LESTÍMI: 11 MÍNÚTUR
Þú horfir út yfir sjóndeildarhringinn úr grænum garði á þaki skýjakljúfs. Loftið er hreint og ferskt og svo tært að sjá má greinilega skóg af vindmyllum lengst í burtu. Fyrir neðan þig rennur umferðin hljóðlaust fram hjá á rafmagni og vetni og þegar þú greinir barna- eða barnabörnum þínum frá þeim hávaða og reyk sem var vanalega að finna áður fyrr í stórborgum horfa þau skilningsvana á þig. Árið er 2050.
Umbreyting á jarðefnaeldsneyti yfir í sjálfbærar orkulindir eins og sólar-, vind- og vatnsafl er nauðsynleg af mörgum ástæðum. Loftmengun og loftslagsbreytingar eru einungis tvær þeirra. Efnahagsáhrif er þriðja ástæðan.
Í þessari lýsingu hér að ofan hefur þetta tekist – en græna umbreytingin er ekki einungis draumsýn. Alþjóðlegur hópur vísindamanna hefur nú reiknað út hvaða áætlanir beri að setja í gang til að umbreyta heiminum yfir í sjálfbæra orku á nokkrum áratugum.
Við þurfum ekki lengur að treysta á samrunaorku eða aðrar tæknibyltingar til að gera heiminn grænan. Ný rannsókn sýnir að núverandi tækniþekking varðandi vindmyllur, sólarsellur og vatnsorkuver ætti að duga flestum löndum heims.
Í grein í tímaritinu Joule lýsa vísindamennirnir sem verkfræðingurinn Mark Z. Jacobson sem starfar við Stanford University fer fyrir. Í greininni er farið í smáatriðum yfir það hvernig flestar þjóðir jarðar geta náð allt að 100% sjálfbærri orku árið 2050. Þessi uppörvandi ályktun sýnir þannig að græn umbreyting er möguleg í öllum löndum – ekki einungis hvað varðar rafmagn í venjulegum tenglum heimila, heldur á öllum sviðum þar sem orku er þörf, eins og í vöruflutningum, landbúnaði og iðnaði.
Umbreytingin getur, vel að merkja, átt sér stað án samrunaorku og annarra gerða orkuvinnslu og styðst einungis við þá grænu tækni sem við búum þegar yfir. Eins ber að geta þess að þetta mun verða mun ódýrara heldur en að halda áfram notkun jarðefnaeldsneytis.
Vindmyllur borga sig skjótt upp
Mark Z. Jacobson og kollegar hans hafa reiknað með öllum þeim 139 löndum sem hafa opinberar tölur frá orkugeira sínum. Fyrir flest löndin kemur útkoman á óvart því að löndin geta framleitt minni orku á hvern mann árið 2050 en þau gera í dag – ekki vegna þess að sérhver einstaklingur noti orkufrekar afurðir eða þjónustu í minna mæli, heldur einfaldlega vegna þess að græn tækni nær meira úr orkunni.
Sól, vindar og vatn geta annað orkuþörf heimsbúa
Á aðeins einni klukkustund fær hnöttur okkar jafn mikla orku frá sólu og við notum á heilu ári. Hægt er að fá orkuna beint frá sólu eða með vatns- og vindorkuverum. Samkvæmt fræðimönnum geta nánast allar þjóðir annað orkuþörf sinni með grænni orku.
Sólin veitir orku á heittempruðum svæðum
Hvar: Á heittempruðum svæðum er sólin hátt á himni árið um kring og sólartímar því fjölmargir.
Hvernig: Geislum sólar er breytt í straum í sólarsellum eða í varma með því að hita upp, t.d. salt.
Áskoranir: Sólarsellur byggja á hálfleiðurum sem eru gerðir úr fágætum málmum.
Vindurinn nýttur á tempruðu svæðunum
Hvar: Skilvirkast á svonefndum vestanvindsbeltum á tempruðum svæðum hnattarins þar sem vindar blása stöðugt.
Hvernig: Orkan í vindinum er fönguð með spöðum vindmyllunnar sem knýja rafal.
Áskoranir: Nokkur sjónmengun er af vindmyllum og eins þykja þær háværar.
Vatnsaflið unnið úr fljótunum
Hvar: Þarfnast mikils og jafns vatnsstraums eins og í fljótum á millibreiddargráðum jarðar.
Hvernig: Orkan er unnin úr vatninu með túrbínum og rafölum.
Áskoranir: Þarfnast stífla sem breyta náttúrulegu flæði fljótanna og þar með náttúrunni.
Uppsetning á vindmyllum og sólarsellum er einnig mun orkuskilvirkari heldur en að byggja ný orkuver. Vísindamenn tala um orkuafköst orkulindarinnar (EROI), þ.e.a.s. hve mikil orka er framleidd miðað við orkunotkunina við að smíða viðkomandi smíðisgrip. Stundum er EROI einnig nefnt CO2-skuld.
Hvað vindmyllur varðar er EROI-talan glæsileg eða 44:1, sýnir ein rannsókn sem verkfræðingurinn Michaja Pehl við Potsdam Institute for Climate Impact Research hefur staðið að. Myllan framleiðir alls þannig 44 sinnum meiri orku á líftíma sínum en þurfti til að byggja hana. Þar sem líftími hennar getur verið um 20 ár hefur hún þannig margborgað sig – og borgað CO2-skuld sína á minna en hálfu ári.
Hvað sólarþil varðar er talan 26:1, fyrir kjarnorkuver 20:1 og fyrir kolaknúin orkuver 9:1 – vel að merkja án reiknaðrar CO2 losunar frá bruna kolanna.
44 sinnum meiri orku framleiðir vindmylla á líftíma sínum en þurfti til að byggja hana. Kolaknúin orkuverk skila aðeins níu sinnum meiri orku.
En þrátt fyrir að orkunotkun á hvern mann verði minni þegar heimurinn er knúinn með grænni orku er samanlögð þörf áfram gríðarlega mikil. Íbúum jarðar fjölgar nefnilega ennþá og í síðustu útreikningum SÞ frá 2019 má búast við að árið 2050 telji mannkyn 9,74 milljarða.
Með síkum fjölda og áætlaðri orkuþörf á hvern borgara tók Stanford-teymið nú til við að reikna út hvað þarf til að anna orkuþörfinni í hverju og einu landi.
Orkuþörfina báru þeir síðan saman við aðgengilegar, sjálfbærar orkulindir í viðkomandi landi, þannig að t.d. hér á Íslandi fáum við mikla orku úr jörðinni, Danmörk hefur reitt sig á vindorku og Saudi Arabía á orku frá sólinni.
Þar sem framleiðsla frá sjálfbærum orkulindum er sveiflukennd leggja vísindamennirnir til að lönd, svæði og jafnvel að lokum allur hnötturinn verði tengdur nánar saman í rafkerfi þar sem mismunandi orkulindir bæta hver aðra upp.
Græn orka þarfnast betri tenginga
Því stærri svæði sem deila með sér orku, þess betur verður orkan nýtt. Þjóðlönd, álfur og jafnvel allan hnöttinn þarf að tengja með háspennulínum. Áskorunin er mikil í BNA en þar er ekkert sameiginlegt dreifikerfi.
1. Græn orka getur annað öllu landinu
Rafmagnsdreifing á að geta skilað rafmagni í takt við eftirspurn. Þetta krefst blöndu af orkulindum sem sameiginlega framleiða í sífellu orku. BNA getur unnið orku úr vindi (blátt) úr norðri, sól (gul) í suðri og vatnsafli (deplar) í fljótunum.
2. Dreifikerfinu deilt í þrjá hluta
Dreifikerfi BNA er núna í þremur sjálfstæðum hlutum: Austurhluta, vesturhluta og í ríkinu Texas sem er með sitt eigið dreifikerfi. Jafnframt eru tengingar of veikar fyrir allan þann straum sem grænt net framleiðir þegar það nær hámarki.
3. Norður-suður leiðsla skapar samvinnu
Eigi BNA að vera með 100% sjálfbæra orku þarf að tengja norður- og suðurkerfin með mörgum háspennulínum. Þannig er hægt að víxla orkunni svo að vindorka úr norðri og sólarorka úr suðri styðji hvor aðra.
3. Austur-vestur tenging jafnar út álagið
Tengingar milli austurs og vesturs víxla orku þvert yfir fjögur tímabelti BNA. Þetta jafnar út mestu álagspunktana, t.d. yfir morgunverðartímann á hverjum degi. Jafnframt eru sólarsellurnar í Flórída þegar farnar að starfa áður en íbúar í Los Angeles fara á fætur.
Útreikningar þeirra sýna að umbreytingin yfir í græna orkuframleiðslu krefjist hvorki nýrra orkulinda eða umfangsmikilla betrumbóta í skilvirkni þeirra sem þegar eru til staðar. Eina orkuformið þar sem vísindamenn vonast til og reiða sig á að verði hægt að beisla er sjávarfallakrafturinn sem er ennþá nýttur í afar litlum mæli.
Þekkt tækni leysir vandamálin
Hvað neytendur varðar halda sérfræðingar sig aðallega við græna tækni. Upphitun með náttúrugasi og olíukyndingu má skipta út með rafmagni, varmadælum eða heitu vatni sem er sótt niður í jörðina.
Drjúgan hluta flutninga á landi er einnig tiltölulega auðvelt að færa yfir í rafknúin farartæki eða farartæki sem nýta vetni en það má framleiða með því að kljúfa vatnssameindir með rafmagni frá sjálfbærri orku.
Vetni geymir grænu orkuna
Sól, vindur og vatn eru breytilegar orkulindir og því skiptir sköpum að varðveita orkuna. Ný tækni nýtir þessa grænu orku til að kljúfa vetni frá vatni. Vetninu má síðar umbreyta í rafmagn eða eldsneyti eftir þörfum.
1. Umframorka framleiðir vetni
Rafmagnsframleiðsla með t.d. vindmyllum ræðst af vindstyrk hverju sinni. Þegar of mikil orka fæst, má nýta umframorkuna til að kljúfa vatn (H2O) í ildi og vetni í ferli sem kallast rafgreining.
2. Ildi fangar CO2 frá iðnaði
Það er auðvelt að geyma vetni (H2) í tönkum og þannig fæst orkulager. Ildið (O2) má nýta í ferli sem fangar CO2 frá t.d. sementsverksmiðjum sem skila nú frá sér ótrulegu magni af CO2.
3. Vetni umbreytt í náttúrulegt gas
Vetnið (H2) má hvarfa við (CH4) yfir í náttúrulegt gas með því CO2 sem fæst frá sementsframleiðslunni eða frá lífrænu gasorkuveri. Þessu tilbúna gasi má síðan dæla inn í venjulegar gasleiðslur.
4. Vetni verður að eldsneyti eða rafmagni
Vetnið má nýta sem loftslagshlutlaust eldsneyti án mengunar í bæði bíla og jafnvel fyrir flugvélar. Einnig má breyta því í rafmagn á ný með því að umvenda rafgreiningarferlinu.
Nokkrar áskoranir fylgja þó svo miklum umbreytingum. Mark Z. Jacobson bendir sjálfur á að það verði erfitt að þróa rafknúnar flugvélar eða annars konar eldsneyti fyrir þær. Hvorki skip né flutningabílar geta gengið fyrir rafmagni enn sem komið er. Samanlagt losa flugferðir, skipaumferð og landflutningar um 6% af CO2 losun jarðarbúa.
Lífeldsneyti flytur þunga farma
Vandinn er sá að rafhlöður nútímans eru ekki nógu skilvirkar til að knýja flugvélar, skip og flutningabíla; t.d. inniheldur eitt tonn af flugvélaeldsneyti 14 sinnum meiri orku en rafhlöður með sömu þyngd. Hins vegar er mögulegt að framleiða svonefnt lífeldsneyti sem getur komið í staðinn fyrir drjúgan hluta af eldsneyti sem byggir á hráolíu.
Hefðbundið lífeldsneyti hefur þann ókost að það er komið í miklum mæli frá plöntum eins og maísbaunum, sojabaunum, repju og hörfræjum og er þetta tekið af framleiðslu matvæla. En lífeldsneyti má einnig framleiða úr lífrænu sorpi og t.d. affallsvatni.
Í Evrópu hefur ítalska orkufyrirtækið ENI náð að þróa lífdísel sem má nota sem eldsneyti í skipum án þess að það þurfi að breyta vélum þeirra.
Lífeldsneyti má einnig betrumbæta frekar í orkuríkara eldsneyti sem mætti nota í flugvélar. Í ferli þessu verður einnig til nokkuð magn af náttúrugasi og hreinu vatni þannig að ekkert fer til spillis.
Margir sérfræðingar leggja einnig til að náttúrugas verði nýtt við þessa umbreytingu en það getur tengt saman núverandi orkukerfi við rafkerfi framtíðar þar til sjálfbær tæknin verður orðin það góð að hún geti tekið við. Þetta er m.a. niðurstaðan á greiningum á orkukerfum í Íran, Noregi, Indlandi og Stóra-Bretlandi frá árinu 2019 sem tölfræðingarnir Amin Safari og kollegar hans við South-Eastern University of Norway framkvæmdu.
Kostirnir við náttúrugas – sem í dag er um 28% af orkunotkun jarðefnaeldsneytis – eru þeir að á hverja orkueiningu mengar það minnst og hefur einnig minnst áhrif á loftslagsbreytingar.
Milljónir deyja úr loftmengun
Leiðarvísirinn frá núverandi orkukerfum heimsins til nánast algerrar grænnar orkuframleiðslu er þannig til reiðu. Og þrátt fyrir að við munum örugglega mæta margvíslegum vanda og áföllum á leiðinni er gjaldið fyrir það að halda áfram eins og ekkert sé, alltof hátt. Það sýnir t.d. rannsókn frá Harvard University sem kom fram í febrúar 2020.
8,7 milljónir manna deyja árlega vegna mengunar af örfínum ögnum frá brennslu jarðefnaeldsneytis.
Í henni fóru sérfræðingar yfir ótímabær dauðsföll um heim allan og komust að því að mörg þeirra stöfuðu af loftmengun með örfínum ögnum frá brennslu jarðefnaeldsneytis. Árlega deyja 8,7 milljónir manna ótímabærum dauða.
Vandinn er mestur í Asíu þar sem Kína og Indland eru menguðustu löndin. Margar stórborgir í heiminum sýna alltof há gildi mengunar sem getur kallað fram margvíslega sjúkdóma. Í BNA einu saman deyja 200.000 árlega ótímabærum dauða vegna loftmengunar.
En jafnvel þó að loftmengunin kosti milljónir manna lífið er hún alls ekki eina stóra vandamálið við brennslu jarðefnaeldsneytis. Önnur er vitanlega loftslagsbreytingarnar sem myndast vegna gróðurhúsagastegunda sem losna ásamt þessum hættulegu ögnum.
Frá því að notkun jarðefnaeldsneytis jókst hratt á 19. öld hefur hitinn stigið um eina gráðu. Haldi sú þróun áfram gæti jörðin orðið 3,5 gráðum heitari árið 2100 með ægilegum afleiðingum fyrir gjörvallt vistkerfi jarðar og okkur mennina.
Þrátt fyrir alþjóðlegt samkomulag um að draga úr losun á m.a. CO2, stefnir ennþá í að jörðin hitni um minnst þrjár gráður og sums staðar öllu meira fyrir árið 2100, ef ekki verður verulega dregið úr losun.
Umbreyting næst á 30 árum
Samkvæmt Mark Z. Jacobson og félögum hans er græn umbreyting nánast eina leiðin til að uppfylla metnaðarfull loftslagsmarkmið eins og ákveðin voru á fundinum COP21 í París árið 2015. Þar sammæltust stjórnmálamenn og embættismenn frá nánast öllum löndum heims að halda hnattrænni hlýnun undir tveimur gráðum og helst niður undir einni og hálfri gráðu. Og við erum þegar komin yfir fyrstu gráðuna.
Auk vandamála sem varða loftgæði og loftslag eru kol, olía og gas auk þess takmarkaðar auðlindir. Olíuforða jarðar verður t.d. búið að nota þegar um árið 2070. Og þar með er ekki öll sagan sögð. Það verður sífellt erfiðara að sækja olíuna því að allar helstu aðgengilegar auðlindir eru þurrausnar.
Þetta leiðir til þess að verð á olíu hækkar og þar með kostnaðurinn við að nýta hana, þannig að olía verður á endanum óarðbær kostur, löngu áður en öll olía verður fullunnin.
Sem betur fer hafa vísindamenn nú komið fram með græna björgunaráætlun. Útreikningar þeirra sýna að umbreytingin frá svartri yfir í græna orku getur átt sér stað á um 30 árum. En þá má heldur engan tíma missa.
Birt: 26.10.2021
NIELS HALFDAN HANSEN
