Vår fremtidige energimiks

Forutsi energisystemer

Svært få emner er så komplekse og like viktige som den fremtidige energimiksen til vår sivilisasjon. Avhengig av hvem du spør, er avhengighet av fossilt brensel umulig å riste av seg, eller fornybar energi kommer til å ta over i et forrykende tempo. Virkeligheten er selvfølgelig kompleks, og det er veldig vanskelig å forutsi fremtiden for energi.

I denne artikkelen vil vi se på vår nåværende situasjon, se de få mulige scenariene, og enda viktigere, hvilke økonomiske eller teknologiske endringer som vil gjøre det ene scenarioet mer sannsynlig enn det andre.

Hvor er vi

Hvis det så langt er et mønster for vårt økende energibruk, er det at nye energikilder har en tendens til å bli lagt til energimiksen vår, i stedet for å erstatte den forrige.

For eksempel bruker vi fortsatt like mye, om ikke mer, biomasse (for det meste tre) enn på 1800-tallet, før den industrielle revolusjonen. Tilsvarende har kullforbruket stort sett bare økt over tid, som ble lagt til olje, gass og deretter vannkraft, kjernekraft og fornybar energi.

kilde: OurWorldInData

Dette kan komme som en overraskelse, tatt i betraktning hvor store fremskritt det ser ut til å ha gjort i vår fornybare elektrisitetsproduksjon. Dette skyldes flere årsaker:

• Kina, som er ledende innen fornybar energis ny kapasitet og overgang til elbiler, er også ledende innen bygging av kullkraftverk.
• Det meste av primærenergiforbruket brukes ikke til å generere elektrisitet. I stedet kommer det meste av energiforbruket vårt fra mobilitet, oppvarming og industriell bruk som stålproduksjon og petrokjemikalier (produksjon av gjødsel, plast, farmasøytiske produkter, kjemikalier, etc.).
• Befolkningsvekst og milliarder som forlot ekstrem fattigdom betydde økende energiforbruk, med det billigste tilgjengelige alternativet ofte kull. Samt mer kjøttforbruk, klimaanlegg, biler, flyreiser m.m.
• Globalisering av økonomien, som fører til mye mer transport av varer, inkludert flere frem og tilbake bevegelser av råvarer, semi-transformerte deler og sluttvarer.
• Industrialisering av jordbruket, øke avlingene og redusere nødvendig arbeidskraft, men også øke forbruket av fossilt brensel og gjødsel.

For alle som er bekymret for klimaendringer og karbonutslipp, kan dette gi et deprimerende syn, med fossilt brensel som er solid forankret i vår globale energimiks. Men dette er ikke virkelig hele bildet heller.

Den pågående endringen

Fra en knapt god teori i 2016, er elbiler (EV-er) nå en eksponentielt voksende del av det globale salget, med mer enn 10 millioner solgte elbiler i 2022, eller 14 % av det globale salget, med Kina og Europa i spissen.

kilde: IEA

Andelen fornybar energi (hydro + sol + vind + geotermisk energi) vokser også raskt. Og mens noen land har vært høyt på denne listen i lang tid, på grunn av massive vannkraftressurser (som Norge. Brasil eller Canada), er sol + vind virkelig der endringen skjer.

kilde: Vår verden i data

En titt på landbasis viser det klare vendepunktet i 2010 da fornybar energi ofte mer enn doblet seg, vanligvis helt båret av veksten i sol- og vindproduksjon. For eksempel Kina og Australia:

kilde: OurWorldInData

kilde: OurWorldInData

En massiv pådriver for denne endringen har vært en kraftig nedgang i kostnadene for fornybar energi. Drevet like mye av teknologisk innovasjon og oppskalering av industriell produksjon, har dette gjort fornybar energi stadig mer konkurransedyktig. I det minste på papiret virker fornybar energi nå billigere enn fossilt brensel (mer om det nedenfor), som vist av IRENA (International Renewable Energy Agency).

Kilde: IRENA

Utfordringene

I løpet av de siste årene begynte en merkelig situasjon å dukke opp. De raskt synkende kostnadene for fornybar energi har overbevist mange mennesker om at fossilt brensel vil gå veien for dodo-fuglene når som helst snart.

kilde: Twitter/X

Men de siste årene har noen få makroøkonomiske sjokk satt denne ideen i tvil. Krigen i Ukraina utløste massiv inflasjon, og presset land som Tyskland til å gjenoppta sin avhengighet av kull.

Og den samme inflasjonen har alvorlig skadet lønnsomheten til planlagte fornybare prosjekter. Massive offshore vindprosjekter kansellert, krasjet aksjekurs i sol- og vindselskaper, dette har vært en smertefull periode. Du kan lese mer om hva som skjer i vår artikkel "Krasjet for fornybar energi i 2023".

Selv EV-salg settes i tvil, etterpå utsettelse eller kansellering av EV-strategi av store produsenter, som GM, Ford eller Honda.

Intermittens for fornybare energikilder

Et sentralt problem som må løses er energilagring. Vind- og solenergiproduksjon er avhengig av været og kan midlertidig kobles fra etterspørselen. Dette er et problem for et elektrisk nett som krever "just-in-time" produksjon og en øyeblikkelig perfekt balanse mellom produksjon og etterspørsel.

Det er mange mulige alternativer, men teknologiene er enten bare i gang, eller har ikke blitt implementert i massiv skala snart nok. Dette fører til energioverskudd om dagen og/eller sommeren, og mangel på natt og/eller vinter.

Problemet er ikke uløselig, men krever godt koordinert politikk, og mer investeringer i kraftnett.

Og ærlig, også innrømme at de "virkelige" kostnadene ved fornybar energi bør inkludere kostnadene for energilagring. Fornybar energi er kanskje ikke helt billigere enn fossilt brensel, i det minste når de blir en stor del av den elektriske produksjonen i landet.

Limiter av batterier

Bekymringen for at EV-adopsjon holder seg på rett spor skyldes lignende teknologiske begrensninger. Mens de tidlige brukerne hadde det bra med flere forhåndskostnader, lavere rekkevidde eller langsommere ladetid enn ICE-kjøretøyer (Internal Combustion Engine), er det kanskje ikke andre kjøpere. Mangelen på litium som øker prisen på det hvite metallet vakte også noen bekymringer.

Heldigvis kommer nye batteriteknologier snart, fra kinesiske natrium-ion-batterier til solid-state-batterier som skal bidra til å redusere elbilpriser og avbryte legitime bekymringer som rekkeviddeangst eller brannfare.

Vanskelig å bytte energibehov

Og så er noe energiforbruk rett og slett vanskelig å bytte bort fra fossilt brensel. For eksempel, langdistanse frakt krever fortsatt et veldig tett og flytende drivstoff for å fungere. Å fly krever også en energikilde med svært høy energitetthet, at batterier foreløpig ikke er i stand til å levere. Mest plastproduksjon er avhengig av olje, gjødsel på gass og stål på kokskull.

Også her finnes løsninger, men er noe umodne teknologier og langt fra å være globalt utplassert.

Game Changer-teknologier

De sannsynlige Game Changers

En hel del løsninger er allerede tilgjengelig for å hjelpe til med å starte veksten av fornybar energi og lavkarbonteknologi på nytt.

Nukleær innovasjon

Fortsatt kontroversielt, kjernekraft er likevel en lavkarbonteknologi som kan være nødvendig for å bygge bro mot en fornybar-drevet fremtid.

Små atomreaktorer (SMR) er en annen sektor som nylig har lidd under dårlige nyheter på grunn av økende kostnader, knyttet til global inflasjon. Men uansett, kjernefysisk teknologi gjennomgår en renessanse, med nye sikrere design som ser på mindre reaktorer (SMR-er og mikroreaktorer), eller til og med nytt drivstoff som thorium. I mellomtiden, Kina bygger 24 nye store atomreaktorer, og planlegging for totalt like mange som 150 reaktorer.

Bedre fornybar energi

Fallende kostnader sammenlignet med fossilt brensel vil trolig forbli en varig trend. Dette gjelder spesielt for solenergi, med innovasjoner som tynnfilmsolceller eller 3. generasjons solceller (amorft silisium, organiske polymerer eller perovskittkrystaller).

Batteriprosjekter i nytteskala vil også hjelpe, med mer enn tredoblet dagens kapasitet innen 2025.

kilde: EIA

Solid-state batterier

Alle som jobber med batteriteknologi vet at solid-sate-batterier, som ikke krever de flytende elektrolyttene til det nåværende litiumbatteriet, vil være en game changer. Og mange selskaper snakker om å lansere sin egen versjon av solid-state-batterier så snart som 2026-2029. Dette inkluderer QuantumScape (QS), CATL (300750.SZ), ToyotaTM), Panasonic (6752.T), LG (051910.KS), og Samsung SDI (006400.KS). Mens Tesla (TSLA) jobber med sitt eget alternativ til solid-state batterier.

Den spekulative Game Changer

Noen andre teknologier er mindre modne, men enda mer lovende og vil sannsynligvis være hvordan vi får energien vår i 2040-2050 og fremover.

Kjernefysiske surgeneratorer

En stor bekymring med kjernekraftverk er kjernefysisk avfall. Surgeneratorer (eller "oppdrettere") kan konsumere dette kjernefysiske avfallet og gjøre det tilbake til kraft og kjernebrensel. Dette kan både gjøre tilgjengelig atombrensel praktisk talt ubegrenset, og redusere problemet med atomavfall i stor grad. En bonus er at denne teknologien egentlig ikke er ny, slik den ble brukt av Frankrike frem til 1997, så det er kun spekulativt på grunn av de politiske vanskelighetene rundt atomkraft.

Rombasert solenergi

Å produsere solenergi fra banen ville løse alle solenergiens problemer med en gang: ingen intermittensitet, ingen skyer, ingen synkende produksjon om vinteren. Med rombasert internett plutselig en realitet med Star, dette er ikke så merkelig som det høres ut.

Det er noe vi undersøkte videre i vår artikkel "Fra Sci-Fi til skyhøyt: Er solcellepaneler i bane en lys idé?"

Geotermisk

En hittil stort sett forsømt kilde til fornybar energi, og i stand til å gi grunnlastkraft 24/7, er geotermisk energi. Dette endrer seg endelig, med selskaper som Vulkan Energy (VUL.AX), Ormat Technologies (ORA), Og Smak. Disse selskapene, noe ironisk nok, gjenbruker fremskrittene innen boring og fracking gjort av oljeindustrien for å utnytte jordens varmekilder. (Vi dekket Ormat i denne artikkelen og Vulkan i denne).

Syntetisk drivstoff

Kraft generert fra fornybar energi (eller til og med kjernekraft) kan brukes til å syntetisere gass eller flytende brensel. Dette inkluderer hydrogen, ammoniakk, syngass, or syntetisk brensel.

Et annet alternativ for syntetisk drivstoff kan være å utnytte biologi, og bruke mikroalger til å generere biodrivstoff (se "Alger biodrivstoff: Den neste energirevolusjonen?”) eller biogjærere å produsere biogass og biometan fra organisk avfall.

Disse drivstoffene kan deretter brukes i fly, skip og andre applikasjoner som krever enten svært tett drivstoff eller svært høye forbrenningstemperaturer (som stålfremstilling).

Fusion

Fusjonsenergi har som mål å skape energi ved å smelte sammen lette elementer som hydrogen, og gjenskape prosessen på jorden som driver selve solen. Med temperaturer som varierer fra millioner til hundrevis av millioner grader, er dette en enorm teknologisk utfordring.

Det vil også gi ren energi, som verken produserer karbon eller kjernefysisk avfall, med en ubegrenset tilførsel av "drivstoff", ettersom hydrogen er det mest tallrike atomet i universet.

Det største fusjonsprosjektet er internasjonalt forskningskonsortium ITERmed mange startups også forfølge drømmen om atomfusjon, inkludert Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA-teknologier, ZAP energi, og NEO Fusion (finansiert av den kinesiske elbilprodusenten Nio).

Fremtidens energimiks(er)

Selv om det sannsynligvis er lovende i det lange løp, vil vi stort sett undersøke mulige energimikser uten noen av de "spekulative spillskifterne" som er diskutert ovenfor, når vi ser på horisonten til 2040.

EIA (Energy Information Administration) har gitt ut flere scenarier, avhengig av økonomisk vekst og bruk eller ikke av lavkarbonteknologi.

I de fleste tilfeller forventes energiforbruket å fortsette å øke, og fossilt brensel vil fortsatt utgjøre mesteparten av verdens energi innen 2050. Dette er en prognose hvis ingen lover endres, og investeringene i energi holder seg i tråd med den nåværende trenden.

kilde: EIA

Virksomhet som vanlig

Dette er et deprimerende scenario for alle som tar hensyn til klimaendringer. Den antar at kull, gass og olje vil forbli den dominerende kraften i energisystemet vårt i de neste 2 tiårene, og produsere hoveddelen av energien vår.

Dette er langt fra umulig, som illustrert av Tysklands nylige tilbakevending til kull, til tross for at landet tidligere ble sett på som en forkjemper for fornybar energi og energiomstillingen.

High Tech Road

Et annet alternativ er at våre samfunn omfavner teknologiske endringer når det kommer til energi. Dette inkluderer fornybar energi, men også massivt kjernekraft, sannsynligvis både av den konvensjonelle og mindre typen på en gang.

Dette er et scenario der kraftproduksjon fra fossilt brensel fra fossilt brensel enten prises ut av bedre alternativer eller direkte forbudt ved lov.

Det er også et scenario der elbiler fortsetter å bli tatt i bruk raskt, sannsynligvis takket være nye batteriteknologier.

Mens kjernekraft produserer baselastkraft og vinterkapasitet, kan fornybar energi håndtere overskuddsproduksjon for flytende brensel for å dekarbonisere flyging, skipsfart og tungindustri.

Lavforbruksveien

Med tanke på sulten etter energi i utviklingsland, inkludert ikke bare Kina, men Sør-Amerika, Afrika, India og Indonesia, virker ikke dette som et veldig sannsynlig scenario.

På en eller annen måte ville det innebære å "velge" ekte de-vekst, og sannsynligvis i gjennomsnitt en nedgang i livsstandarder, med spesielt mindre reiser og internasjonal handel. Landbruket avindustrialiseres til en viss grad, industriaktiviteten avtar, og den samlede økonomien blir mye mer lokal.

Et slikt scenario bør mest sannsynlig ses for seg parallelt med massive internasjonale spenninger, krig eller en global depresjon, som forklarer den plutselige nedgangen i økonomiske aktiviteter, ettersom et frivillig valg av lavere produksjon virker usannsynlig i både demokratiske og autokratiske land.

The rote-through scenariet

Dette er et scenario hvor alt skjer på en gang. Fossilt brensel er på svak nedgang, men er ikke helt faset ut. Kull er generelt i ferd med å fases ut, men olje og gass ikke så mye. Noen land satser på kjernekraft, andre på fornybar energi, andre holder business as usual.

Elektrifisering og avkarbonisering skjer, men i et lavere tempo enn ønsket. Karbonutslipp forblir i det scenariet mye over netto null-scenarioet som GIEC ser for seg for å forhindre at globale temperaturer stiger for mye.

Dette er ikke veldig forskjellig fra EIA-scenarioene nevnt ovenfor. Senere kan karbonfangst bli brukt for å akselerere dekarboniseringen og reversere noen av de tidligere utslippene.

Gjennombruddsscenarioet

Et energigenereringsgjennombrudd er gjort, noe som gir rikelig med energi, og løsningen kan raskt distribueres over hele kloden.

Det kan være en drastisk nedgang i orbital solinfrastruktur gjennom et nytt romkappløp mellom SpaceX og kinesiske firmaer.

Eller en massiv suksess for ITER ved lansering i 2025-2026.

Eller revolusjonerende nye design innen solenergi og batteriteknologi.

Slike endringer er av natur nesten umulige å forutsi eller kvantifisere. Men de skal heller ikke helt avskjediges.