Vores Fremtidige Energi-Blanding

Forudsigelse af Energisystemer

Få emner er så komplekse og vigtige som den fremtidige energiblanding for vores civilisation. Afhængigt af hvem du spørger, er afhængighed af fossile brændstof umulig at slippe af med, eller fornybare energikilder vil tage over i en hurtig takt. Realiteten er selvfølgelig kompleks, og det er meget svært at forudsige fremtidens energi.

I denne artikel vil vi se på vores nuværende situation, se de få mulige scenarier og vigtigst, hvilke økonomiske eller teknologiske ændringer vil gøre ét scenario mere sandsynligt end det andet.

Hvor Vi Er

Hvis der er et mønster i vores voksende energiforbrug, er det, at nye energikilder tendenser til at blive tilføjet vores energiblanding, snarere end at erstatte den foregående.

For eksempel bruger vi stadig lige så meget, hvis ikke mere, biomasse (især træ) som i 1800-tallet, før den industrielle revolution. Lignende er kulforbruget generelt kun øget over tid, hvortil olie, gas og derefter vandkraft, kerneenergi og fornybare energikilder er blevet tilføjet.

Kilde: OurWorldInData

Dette kan komme som en overraskelse, når man betænker, hvor meget fremgang vores elproduktion synes at have gjort med fornybare energikilder. Dette skyldes flere årsager:

• Kina, lederen i fornybare energikilders nye kapacitet og overgang til elbiler, er også lederen i kul-kraftværkskonstruktion.
• Det meste af den primære energiforbrug bruges ikke til at generere elektricitet. I stedet kommer det meste af vores energiforbrug fra mobilitet, opvarmning og industrielle formål som stålproduktion og petrokemiske formål (produktion af gødningsstoffer, plast, lægemidler, kemikalier osv.).
• Befolkningsvækst og milliarder, der forlader ekstrem fattigdom, betød voksende energiforbrug, hvor den billigste tilgængelige mulighed ofte var kul. Såvel som mere kødforbrug, aircondition, biler, flyrejser osv.
• Globaliseringen af økonomien førte til langt mere transport af varer, herunder multiple frem- og tilbagebevægelser af råvarer, halvfabrikerede dele og færdige varer.
• Industrialisering af landbrug, der øger afkast og reducerer det nødvendige mandskab, men også øger forbrug af fossile brændstoffer og gødningsstoffer.

For enhver, der er bekymret for klimaforandringer og CO2-udledning, kan dette give en deprimerende udgangspunkt, med fossile brændstoffer fast forankret i vores globale energiblanding. Men dette er heller ikke det hele billede.

Den Igangværende Ændring

Fra kun en teori i 2016 er elbiler nu en eksponentielt voksende del af den globale salg, med mere end 10 millioner elbiler solgt i 2022, eller 14% af den globale salg, med Kina og Europa i spidsen.

Kilde: IEA

Andelen af fornybar energi (vandkraft + sol + vind + geotermisk) er også hurtigt voksende. Og selvom nogle lande har været højt på listen i lang tid på grund af massive vandkraftressourcer (som Norge, Brasilien eller Canada), er sol + vind, hvor ændringen virkelig sker.

Kilde: Our World In Data

Et kig på land-niveau viser det tydelige inflexionspunkt i 2010, hvor fornybare energikilder ofte mere end fordobledes, normalt fuldstændigt båret af væksten i sol- og vindproduktion. For eksempel Kina og Australien:

Kilde: OurWorldInData

Kilde: OurWorldInData

En massiv driver af denne ændring har været et stejl fald i omkostninger for fornybare energikilder. Drevet lige så meget af teknologisk innovation og opskalering af industriproduktion, har dette gjort fornybare energikilder mere og mere konkurrencedygtige. I hvert fald på papir, synes fornybare energikilder nu billigere end fossile brændstoffer (mere om det nedenfor), som vist af IRENA (International Renewable Energy Agency).

Kilde: IRENA

Udfordringerne

I de sidste par år er en underlig situation begyndt at opstå. De hurtigt faldende omkostninger til fornybare energikilder har overbevist ret mange mennesker om, at fossile brændstoffer vil være på vej ud af billedet meget snart.

Kilde: Twitter/X

Men i de sidste par år har nogle makroøkonomiske chok sat denne idé i tvivl. Krigen i Ukraine udløste massiv inflation og fik lande som Tyskland til at genoptage deres afhængighed af kul.

Og samme inflation har alvorligt skadet lønsomheden af planlagte fornybare projekter. Store offshore-vindprojekter aflyst, kollapsende aktiekurser for sol- og vindfirmaer, dette har været en smertefuld periode. Du kan læse mere om, hvad der skete i vores artikel “The 2023 Renewable Energy Crash“.

Selv elbilsalg er sat i tvivl, efter udskydelse eller aflysning af elbilsstrategi af store producenter, såsom GM, Ford eller Honda.

Fornybare Energikilders Intermittemce

Et nøgleproblem, der skal løses, er energilagring. Vind- og solenergiproduktion afhænger af vejret og kan være midlertidigt frakoblet fra efterspørgslen. Dette er et problem for et elnet, der kræver “just-in-time”-produktion og en øjeblikkelig perfekt balance mellem produktion og efterspørgsel.

Der er mange mulige alternativer, men teknologierne er enten lige begyndt, eller er ikke blevet udviklet i en masse-skala hurtigt nok. Dette fører til energioverskud om dagen og/eller sommeren, og mangel om natten og/eller vinteren.

Problemet er ikke uløseligt, men kræver velkoordinerede politikker og mere investering i elnet.

Og ærligt talt, også at indrømme, at de “rigtige” omkostninger til fornybare energikilder skal inkludere omkostningerne til energilagring. Fornybare energikilder måske ikke være fuldstændigt billigere end fossile brændstoffer, i hvert fald når de bliver en stor del af elproduktionen i landet.

Grænserne for Batterier

Bekymringen om elbilsadoption, der holder sig på sporet, skyldes lignende teknologiske begrænsninger. Mens de tidlige adoptere var tilfredse med højere omkostninger, lavere rækkevidde eller langsommere opladningstid end ICE (Internal Combustion Engine)-køretøjer, kan andre købere måske ikke være det. Mangel på lithium, der driver prisen på det hvide metal op, har også forårsaget nogle bekymringer.

Heldigvis er nye batteriteknologier på vej, fra kinesiske natrium-ionbatterier til faststofbatterier, der skal hjælpe med at reducere elbilspriser og annullere legitime bekymringer som rækkeviddeangst eller brandfare.

Hard-To-Switch Energy Demand

Og så er der nogle energiforbrug, der simpelthen er svære at skifte væk fra fossile brændstoffer. For eksempel langdistance-sejlads kræver stadig et meget tæt og flydende brændstof for at fungere. Luftfart kræver også en meget høj energitæthed energikilde, som batterier for nuværende ikke kan levere. De fleste plastproduktioner afhænger af olie, gødningsstoffer af gas, og stål af koks-kul.

Her er der også løsninger, men de er noget umodne teknologier og langt fra at være globalt udviklet.

Game Changer Teknologier

De Sandsynlige Game Changers

Flere løsninger er allerede til rådighed for at hjælpe med at genstarte væksten af fornybare energikilder og lav-kulstofteknologi.

Kernesektors Innovation

Stadig kontroversiel, er kerneenergi dog en lav-kulstofteknologi der måske er nødvendig for at brobygge til en fremtid drevet af fornybare energikilder.

Små kernereaktorer (SMR’er) er endnu en sektor, der har lidt under dårlige nyheder på grund af stigende omkostninger, forbundet med global inflation. Men i hvert fald er kerneenergiteknologi undergået en renæssance, med nye, sikrere designs, der ser på mindre reaktorer (SMR’er og micro-reaktorer) eller nye brændstoffer som thorium. Imens Kina bygger 24 nye store kernereaktorer og planlægger en samlet mængde på så mange som 150 reaktorer.

Bedre Fornybare Energikilder

Faldende omkostninger i forhold til fossile brændstoffer er sandsynligvis en varig trend. Dette er især sandt for solenergi, med innovationer som tynnfilm-solceller eller 3. generations solceller (amorf silicium, organiske polymere eller perovskitkristaller).

Utility-skala batteriprojekter vil også hjælpe, med mere end tre gange den nuværende kapacitet i 2025.

Kilde: EIA

Faststofbatterier

Alle, der arbejder med batteriteknologi, ved, at faststofbatterier, der ikke kræver de flydende elektrolytter i de nuværende lithiumbatterier, vil være en game-changer. Og mange firmaer taler om at lancere deres egen version af faststofbatterier så tidligt som 2026-2029. Dette inkluderer QuantumScape (QS), CATL (300750.SZ), Toyota (TM), Panasonic (6752.T), LG (051910.KS) og Samsung SDI (006400.KS). Mens Tesla (TSLA) arbejder på deres egen alternative til faststofbatterier.

Den Spekulative Game Changer

Nogle andre teknologier er mindre modne, men endnu mere lovende og vil sandsynligvis være, hvordan vi får vores energi i 2040-2050 og derefter.

Kernesurgenerators

Et stort bekymring med kernekraftværker er kerneaffald. Surgenerators (eller “avlsreaktorer”) kan forbruge disse kerneaffald og omdanne dem tilbage til energi og kernebrændstof. Dette kunne både gøre det tilgængelige kernebrændstof virtuelt uendeligt og reducere problemet med kerneaffald betydeligt. En bonus er, at denne teknologi ikke er helt ny, siden den blev brugt af Frankrig indtil 1997, så det er kun spekulativt på grund af de politiske vanskeligheder omkring kerneenergi.

Rum-baseret Solenergi

Produktion af solenergi fra kredsløb ville løse alle solenergiens problemer på én gang: ingen intermittemce, ingen skyer, ingen aftagende produktion om vinteren. Med rum-baseret internet, der pludselig er en realitet med Starlink, er dette ikke så utopisk, som det lyder.

Det er noget, vi har undersøgt nærmere i vores artikel “From Sci-Fi to Sky-High: Are Orbiting Solar Panels a Bright Idea?”

Geotermisk Energi

En hidtil stort set ignoreret kilde til fornybar energi, der kan levere baseload-kraft 24/7, er geotermisk energi. Dette ændrer sig nu, med firmaer som Vulkan Energy (VUL.AX), Ormat Technologies (ORA) og Eavor. Disse firmaer, lidt ironisk, genbruger fremskridtene i boring og fracking, som olieindustrien har gjort, til at udnytte jordens varmekilder. (Vi dækkede Ormat i denne artikel og Vulkan i denne).

Synthetiske Brændstoffer

Energi genereret fra fornybare energikilder (eller selv kerneenergi) kan bruges til at syntetisere gas eller flydende brændstoffer. Dette inkluderer brint, ammoniak, syngas eller synthetiske brændstoffer.

En anden mulighed for syntetiske brændstoffer kunne være at udnytte biologi og bruge mikroalger til at generere biobrændstof (se “Algal Biofuel: The Next Energy Revolution?”) eller bio-fermentorer til at producere biogas & biomethan fra affaldsorganisk stof.

Disse brændstoffer kan derefter bruges i fly, skibe og andre anvendelser, der kræver enten meget tætte brændstoffer eller meget høje forbrændingstemperaturer (som stålproduktion).

Fusionsenergi

Fusionsenergi sigter mod at skabe energi ved at fusionere lette grundstoffer som brint, og genskabe på jorden den proces, der driver solen selv. Med temperaturer, der varierer fra millioner til hundred millioner grader, er dette en enorm teknologisk udfordring.

Det ville også give ren energi, uden at producere carbon eller kerneaffald, med en uendelig forsyning af “brændstof”, da brint er det mest almindelige atom i universet.

Det største fusionsprojekt er det internationale forskningskonsortium ITER, med mange startups der også forfølger drømmen om kernefusion, herunder Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy og NEO Fusion (finansieret af den kinesiske elbilproducent Nio).

Fremtidens Energi-Blandinger

Selvom de sandsynligvis er lovende på lang sigt, vil vi primært se på mulige energiblandinger uden nogen af de “spekulative game changers” diskuteret ovenfor, da vi ser på horisonten 2040.

EIA (Energy Information Administration) har udgivet flere scenarier, afhængigt af økonomisk vækst og antagelse eller ikke-antagelse af lav-kulstofteknologi.

I de fleste tilfælde forventes energiforbrug at fortsætte med at vokse, med fossile brændstoffer, der stadig udgør det meste af verdens energi i 2050. Nu er dette en projection, hvis ingen love ændres, og investeringer i energi forbliver i linje med den nuværende trend.

Kilde: EIA

Business as usual

Dette er et deprimerende scenario for enhver, der er opmærksom på klimaforandringer. Det antager, at kul, gas og olie vil forblive den dominerende kraft i vores energisystem i de næste to årtier, og producere det meste af vores energi.

Dette er langt fra umuligt, som illustreret af Tysklands nylige tilbagevenden til kul, på trods af at landet tidligere blev set som en champion for fornybare energikilder og energiovergang.

Den Højteknologiske Vej

En anden mulighed er, at vores samfund vil omfavne teknologisk ændring, når det kommer til energi. Dette inkluderer fornybare energikilder, men også massivt kerneenergi, sandsynligvis både af den konventionelle og mindre type på én gang.

Dette er et scenario, hvor fossile brændstofkraftgenerering fra fossile brændstof enten er priset ud af bedre alternativer eller direkte forbudt af loven.

Det er også et scenario, hvor elbiler fortsætter med at blive adopteret hurtigt, sandsynligvis takket være nye batteriteknologier.

Mens kerneenergi producerer baseload-kraft og vinterkapaciteter, kan fornybare energikilder håndtere overskudsproduktion til flydende brændstoffer for at dekarbonisere fly, skibe og tung industri.

Den Lav-Forbrugs Vej

Når man tænker på den voksende energihunger i den underudviklede verden, herunder ikke kun Kina, men også Sydamerika, Afrika, Indien og Indonesien, synes dette ikke en meget sandsynlig scenario.

På en eller anden måde ville det indebære “at vælge” sand de-growth, og sandsynligvis en nedgang i levestandarder, med mindre rejse og international handel. Landbrug de-industrialiseres til en vis grad, industriaktivitet falder, og økonomierne bliver langt mere lokale.

Sådant et scenario burde sandsynligvis forestilles i parallel med massive internationale spændinger, krig eller en global depression, der forklarer den pludselige nedgang i økonomisk aktivitet, da en frivillig valg af lavere produktion synes usandsynlig i både demokratiske og autoritære lande.

Den Muddle-Through-Scenarie

Dette er et scenario, hvor alt sker på én gang. Fossile brændstoffer er på en svag nedgang, men ikke fuldstændigt faset ud. Kul er generelt på vej ud, men olie og gas ikke så meget. Nogle lande satser på kerneenergi, andre på fornybare energikilder, andre holder fast i business as usual.

Elektrificering og dekarbonisering sker, men i en langsommere takt end ønsket. CO2-udledning forbliver i dette scenario langt over det netto-nul-scenarie, som GIEC har forestillet sig for at holde den globale temperaturstigning nede.

Dette er ikke meget anderledes end EIA-scenarierne ovenfor. Senere kan CO2-affangning blive udviklet for at accelerere dekarbonisering og omvende nogle af de tidligere udledninger.

Breakthrough-Scenariet

En energiproduktions-gennembrud opnås, der giver mulighed for overflod af energi, og løsningen kan hurtigt udvikles over hele verden.

Det kunne være et drastisk fald i orbital solinfrastruktur gennem en ny rumkapløb mellem SpaceX og kinesiske firmaer.

Eller en massiv succes for ITER ved lanceringen i 2025-2026.

Eller revolutionerende nye designs i sol- og batteriteknologi.

Sådanne ændringer er af natur næsten umulige at forudsige eller kvantificere. Men de burde ikke fuldstændigt afvises heller.