som bensin.[97]

Elektrifisering av flest mulig sektorer og energisystemer blir sett på som avgjørende for en overgang til fornybare energikilder og redusert avhengighet av fossile energikilder. For noen industrisektorer ansees elektrifisering som vanskelig, dette gjelder særlig produksjon av stål, sement og i deler av kjemisk industri. Det samme gjelder fly, der en trenger energibærere med svært høy energitetthet. Innenfor en del sektorer har en derfor stor tro på hydrogen som energibærer. Hydrogen danner ved forbrenning vann, og produseres tradisjonelt ved hjelp av kull eller naturgass. Dermed må det forskning og utvikling til for få en verdikjede basert på fornybar energi. Likeledes trengs en infrastruktur for transport av hydrogen og utvikling av prosesser der hydrogen erstatter fossile energikilder. Et eksempel på bruk, er i biler der hydrogen og oksygen blandes i brenselceller og gir elektrisitet som driver en elektrisk motor. Det gjøres også forskning på hydrogendrevne jetmotorer i fly. En ulempe med hydrogen er at det er en svært reaktiv gass, slik at beskyttelse mot eksplosjoner er viktig.[98]

EnergiøkonomiseringRediger

Energiøkonomisering, i betydning energieffektivisering og energisparing, vil bety mye for fremtidige strategier for energibruk. Dette behøver ikke gå ut over velstanden blant folk. Et eksempel som trekkes frem er USAs høye energiforbruk per capita, som er opptil tre ganger høyere enn sammenlignbare land med samme velstandsnivå (Human Development Index). Med forbedringer innenfor energieffektivisering og endringer av infrastruktur, kan USA komme ned på samme energiforbruk som europeiske OECD-landene.[99] De rike samfunnene i Nord-Amerika, Europa og Asia har et årlig forbruk av energi på mer enn 300 GJ/capita, og i noen tilfeller mer enn 500 GJ/capita.[100]

Bare 37 % av verdens primærenergi går til nyttig energibruk, resten går tapt, for det meste som varme. I rapporten World Energy Assessment 2000 sies det at verden fra 2020 til 2040 sannsynligvis vil gjennomgå en energieffektivisering på 25–35 % i de fleste industriland og en forbedring på mer enn 40 % i utviklingslandene. Siden 1970-årene har sammenhengen mellom energibruk og økonomisk vekst i OECD-landene enten blitt svakere eller opphevet. Skatter og avgifter, energilovgivning og internasjonal handel med CO2-kvoter kan være med på å stimulere til energiøkonomisering, det samme kan harmonisering av internasjonale reguleringer for eksportprodukter.[101]

En rapport fra konsulentfirmaet McKinsey i 2010 sa at energieffektivisering utgjør rundt 40 % av potensialet for reduksjon av klimagassutslipp. Forbedringen av energisystemene vil i også gi økonomiske besparelser.[73]

MaterialbrukRediger

Produksjon av stål, sement, ammoniakk og plastikk førte til utslipp av 1,9 Gtonn C (Gigatonn karbon eller 1 000 000 000 tonn karbon) i 2015, noe som utgjorde rundt 20 % av de totale utslippene. Økende behov for disse materialene forventes å gi økt energibehov, fortrinnsvis med fossile energikilder, siden disse inngår delvis som energikilde og er del av den kjemiske prosessen. Spesielt forventes det stor økning i Asia og Afrika både på grunn av befolkningsvekst og økt levestandard.[102] På grunn av de moderne industrisamfunnenes avhengighet av disse energiintensive materialene og utfordringer med andre produksjonsmåter, er det nødvendig å redusere bruken. Det kan skje ved redusert materialbruk i nye produkter, forbedring av virkningsgrad, økt gjenbruk og reduksjon av antall produkter basert på disse materialene.[103] En ser for seg en fremtidig økonomi der en bruker materialer på en mer effektiv måte, og at det fremstilles mer holdbare varer, som i tillegg kan repareres og gjenbrukes. Slike tiltak er kjent som sirkulær økonomi.[104]

Overgang til fornybare energikilder vil også påvirke produksjon og avhengighet av fossile energikilder. Et eksempel er at om vindturbiner skal forsyne 25 % av verdens energibehov i 2030, så vil nye installasjoner med en samlet ytelse på 2,5 TW kreve 250 millioner tonn stål (stål til tårn og kraftledninger utelatt i overslaget). Dette stålet vil trenge 600 millioner tonn kull for å bli produsert. Produksjon av plast for selve turbinbladene vil ytterligere kreve 90 millioner tonn råolje.[102]

Storstilt utbygging av fornybare energikilder vil øke behovet for sjeldne jordarter og metaller som kobber og aluminium. Solcelleanlegg, vindturbiner og elektriske biler krever generelt mer mineraler enn tilsvarende enheter basert på fossil energi. En typisk elbil krever seks ganger så mye mineraler som en konvensjonell bil og et vindkraftverk på land krever ni ganger mer mineralressurser enn et gassfyrt anlegg. Det er særlig mineralene litium, nikkel, kobolt, mangan og grafitt, som trengs i store mengder.[105]

Sluttbrukere av energiRediger

Utvikling av fornybare energikilder har ført til at disse er tatt i bruk innen industri, transport, bygninger og i andre næringer. For at økningen skal fortsette, er det en rekke utfordringer som må finne løsninger. De regionale variasjonene er store, slik at forskjellige løsninger vil måtte oppstå.[106]

Industrisektorens energibrukRediger

Industrisektoren er den største sluttbrukeren av energi, både når det gjelder energibehov og utslipp av klimagasser. I 2014 stod stål- og metallfremstilling, kjemikalie-, mineral-, pulp- og papirindustrien for omtrent 66 % av sluttbruken av energi og 72 % av industrisektorens klimagassutslipp. Industrisektorens begrensninger må skje ved redusert ressursbehov, energieffektivisering, økt elektrifisering, redusert bruk av fossile energikilder og det må utvikles nye teknologier. I tillegg må det anvendes karbonfangst og -lagring. For å oppnå målene kan en søke mot mer optimal ressursbruk, øke produktenes levetid og kvalitet og få til en større grad av gjenbruk.[107]:129–148

BygningerRediger

Bygningssektoren stod for 31 % av den totale sluttbruken av energi i 2014, 54 % av sluttbruken av elektrisitet og 8 % av klimagassutslippene. Overgang til elektrisitet og energisparing for redusert behov for oppvarming og nedkjøling ansees viktig, noe som i stor grad kan oppnås med forbedret isolasjon i bygninger, samt utstyr med større effektivitet. Andre viktige tiltak er installasjon av varmepumper og lysdioder. Forbrukernes valg og oppførsel, samt administrasjon av bygninger spiller også inn.[107]:129–148[108]

TransportRediger

Transportsektoren har et stort energibehov og i 2013 var forbruket på 20 % av all primærenergi. Sektoren står for en stor del av utslippene av karbondioksid, i tillegg til andre luftbårne forurensninger. Hele 95 % av all energi til transport er oljebasert (2010).[109] Det er forventet at fra 2008 til 2050 vil antallet motoriserte kjøretøyer i verden tredobles, samme økning forventes for luftfart.[110] Fordi verdens oljeproduksjon vil nå en topp rundt 2050, er det stort fokus på andre energikilder enn bensin og diesel for transport. Biler drevet av biodrivstoff eller elektrisitet, samt hybridbiler, har oppnådd stor utbredelse noen steder i verden (2016).[109]

For å redusere klimagassutslipp er reduksjon av fossile energikilder i transportsektoren blitt sett på som helt avgjørende. I tillegg kan reisebehovet reduseres, kjøretøyene kan gjøres mer effektive, og en kan gå over til mindre energikrevende transportformer.[110]

Forbruket av bensin til biltransport reduseres år for år i OECD-landene og maksimalt forbruk oppstod sannsynligvis i 2005. Årsaken til denne reduksjonen er økonomisk aktivitet som ikke etterspør transport, lav økonomisk vekst og større effektivitet innenfor transportsektoren. Derimot forventes det økt etterspørsel i land som Kina og India.[111]

Marked og trenderRediger

 
Økt ytelse for fornybar energi i verden frem mot 2020. Økningen fra 2019 til 2020 var på mer enn 45 %, med en vekst innenfor vindkraft (grønn) på 90 % og 23 % for ny solenergi (gul).[112]



 

Fordeling av fornybare energikilder for elektrisk kraftproduksjon (+kjernekraft) i 2018.[113]

██ Vannkraft (45%)

██ Kjernekraft (28%)

██ Vind (13%)

██ Sol (6%)

██ Biodrivstoff (5%)

██ Andre (3%)

Begrensning av global oppvarming er en av de viktigste årsakene til økt behov for fornybare energikilder.[114] I 2019 kom omtrent 11 % av verdens forbruk av primærenergi fra fornybare kilder. Av dette stod solenergi for 10,0 %, vind 20,2 %, vannkraft 60,3 % og andre kilder 9,4 %.[115] I 2017 utgjorde verdens investeringer i fornybar energi 279,8 milliarder US Dollar, der Kina stod for 45 % av de globale investeringene, og USA og Europa, bidor begge med rundt 15 %.[116] Globalt var det anslagsvis 10,5 millioner arbeidsplasser tilknyttet fornybar energi i 2020, med solcellebransjen som den største arbeidsgiveren.[117] Fornybar energi utvikles raskt med hensyn på høyere virkningsgrad og kostnadsreduksjon. Bidraget til det totale energiforbruket er økende.[118] Kostnadsreduksjon og kostnadssetting av eksternaliteter på grunn av energiproduksjon, forventes å forbedre konkurransedyktigheten til de fornybare teknologiene.[119] I 2019 ble mer enn to tredjedeler av helt ny elektrifisering utført med fornybar energi.[120] Per 2020 er solenergi og vindkraft på land de billigste typene av fornybar energi i de fleste land.[121]

På nasjonale nivå er det minst 30 land rundt om i verden hvor fornybar energi bidrar med mer enn 20 % av energiforsyningen. Nasjonale markeder for fornybar energi er anslått å vokse sterkt i de kommende tiåret og utover. Rundt 120 land har forskjellige politiske mål for langsiktige økte andeler av fornybar energi, blant annet har den Europeiske Union et mål om at innen 2030 skal utslipp av klimagasser reduseres med 55 %. Noen land har mye høyere langsiktige politiske mål, der opp til 100 % av all energibruk skal komme fra fornybar energi. Utenfor Europa er det minst 20 forskjellige land som har som mål at fornybar energi i årene 2020–2030 skal dekkes fra 10 % til 50 % av forbruket.[122][123]

Økende energibehovRediger

Siden 1950-årene har verdens energiforbruk økt raskt og det forventes å øke frem frem til 2050. Økningen gjennom siste halvdel av 1900-tallet var kjennetegnet av billige fossile energikilder og rask industrialisering i Nord-Amerika, Europa og Japan. Det forventes at utviklingen de neste årene vil bli mer sammensatt. Kina og India har en kraftig økning av sitt energibruk. Disse landene har en tredjedel av verdens befolkning, og energibruken per capita er fremdeles (2016) meget liten, dermed forventes sterk vekst her. Samtidig forventes redusert tilgang på olje og uheldige konsekvenser av global oppvarming.[124]

I perioden 2002–2012 gikk den primære energibruken ned i Nord-Amerika og Europa, mens verdens energiforbruk økte gjennomsnittlig med 2,8 % per år. Mye av denne økningen skyldes Kinas økning med rundt 10 % per år i denne perioden.[124]

I 2011 bidro fossile energikilder med 82 % av verdens primære energibehov, der olje stod for 31 %, kull for 29 % og naturgass for 21 %. I 2000-årene gikk oljebruken ned fra 35 til 31 %, mens andelen kull gikk opp fra 23 til 29 % i den primære energibruken. Årsaken er Kinas raske utbygging av elektrisk kraftproduksjon basert på kull.[124]

Mesteparten av verdens elektrisitetsproduksjon skjer med fossile energikilder, med omtrent 66 % av all elektrisitet produsert i 2015, der kull utgjorde 60 % av de fossile kildene.[125] De største forbrukerne er Kina, India, Russland og USA. I Kina og India er kull viktig for elektrisitetsproduksjon, mens i USA og Russland er kull viktigst for industriproduksjonen. Olje er verdens hovedkilde til energi i de fleste land, hvor den brukes som drivstoff innenfor transport, samt til industriproduksjon. Naturgass er viktig som energikilde i elektrisitetsproduksjon i mange land, i tillegg brukes gass i husholdningene til matlaging og oppvarming, samt i industrien.[126]

Prognoser for fossile energikilderRediger

 
Kull, olje og gass er fortsatt den primære globale energi-kilden, selv om fornybar er raskt økende.[127]

Med dagens (2021) forbruk av olje vil verdens kjente reserver (2016) vare frem til rundt 2070.[128] Det foreligger forskjellige scenarier for fremtidig oljeproduksjon, og IEA World Energy Outlook 2013 hadde to scenarier basert på forskjellige forutsetninger der maksimum for oljeproduksjonen (peak oil) vil oppstå i år 2020 eller i 2035.[124] Stadig flere prognoser fra forskjellige byråer for energianalyse forventer et fall i oljeproduksjonen. En oppsummering fra 2020 viser at de fleste byråer forventer maksimal oljeproduksjon innen 2035, med OPECs prognose som den seneste, nemlig 2040.[129] Enten vil verden innen denne tiden komme opp med alternative energikilder for transportsektoren, eller så vil drivstoffprisene øke drastisk, noe som vil få store sosiale og økonomiske konsekvenser.[124]

Verdens kjente reserver av naturgass (2017) er forventet å vare frem til omtrent 2070 forutsatt dagens (2021) forbruk, men maksimalproduksjonen vil komme mye før.[124][130] Verdens reserver for kull var i 2020 estimert til å vare frem til år 2160 forutsatt dagens forbruk.[131] Verdens kullforbruk hadde en markert nedgang i 2020, den første siden andre verdenskrig. Reduksjonen var på 4 % og hadde sammenheng med koronaviruspandemien og redusert økonomisk aktivitet.[132] Det er forskjellige prognoser for når maksimal kullproduksjon vil oppstå, noen prognoser anslår et fall i forbruket for energiproduksjon fra midten av 2020-årene, andre estimater forutsetter en svak vekst frem til 2040, deretter reduksjon, avhengig av politikk og teknologisk utvikling.[133]

Begrenset vanntilgang kan gå ut over kraftproduksjonen fra fossile energikilder, noe som også er et problem for kjernekraft og biomasse. Klimaendringer har ført til tørkeperioder som har gitt betydelig redusert kraftproduksjon både fra kjerne- og kullkraftverk i USA og Frankrike.[114] Konsekvensen av dette er svekket energisikkerhet.

De gjenværende reservene av fossile energikilder er store nok til å øke konsentrasjonen av klimagasser i atmosfæren så mye at det overgår alle scenariene for utslipp som er oppgitt i klimapanelets rapporter.[3]

Miljøpåvirkning fra fossile energikilderRediger

 
Interstate 80 ved Berkeley, California. Biltrafikk utgjør den største forurensningskilden i mange urbane områder.

Luftforurensning på grunn av forbrenning av fossile energikilder forårsaker omfattende skader på natur og svekker folkehelsen.[134] Utvinning av fossile energikilder gir forurensning til jord, luft og vann, i tillegg til at spesielt kullutvinning i daggruver endrer landskapet i betydelig grad.[114] Disse kostnadene er eksterne kostnader, det vil si at de ikke er inkludert i prisen for energi, varer og tjenester (ikke avspeilet i markedspriser).[134]

Skadekostnadene er størst for kull og olje, og minst for gass. I henhold til Sternrapporten fra 2006 kan skadekostnadene fra fossile energikilder være så høye som 65 Euro per tonn CO2-ekvivalenter. Disse kostnadene gjelder fremtidige problemer på grunn av global oppvarming.[135] Helseeffekten av bruk av fossile energikilder er svært vanskelige å beregne kostnadene av, det samme med konsekvensene på lang sikt for verdens økosystemer og naturmiljø. Noen av disse problemene er fotokjemisk smog, sur nedbør og høye konsentrasjoner av nitrogen. Dessuten utfordringene ved utvinning, som landsenkning, store hauger med gruveavfall og forurenset vann ved kullutvinning. Oljeutvinning har hele tiden vært heftet med forurensning og ulykker.[136]

Det er imidlertid påpekt at usikkerheten med beregninger av eksterne kostnader er svært store, med en faktor på 3 både i positiv og negativ retning. Forskerne mener allikevel at en usikkerhet med faktoren 3, er bedre enn om en skulle ha operert med uendelig store kostnader. Det ville vært tilfelle om en ikke gjør noen antagelser i det hele tatt.[135]

PolitikkRediger

 
Delegasjonsledere på FNs klimakonferanse i 2015 (COP21), som førte til signeringen av Parisavtalen.

Parisavtalen fra desember 2015 har som mål at de globale utslippene av klimagasser raskest mulig skal reduseres slik at den gjennomsnittlige globale temperaturøkningen på jorden skal komme under 2 °C, og helst ikke over 1,5 °C. Hvor stor total opplagret mengde med CO2 i atmosfæren dette tilsvarer, er ikke mulig å si sikkert, men alt etter forutsetningene er ett tall som brukes 1000 Gtonn C (forutsetter en konfidens på 66 %). Om også andre klimagasser tas med, reduseres mengden til 790 Gtonn C. Fra 1750 til 2015 var de samlede utslippene av CO2 på 550 Gtonn C, dermed kan det ikke slippes ut mer enn 240–450 Gtonn C. Om verden greide å stabilisere utslippene til 9,5 Gtonn C per år, som var det som ble sluppet ut i 2015, så må alle utslipp være stoppet innen 2040–2062. Imidlertid er energibehovet forutsatt å øke betydelig, og nye avtaler må til for å redusere utslippene slik for at 2 °C-målet skal være oppnåelig.[103]

Flere prognoser og målsetninger for nasjonal eller global langsiktig energiproduksjon fra fornybare energikilder har vært fremsatt og vist seg alt for optimistiske. Enten har de tatt feil innenfor en vis margin, eller vært fullstendig gale. Andre prognoser har vært alt for pessimistiske, for eksempel ble det i 1981 estimert en produksjonsnedgang av olje utover i 1980- og 1990-årene som ville gi omfattende sosiale problemer. Isteden har råoljeprisene holdt seg lave og nokså stabile.[137]

Anbefalinger fra FNs klimapanelRediger

FNs klimapanel sier at for å nå målet om begrensning av gjennomsnittlig global oppvarming til 1,5 °C trengs «storstilt endring av de globale systemene for energi, landbruk, arealbruk og økonomi, noe som vil påvirke måten energi produseres på, landbruket organiseres på og hvordan mat, energi og materialer forbrukes.» Det finnes flere veier frem mot dette målet, og disse avhenger av underliggende utviklingsprosesser og samfunnsutvikling. Med dette menes valg av teknologi, omfanget av disse og om løsningene blir organisert globalt. Hvordan menneskeheten vil forbruke energi og landareal frem mot 2100 er grunnleggende usikkert, og vil avhenge av befolkningstall, trender for økonomisk vekst, endret adferd og teknologisk fremgang.[107]:108–129

Det er utviklet fem sosioøkonomiske veier (en: Socio-Economic Pathways) (SSP1–SSP5), der den første (SSP1) er mot en bærekraftig verden der målet om 1,5 °C oppvarming nås, og utfordringene med både begrensning og tilpasning til klimaendringene blir lave. En slik vei kjennetegnes av en verden med lavt befolkningstall, stor økonomisk vekst og menneskelig utvikling per innbygger, store teknologiske fremskritt der miljøhensyn blir viktige, en livsstil med nøkternt mat- og energiforbruk per capita og internasjonalt samarbeid. Det er også laget scenarier for veier mot et 2 °C-mål. Scenarier for veier mot 1,5 °C- og 2 °C-målene er nokså like, men den første kjennetegnes av lavere energiforbruk, større grad av elektrifisering og hurtigere utfasing av fossile energikilder.[107]:108–129

Per 2019 har Det internasjonale byrået for fornybar energi (IRENA) anslått at den totale delen av fornybar energi i energiforsyningen må vokse seks ganger raskere for å holde økningen av den globale gjennomsnittstemperaturen «godt under» 2,0 °C i 2100 (i forhold til før-industrielt nivå).[138]

Energiforsyningen for veiene mot 1,5 °C-målet går via energikilder med lave karbonutslipp, som fornybare energikilder, kjernekraft og fossile energikilder der en i størst mulig grad går over til karbonfangst og -lagring. Dessuten en rask reduksjon av elektrisitetsproduksjon med fossile energikilder og elektrifisering av sluttbrukernes energibruk. Rundt 2050 må verden ha fått til en overgang mot nesten bare fornybare energikilder og kjernekraft. Fordelingen mellom bioenergi, vind- sol- og vannkraft er forskjellige i de ulike veiene mot 1,5 °C-målet. Hvor stort innslaget av kjernekraft vil bli, avhenger mye av opinionens oppfatninger, men mange veier forutsetter utfasing av kjerneenergi eller begrenset bruk frem mot 2100.[107]:129–148 Kjernekraftverk har noen store fordeler, som at det ikke gir utslipp av klimagasser eller partikkelforurensning under normal drift, det er kjent teknologi og gir jevn energiproduksjon over døgnet og året. En annen fordel er at råstofftilgangen (uran) fremdeles er stor. En usikkerhet er svekket spisskompetansen innenfor kjernekraftteknologi siden 1970-årene.[126]

Innen 2050 forutsetter veiene mot 1,5 °C-målet, at elektrisitetsproduksjon øker fra 23 % fornybare energikilder i 2015 til 59–97 % i midten av århundret. Forbruket av fossile energikilder forutsettes derimot å falle til mellom 0–25 % innen 2050.[107]:129–148

Selv om energisektoren mot målene på 1,5 °C oppvarming, nesten ikke må bruke fossile energikilder innen 2050, er det store forskjeller mellom veiene frem mot målet for sluttbrukerne (industri, bygninger og transport). Energietterspørselen drives av transportbehov, bolig- og næringsvirksomhet og produksjon, og vil være avhengig av sosioøkonomiske forhold.[107]:129–148

Skattelegging og kvoterRediger

Forskjellige måter å skattelegge utslipp fra fossile energikilder (karbonprising) er innført flere steder i verden, blant annet i Norge. Hensikten er at eksternaliteter (forurensning) skal prissettes og at høyere kostnad for fossile energikilder skal få en konkurransevridende effekt mot andre energiformer. Til nå (2021) har ikke disse avgiftene vært så høye at det har fått noen stor virkning, men det antas at utslippene av klimagasser er noe redusert. Mange økonomer mener at slike avgifter er den viktigste veien mot en vridning mot fornybare energikilder, lavutslippsløsninger, karbonfangst og -lagring. Dog må slike avgifter være globale om det skal få stor nytte. På denne måten mener økonomene at verdens stater kan tvinge markedskreftene til å hensynta de indirekte kostnadene av fossile energikilder, uten å stole på idealisme eller bygge opp om et spesielt verdenssyn.[104][114]

Et kvotesystem for utslipp skal på samme måten som skattelegging, begrense bruken av fossile energikilder. I et kvotemarked deles det ut tillatelser, eller kvoter, for utslipp. I dette markedet kan kvoter kjøpes, selges og brukes, dermed vil antallet kvoter gå ned og etterspørselen, dermed også prisen, gå opp. En energiprodusent som skal kjøpe nye kvoter må dermed betale stadig mer etter som tiden går. I EU finnes et slikt kvotesystem, men prisen for kvotene er ikke høye nok til at effekten har blitt særlig stor.[104][114]

Andre tiltak som gjøres av det offentlige er å støtte forsking og utvikling, enten med billige lån, garantier eller annen økonomisk støtte. Det gis også redusert skatt for investering i anlegg for energiproduksjon eller -sparing.[139] Motivasjon for å støtte utviklingen av fornybare teknologier er todelt og skyldes markedssvikt. Den første feilen skyldes at markedet ikke tar hensyn til kostnadene som utslipp av klimagasser fører med seg (eksternaliteter), det andre forholdet er at industribedrifter underestimerer de fremtidige fordelene (inntektene) som utvikling av fornybare teknologi vil gi dem.[140]

Fornybare energikilder og bærekraftig utviklingRediger

Fornybare energikilder og bærekraftig utvikling kan forklares som et hierarki av mål og begrensninger som innebærer både regionale og lokale vurderinger. Viktige mål for bærekraftig utvikling som fornybare energikilder bidrar til er:[141]

  1. Sosial og økonomisk utvikling
  2. Tilgang til energi
  3. Energisikkerhet
  4. Begrensning av global oppvarming og skader på miljø og helse

Det er sterk korrelasjon mellom bruttonasjonalprodukt (BNP)og energibruk, men allikevel har noen land høye inntekter per capita, selv med relativt lavt energiforbruk. Andre land er fattige selv om energiforbruket er høyt. En hypotese er at økonomisk vekst i stor grad kan være dekoblet fra stadig økende energiintensivitet. En annen teori er at utviklingsland kan gjøre store byks fremover og hoppe over noen av trinnene som utviklede land har vært gjennom. Med andre ord kan de ta i bruk de beste teknologier som utnytter energi effektivt.[142]

Rundt 1,4 millioner mennesker har ikke tilgang til elektrisitet og 2,7 milliard har bare tilgang til tradisjonell biomasse for matlaging (2012). For disse fattige menneskene betyr dette omfattende helseproblemer (røyk innendørs) og at mye tid som går med til å lete etter fyringsved. Med tilgang til ren, pålitelig og billig energi vil det gi betydelig økt levestandard og mer bærekraftig utvikling.[143]

Overgang til fornybare energikilder betyr at en unngår avhengighet av fossile energikilder som verden får stadig mindre av. Mange fornybare energikilder er av en natur som ikke gjør det mulig å selge dem internasjonalt. Land som utnytter egne fornybare energikilder vil slippe å være avhengig av import fra noen få olje- og gassproduserende land. De oppnår også at økonomien blir uavhengig av prisfluktuasjoner ved å satse på flere forskjellige fornybare energikilder nasjonalt. For utviklingsland er dette gunstig, fordi at de ofte bruker store deler av sine eksportinntekter på import av drivstoff.[144]

Fornybare energikilder har også utslipp av klimagasser, særlig under fremstilling av komponenter og materialer. Dog er disse utslippene betydelig lavere enn for fossile energikilder. De fleste fornybare energikilder har på den andre siden mindre eller like stort behov for landarealer som de fossile energikildene, når en sammenligner hele livssyklusens behov. Et unntak er bioenergi fra plantasjer dedikert for slik produksjon, der nødvendig landareale er større enn for alle andre energikilder. Vind- og bølgekraft er eksempler på energikilder som krever store arealer, men der annen bruk av landområdene er mulig, som jordbruk og fiske. Skadene som installasjoner for energiproduksjon gir, er endring av økosystemer og biodiversitet på grunn av direkte fysisk påvirkning på habitater.[145]

DebattRediger

 
Burbo Bank Offshore Wind Farm, Burbo, England.

Klimapanelet oppsummerer i sin spesialrapport Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (2012) at beslutningstagere som ønsker å øke andelen av fornybare energikilder og samtidig begrense global oppvarming, står ovenfor betydelige utfordringer med å få til et strukturelt skifte i løpet av noen få tiår. Utfordringene er større enn den historiske overgangen fra vedfyring til kull og senere fra kull til olje, fordi den tilgjengelige tiden er så knapp.[87]

Den tsjekkisk-kanadisk forskeren Vaclav Smil mener det er en utbredt oppfatning at overgang til fornybare energikilder kan skje like raskt som andre teknologiske invasjoner de siste tiårene. Innenfor datateknologi har mikroprosessorer blitt stadig raskere og billigere, i henhold til Moores lov.[146] Sammenligner en med elektrisitetsproduksjon i varmekraftverk (som står for rundt 80 % av all kraftproduksjon i 2015), var forbedringen av virkningsgrad for dampturbiner og generatorer gjennomsnittlig 1,5 % hvert år i løpet av 1900-tallet. Imidlertid stoppet forbedringen nesten opp, og fra 1980 til 2015 var årlig økning bare 0,2 %. Ytelsen for turbiner har heller ikke økt siden 1970.[147] Den samme forsiktige økningen kan en se for fornybare energikilder. For eksempel har årlig økning av virkningsgrad for solceller økt med 1,6 % og 3,8 % siden midten av 1970-årene, alt etter type. Et annet eksempel er ytelse for vindturbiner, med maksimal ytelse rundt 10 MW i 2014. Drastisk større ytelse for slike konstruksjoner har store utfordringer, blant annet at kostnadene øker med tredjepotensen av rotordiameteren, mens ytelsen øker kvadratisk. Et annet forhold er at virkningsgraden teoretisk sett uansett ikke kan komme over 59 %.[147]

En annen grunn til at sammenligning mellom utvikling av mikroprosessorer og fornybare energikilder ikke er holdbar, i henhold til Smil, er den meget omfattende infrastrukturen som trengs for å fange inn, utnytte, prosessere, transportere og omforme energi. På grunn av dette vil disse systemene ha en innebygget treghet. Det samme gjelder for organisering og administrasjon av disse globale systemene, der tidligere beslutninger får betydning for fremtidige valgmuligheter. Investeringene i energisystemene for fossile energikilder i hele verden gjennom 1900-tallet er estimert til å være 25 billioner US-dollar (i 1990-internasjonale dollar). Disse store investeringene vil eierne gjerne ha tilbakebetalt og helst få en gevinst av.[148]

Den amerikanske forretningsmagnaten Bill Gates har vært opptatt av energispørsmål, og har skrevet boken Hvordan unngå en miljøkatastrofe – teknologien vi har og gjennombruddene vi trenger (2021). Han mener at forskning på fornybare energikilder som er rene, billige og pålitelige, vil gi verden store fordeler. Verdens nasjoner vil få store gevinster av å være uavhengige av import av energi og få mer stabile priser, samt at utviklingsland kan forbedre sin levestandard. Han mener at innen 2030 vil en oppnå de store gjennombruddene som er nødvendig for å oppnå dette. Smil hevder slike prognoser er for optimistisk, blant annet at det neppe vil bli brukt store pengesummer på forskning og utvikling på energiforsyning. Smil mener at det i USA tradisjonelt har vært liten interesse for storstilt bruk av ressurser på energiforsyning. Pengebruken på energiforskning er bare en liten brøkdel av det som hvert år brukes på medisinsk forsking og mye mindre enn det som brukes på våpenutvikling.[73]

Situasjonen i USA er generelt slik at organisasjoner og konservative politiskere ønsker å holde fornybar energi vekk fra dagsordenen.[149] De fleste republikanere støtter ikke investeringer i fornybar energi fordi rammeverket deres er bygget på å holde seg til dagens energikilder, samtidig som de fremmer nasjonal oljeutvinning for å redusere avhengigheten av import.[150]

I oktober 2021 sa EUs klimakommissær Frans Timmermans at «det beste svaret» på den globale energikrisen i 2021 er «å redusere vår avhengighet av fossilt brensel».[151] Han sa at de som skyldte på European Green Deal gjorde det «kanskje av ideologiske grunner eller hadde økonomiske grunner for å beskytte sine egeninteresser.»[151] Noen kritikere beskyldte European Union Emissions Trading System (EU ETS) og nedleggelse av atomkraftverk for å ha bidratt til energikrisen i 2021.[152][153][154] EU-kommisjonens president Ursula von der Leyen sa at Europa er «for avhengig» av naturgass og -import. Ifølge Von der Leyen; – svaret er å diversifisere våre energikilder og, noe som er avgjørende, å fremskynde overgangen til ren energi.»[155]

Se ogsåRediger

Eksterne lenkerRediger

ReferanserRediger

  1. ^ a b c d e f g h i j Smil 2017, s. 3–11
  2. ^ a b c d Arvizu 2012, s. 38–40
  3. ^ a b Arvizu 2012, s. 33–37
  4. ^ Rosvold, Knut A. og Hofstad, Knut: (no) Primærenergi i Store norske leksikon (21. januar 2019)
  5. ^ Toldnæs, Jens Petter og Rosvold, Knut A: (no) Nye fornybare energikilder i Store norske leksikon (9. februar 2018)
  6. ^ «Energy Technology Perspectives 2012». International Energy Agency. 
  7. ^ Palmer, J. (2008). «Hope dims that Earth will survive Sun's death». New Scientist. Besøkt 17. oktober 2021. 
  8. ^ Carrington, D. (21. februar 2000). «Date set for desert Earth». BBC News. Besøkt 17. oktober 2021. 
  9. ^ «Wind energy generation by region». Besøkt 16. oktober 2021. 
  10. ^ «Global Wind Atlas». 
  11. ^ a b c Fossdal 2007, s. 80–81
  12. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1049
  13. ^ Arvizu 2012, s. 95
  14. ^ a b c d e f «Renewable Capacity Statistics 2021». Besøkt 12. september 2021. 
  15. ^ a b Smil 2017, s. 154–158
  16. ^ David Foxwell (13. november 2020). «Record-breaking Haliade-X 12 MW obtains full type certificate». Riviera Maritime Media Ltd. Besøkt 26. desember 2021. «GE Renewable Energy has confirmed its Haliade-X 12 MW prototype, the world’s most powerful wind turbine in operation to date, has received a full type certificate from DNV GL» 
  17. ^ a b Fossdal 2007, s. 81–84
  18. ^ Arvizu 2012, s. 95–96
  19. ^ a b Fossdal 2007, s. 84–85
  20. ^ a b Arvizu 2012, s. 99–100
  21. ^ Jabber, Suaad Laffta (2013). «Environmental Impacts of Wind Energy» (pdf). Journal of Clean Energy Technologies. 1 (3): 251–254. doi:10.7763/JOCET.2013.V1.57. 
  22. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1058
  23. ^ Arvizu 2012, s. 96–97
  24. ^ Arvizu 2012, s. 101–103
  25. ^ a b c Fossdal 2007, s. 98–100
  26. ^ a b Arvizu 2012, s. 80–82
  27. ^ a b Fossdal 2007, s. 103–104
  28. ^ a b Arvizu 2012, s. 80
  29. ^ Arvizu 2012, s. 82–83
  30. ^ Fossdal 2007, s. 104
  31. ^ Fossdal 2007, s. 109–111
  32. ^ «Global Solar Atlas». 
  33. ^ a b c Fossdal 2007, s. 20–23
  34. ^ a b Arvizu 2012, s. 60
  35. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1164–1165
  36. ^ a b c d e Fossdal 2007, s. 23–45
  37. ^ a b c Goswami og Kreith 2016, s. 1238–1243
  38. ^ Arvizu 2012, s. 60–63
  39. ^ a b Goswami og Kreith 2016, s. 1393–1595
  40. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 18–20
  41. ^ Smil, Vaclav (2017). Energi transitions: global and national perspectives (2. utg.). Santa Barbara, California: Praeger. s. 3–11. ISBN 978-1-4408-5324-1. 
  42. ^ Arvizu 2012, s. 66–68
  43. ^ Fossdal 2007, s. 45
  44. ^ Arvizu 2012, s. 65–66
  45. ^ Dye, S. T. (2012). «Geoneutrinos and the radioactive power of the Earth». Reviews of Geophysics. 50 (3): 3. Bibcode:2012RvGeo..50.3007D. arXiv:1111.6099 . doi:10.1029/2012rg000400. 
  46. ^ Gando, A. (2011). «Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements». Nature Geoscience. 4 (9). Bibcode:2011NatGe...4..647K. doi:10.1038/ngeo1205. 
  47. ^ a b Fossdal 2007, s. 128–129
  48. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1617–1618
  49. ^ a b c Fossdal 2007, s. 129–131
  50. ^ Fossdal 2007, s. 132–133
  51. ^ Arvizu 2012, s. 73–75
  52. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1620
  53. ^ a b Fossdal 2007, s. 135
  54. ^ Fossdal 2007, s. 133–135
  55. ^ Mongillo, M. A., Bromley C. J. og Rybach, L. (2010). «The IEA Geothermal Implementing Agreement - International Efforts to Promote Global Sustainable Geothermal Development and Help Mitigate Climate Change». Proceedings World Geothermal Congress 2010. 
  56. ^ Arvizu 2012, s. 77–78
  57. ^ Benjaminsen, Christina (14. oktober 2021). «Vi er et steg nærmere verdensrekord i jordvarme». gemini.no (Sintef og NTNU ). Besøkt 15. oktober 2021. 
  58. ^ Arvizu 2012, s. 74–76
  59. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1616–1617
  60. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1621
  61. ^ Fossdal 2007, s. 48
  62. ^ Fossdal 2007, s. 49–53
  63. ^ Scheck, Justin og Dugan, Ianthe Jeanne (23. juli 2012). «Log In». The Wall Street Journal. Besøkt 17. oktober 2021. 
  64. ^ «Developing a Willow Biomass Crop Enterprise for Bioenergy and Bioproducts in the United States». North East Regional Biomass Program. Besøkt 6. september 2021. 
  65. ^ «Resources – Energy crops». Forest Research. 2021. Besøkt 17. oktober 2021. 
  66. ^ Samset 2021, s. 287–290
  67. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1582–1586
  68. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1597–1589
  69. ^ a b Fossdal 2007, s. 70–76
  70. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 1093–1095
  71. ^ Arvizu 2012, s. 57–60
  72. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 21–23
  73. ^ a b c d Smil 2017, s. 215–221
  74. ^ Arvizu 2012, s. 46–48
  75. ^ Smil 2017, s. 158–164
  76. ^ Arvizu 2012, s. 50–52
  77. ^ «WHO - 7 million premature deaths annually linked to air pollution». 
  78. ^ a b c d e f Fossdal 2007, s. 114–115
  79. ^ Callaghan, John (2006). Future Marine EnergyResults of the Marine Energy Challenge: Cost competitiveness and growth of wave and tidal stream energy (PDF). London, UK: Carbon Trust. 
  80. ^ a b «How Does Ocean Wave Power Work?». Besøkt 27. april 2019. 
  81. ^ Unwin, Jack. «Top five trends in wave power». Besøkt 27. april 2019. 
  82. ^ Fossdal 2007, s. 116
  83. ^ (no) Osmose i Store norske leksikon
  84. ^ a b c Arvizu 2012, s. 87–88
  85. ^ Arvizu 2012, s. 82–93
  86. ^ a b c Arvizu 2012, s. 103–107
  87. ^ a b Arvizu 2012, s. 158
  88. ^ a b Goswami og Kreith 2016, s. 940–941
  89. ^ a b c Smil 2017, s. 223–238
  90. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 953–954
  91. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 955–960
  92. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 961–964
  93. ^ Arvizu 2012, s. 98–99
  94. ^ Arvizu 2012, s. 107–109
  95. ^ Arvizu 2012, s. 110–111
  96. ^ Arvizu 2012, s. 111–112
  97. ^ Arvizu 2012, s. 112–113
  98. ^ Samset 2021, s. 305–308
  99. ^ Goswami og Kreith 2016, s. 24–29
  100. ^ Smil 2017, s. 2
  101. ^ Brown, Mark Malloch (2000). World Energy Assessment 2000 (PDF). New York, USA: United Nations Development Programme, United Nations Department of Economic and Social Affairs. ISBN 92-1-126126-0. 
  102. ^ a b Smil 2017, s. 186–192
  103. ^ a b Smil 2017, s. 183–185
  104. ^ a b c Samset 2021, s. 309–311
  105. ^ «The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions». IEA, Paris. 2021. Besøkt 16. november 2021. 
  106. ^ Arvizu 2012, s. 113
  107. ^ a b c d e f g Masson-Delmotte, Valérie m.fl. (2018). Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty (PDF) (engelsk). IPCC. 
  108. ^ Arvizu 2012, s. 117
  109. ^ a b Goswami og Kreith 2016, s. 8–10
  110. ^ a b Arvizu 2012, s. 113–117
  111. ^ Oil 2021 – Analysis and forecast to 2026. IEA. 2021. 
  112. ^ «Renewable Energy Market Update 2021 / Renewable electricity / Renewables deployment geared up in 2020, establishing a “new normal” for capacity additions in 2021 and 2022». International Energy Agency. mai 2021. Besøkt 16. oktober 2021. 
  113. ^ «Electricity generation by source». International Energy Agency. 
  114. ^ a b c d e Arvizu 2012, s. 40–44
  115. ^ Ritchie, Hannah og Roser, Max (2020). «Renewable Energy». OurWorldInData.org.  Retrieved from: https://ourworldindata.org/energy
  116. ^ McCrone, Angus m. fl. Global Trends in Renewable Energy Investment 2018. Frankfurt School – UNEP Collaborating Centre for Climate & Sustainable Energy Finance. 
  117. ^ «Renewable Energy and Jobs – Annual Review 2020». Besøkt 17. oktober 2021. 
  118. ^ «Global renewable energy trends». 13. september 2018. Besøkt 17. oktober 2021. 
  119. ^ Arvizu 2012, s. 40
  120. ^ «Renewable Energy Now Accounts for a Third of Global Power Capacity». 2. april 2019. Besøkt 17. oktober 2021. 
  121. ^ Abdelilah, Yasmina m.fl. (november 2020). Renewables 2020 Analysis and forecast to 2025 (PDF). IEA. 
  122. ^ «Renewables global futures report 2017». REN21. 
  123. ^ «State of the Energy Union 2021: Renewables overtake fossil fuels as the EU's main power source». European Commission. 26. oktober 2021. Besøkt 16. januar 2022. 
  124. ^ a b c d e f Goswami og Kreith 2016, s. 4–6
  125. ^ Smil 2017, s. 49–59
  126. ^ a b Samset 2021, s. 283–286
  127. ^ Friedlingstein, Pierre; Jones, Matthew W.; O'Sullivan, Michael; Andrew, Robbie M.; Hauck, Judith; Peters, Glen P.; Peters, Wouter; Pongratz, Julia; Sitch, Stephen; Le Quéré, Corinne; Bakker, Dorothee C. E. (2019). «Global Carbon Budget 2019». Earth System Science Data. 11 (4): 1783–1838. Bibcode:2019ESSD...11.1783F. doi:10.5194/essd-11-1783-2019. 
  128. ^ «World Oil Reserves». worldometers.info. 2021. Besøkt 16. oktober 2021. 
  129. ^ Randall, Tom og Warren, Hayley (1. desember 2020). «Peak oil era is suddenly upon us». Bloomberg. Besøkt 17. september 2021. 
  130. ^ «World Oil Reserves». worldometers.info. 2021. Besøkt 16. oktober 2021. 
  131. ^ «Coal». BP plc. 2021. Besøkt 30. september 2021. 
  132. ^ «Global Energy Review 2021 - Coal». 
  133. ^ Holz, Franziska m.fl. (2018). «What does “peak coal” mean for international coal exporters?». Coal Transitions. Besøkt 30. september 2021. 
  134. ^ a b Goswami og Kreith 2016, s. 220
  135. ^ a b Goswami og Kreith 2016, s. 443
  136. ^ Smil 2017, s. 16–22
  137. ^ Smil 2017, s. 177–183
  138. ^ «Global energy transformation: A roadmap to 2050 (2019 edition)». Besøkt 16. oktober 2021. 
  139. ^ Arvizu 2012, s. 150
  140. ^ Arvizu 2012, s. 146–147
  141. ^ Arvizu 2012, s. 119–120
  142. ^ Arvizu 2012, s. 120–121
  143. ^ Arvizu 2012, s. 121–122
  144. ^ Arvizu 2012, s. 122
  145. ^ Arvizu 2012, s. 122–125
  146. ^ Smil 2017, s. 192
  147. ^ a b Smil 2017, s. 192–199
  148. ^ Smil 2017, s. 199–203
  149. ^ Lund, Henrik (2010). «The implementation of renewable energy systems. Lessons learned from the Danish case». Energy. 35 (10): 4003–4009. doi:10.1016/j.energy.2010.01.036. 
  150. ^ Eilperin, Juliet (28. mars 2013). «House GOP energy plan: drill more, mine more». The Washington Post. 
  151. ^ a b «EU countries look to Brussels for help with ‘unprecedented’ energy crisis». Politico. 6. oktober 2021. 
  152. ^ «European Energy Crisis Fuels Carbon Trading Expansion Concerns». Bloomberg. 6. oktober 2021. 
  153. ^ «The Green Brief: East-West EU split again over climate». Euractiv. 20. oktober 2021. 
  154. ^ «In Global Energy Crisis, Anti-Nuclear Chickens Come Home to Roost». Foreign Policy. 8. oktober 2021. 
  155. ^ «Europe's energy crisis: Continent 'too reliant on gas,' says von der Leyen». Euronews. 20. oktober 2021. 

LitteraturRediger

  • Fossdal, Marit L. m.fl. (2007). Fornybar energi 2007. Norges vassdrags- og energidirektorat. ISBN 9788241006326. 
  • Goswami, D. Yogi og Kreith, Frank, m.fl. (2016). Energy efficiency and renewable energy – Handbook (2. utg.). Taylor & Francis Group, LLC. ISBN 978-1-4665-8509-6. 
  • Smil, Vaclav (2017). Energi transitions: global and national perspectives (2. utg.). Santa Barbara, California: Praeger. ISBN 978-1-4408-5324-1. 
  • Samset, Bjørn H (2021). 2070 – Alt du lurer på om klimakrisen, og hvordan vi kan komme oss forbi den (1. utg.). Oslo: Cappelen Damm. ISBN 978-82-02-67739-8. 
  • Arvizu, Dan m.fl. (2012). Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation – Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change – Technical Summary. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-02340-6.