Vår fremtidige energimiks

Å forutse framtidens energisystemer

Få spørsmål er like sammensatte og viktige som samfunnets framtidige energimiks. Noen mener at avhengigheten av fossile brensler er umulig å bryte, mens andre forventer at fornybare kilder raskt tar over. Virkeligheten er mer komplisert, og framtiden er vanskelig å forutse.

Denne artikkelen fra 2023 undersøker situasjonen den gangen, mulige framtidsscenarioer og økonomiske eller tekniske endringer som kan gjøre ett scenario mer sannsynlig enn et annet.

Hvor vi er

Et historisk mønster i økende energibruk er at nye energikilder ofte legges til i miksen, framfor å erstatte tidligere kilder fullstendig.

Verden bruker fortsatt store mengder biomasse, særlig ved, og mer energi enn på 1800-tallet. Også den absolutte kullbruken har vokst på lang sikt. Olje, gass, vannkraft, kjernekraft og andre fornybare kilder har i stor grad kommet i tillegg. Det utelukker ikke at kilder erstatter hverandre i bestemte land eller perioder.

Kilde: OurWorldInData

Det kan virke overraskende med tanke på framgangen for fornybar strømproduksjon. Flere forhold bidrar:

• Kina ledet utbyggingen av fornybar kapasitet og overgangen til elbiler, men også byggingen av nye kullkraftverk.
• Elektrisitet er bare én del av energibruken. Transport, oppvarming og industri bruker også brensler direkte, blant annet til stål og petrokjemiske produkter som gjødsel, plast, medisiner og andre kjemikalier. Primærenergi og strøm hos sluttbrukeren er ulike størrelser.
• Befolkningsvekst og at milliarder av mennesker har kommet ut av ekstrem fattigdom, har økt energibehovet. Kull har ofte vært et billig tilgjengelig alternativ. Mer kjøttforbruk, klimaanlegg, bilkjøring og flyreiser bidrar også.
• En globalisert økonomi krever flere varetransporter, inkludert gjentatte forflytninger av råvarer, halvfabrikata og ferdige produkter.
• Industrialisert landbruk øker avlingene og reduserer arbeidskraftbehovet, men øker samtidig bruken av fossile brensler og gjødsel.

For den som er opptatt av klimaendringer og karbonutslipp, kan dette virke dystert: Fossile brensler har fortsatt en sterk posisjon i den globale energimiksen. Men det er ikke hele bildet.

Den pågående endringen

Elbiler fantes kommersielt allerede i 2016. Salget vokste deretter kraftig: Ifølge IEA ble over ti millioner elbiler solgt i 2022, omtrent 14 prosent av verdens nybilsalg. Dette omfatter batterielektriske biler og ladbare hybrider. Kina og Europa ledet utviklingen.

Kilde: IEA

Andelen fornybar energi fra vann, sol, vind og jordvarme vokser også. Land som Norge, Brasil og Canada har lenge hatt høye andeler takket være store vannkraftressurser. Sol og vind driver mye av den nyere endringen.

Kilde: Our World In Data

Landseriene viser tydelig vekst fra omkring 2010 og videre i de følgende årene. I Kina og Australia bidro særlig sol- og vindkraft. Det betyr ikke en dobling bare innenfor året 2010.

Kilde: OurWorldInData

Kilde: OurWorldInData

Tekniske framskritt og større industriell produksjon har redusert kostnadene og gjort fornybar energi mer konkurransedyktig. Mange nye fornybare strømprosjekter var billigere enn fossile alternativer, slik IRENAs kostnadstall viste (International Renewable Energy Agency) i materiale omtalt i 2023. Dette gjelder produksjonskostnader, ikke automatisk alle kostnader i et helt kraftsystem.

Kilde: IRENA

Utfordringene

I årene før artikkelen hadde raskt fallende kostnader fått mange til å tro at fossile brensler snart ville forsvinne som den utdødde dronten.

Kilde: Twitter/X

Energikrisen knyttet til krigen i Ukraina økte presset på priser og forsyning. Tyskland brukte midlertidig ekstra kullkraftkapasitet for å redusere avhengigheten av russisk gass. Det var ikke en fullstendig reversering av energiomstillingen.

Inflasjon, finansieringskostnader og problemer i leverandørkjedene svekket lønnsomheten i planlagte fornybarprosjekter i 2023. Store havvindprosjekter ble avlyst, og aksjer i sol- og vindselskaper falt. Les mer i artikkelen «Nedturen for fornybar energi i 2023».

Tidsplanene for elbilomstillingen kom også under press som følge av utsatte eller endrede prosjekter og samarbeid hos produsenter som GM, Ford og Honda. Dette innebar ikke at samtlige elbilstrategier eller den globale salgsveksten hadde opphørt.

Vind- og solkraftens varierende produksjon

Vind- og solproduksjon avhenger av været og faller ikke alltid sammen med etterspørselen. Kraftnettet må hele tiden balansere produksjon og forbruk. Lagring er ett tiltak, sammen med nettforbindelser, fleksibelt forbruk og regulerbar produksjon.

Noen lagringsmetoder, som pumpekraft, er veletablerte. Andre løsninger for langtidslagring var ennå begrenset utbygd. Uten tilstrekkelig fleksibilitet kan det oppstå både overskudd og underskudd, avhengig av klima, energimiks og kraftnett.

Problemet kan håndteres, men krever samordnet politikk og større investeringer i kraftnettet.

Sammenligning av energisystemer bør også omfatte lagring, nettutbygging og andre integrasjonskostnader. Disse blir særlig viktige ved store andeler varierende sol- og vindkraft. Om systemet er billigere enn et fossilt alternativ, avhenger av lokale forhold og ikke bare produksjonskostnaden.

Begrensningene til batterier

Videre elbilutbredelse påvirkes av kjøpspris, rekkevidde og ladetid. Tidlige kjøpere kan ha godtatt kompromisser som andre ikke ønsker. Tilgangen på litium og prispresset den gangen skapte også bekymring.

Natriumionbatterier og batterier med fast elektrolytt er eksempler på teknologi under utvikling. Avhengig av konstruksjonen kan de forbedre pris, rekkevidde, lading eller sikkerhet. De fjerner ikke automatisk alle bekymringer om rekkevidde og brannfare.

Energibruk som er vanskelig å frigjøre fra fossile brensler

Noen bruksområder er vanskelige å omstille. For eksempel trenger langdistanseskipsfart praktiske brensler med tilstrekkelig energitetthet. Luftfart stiller også høye krav til energitetthet, særlig på lange ruter der datidens batterier ble for tunge. Mange plastprodukter bruker olje som råstoff, nitrogengjødsel ofte naturgass og tradisjonell masovnsbasert stålproduksjon kokskull.

Alternativer finnes også her, men mange var fortsatt under utvikling og langt fra global utbredelse.

Teknologi som kan endre energisystemet

Mer sannsynlige tekniske endringer

Flere tilgjengelige løsninger kan støtte veksten innen fornybar energi og annen teknologi med lave karbonutslipp.

Kjernefysisk innovasjon

Kjernekraft er omdiskutert, men har lave karbonutslipp og kan støtte overgangen mot en mer fornybar energiforsyning.

Små modulære reaktorer, SMR, møtte i 2023 også motgang som følge av økte prosjektkostnader. Samtidig ble nye konstruksjoner utviklet, blant annet SMR og mikroreaktorer, samt brenselsykluser med eksempelvis thorium. I 2023 hadde Kina 24 reaktorer under bygging, og det ble rapportert langsiktige planer om opptil 150 reaktorer.

Bedre fornybar energi

Solkraft kan få nytte av nye materialer og produksjonsmetoder, som tynnfilmceller med blant annet amorft silisium og framvoksende celletyper med organiske materialer eller perovskitter. Amorft silisium er ikke samme materialkategori som de sistnevnte.

Store batterilagre kan støtte nettet. EIA-prognosen fra desember 2022 gjaldt USA: fra omtrent 9,2 GW forventet effekt ved utgangen av 2022 til 30 GW ved utgangen av 2025, mer enn en tredobling. Dette var en framskrivning basert på prosjektplaner, ikke påvist global vekst.

Kilde: EIA

Batterier med fast elektrolytt

Batterier med fast elektrolytt kan gi viktige forbedringer. I 2023 ble et bredt tidsrom fra 2026 til 2029 omtalt for ulike utviklere, ikke en felles garantert lansering. Artikkelen nevner QuantumScape (QS ) (QS), CATL (300750.SZ), Toyota (TM), Panasonic (6752.T), LG (051910.KS) og Samsung SDI (006400.KS). Toyota siktet da eksempelvis mot 2027–2028. Tesla (TSLA ) (TSLA) ble i den lenkede publikasjonen omtalt for en annen vei til bedre batterier; lenken bekrefter ikke i seg selv et kommersielt produkt med fast elektrolytt.

Mer usikre tekniske gjennombrudd

Andre teknologier var mindre modne, men kunne få stor betydning på lang sikt. Bidraget deres til energimiksen i 2040–2050 er usikkert.

Formeringsreaktorer og gjenvinning av kjernebrensel

Formeringsreaktorer kan produsere nytt spaltbart brensel fra fertilt materiale. Den lenkede forklaringen av formeringsreaktorer beskriver prinsippet. Visse hurtigreaktorer kan med reprosessering også utnytte aktinider fra brukt brensel. Det kan forbedre ressursbruken og redusere noen avfallsstrømmer, men fjerner ikke alt avfall eller gjør brenslet ubegrenset. Frankrike hadde erfaring gjennom Superphénix, som ble stengt i 1997. I tillegg til politikk er teknologi, kostnader, reprosessering og avfallshåndtering viktige utfordringer.

Rombasert solenergi

Solkraft fra bane rundt jorden kan redusere påvirkningen fra skyer og enkelte døgn- og sesongvariasjoner. Det løser ikke automatisk alle problemer: bane, formørkelser, bygging, kostnader og sikker energioverføring til jorden må håndteres. Starlink viser at store satellittnettverk kan bygges, men beviser ikke at energioverføring fra rommet er økonomisk gjennomførbar.

Dette undersøker vi videre i artikkelen «Fra science fiction til bane rundt jorden: er solpaneler i rommet en god idé?».

Geotermisk energi

Geotermisk energi kan på egnede steder levere kontinuerlig varme og strøm. Eksempler på selskaper er Vulcan Energy (VUL.AX), Ormat Technologies (ORA ) (ORA) og Eavor. Bransjen bruker borekunnskap som også er utviklet i olje- og gassindustrien, men alle benytter ikke fracking. Eavor arbeider for eksempel med lukkede sløyfer. (Vi omtaler Ormat i denne artikkelen og Vulcan i den andre.)

Syntetiske drivstoff

Strøm fra fornybare kilder eller kjernekraft kan brukes til å produsere gassformige eller flytende energibærere, som hydrogen, ammoniakk, syntesegass eller syntetiske drivstoff.

Biologiske alternativer omfatter mikroalger til biodrivstoff, som omtalt i «Algedrivstoff: den neste energirevolusjonen?», samt biologiske prosesser som produserer biogass og biometan fra organisk avfall.

Slike brensler kan brukes i fly, skip og prosesser som trenger høy energitetthet eller høye temperaturer, for eksempel stålproduksjon.

Fusjon

Fusjon frigjør energi når lette atomkjerner smelter sammen. Solen får også energien sin fra fusjon, selv om reaksjonene og forholdene i jordiske forsøk er annerledes. Å håndtere temperaturer på millioner eller hundrevis av millioner grader er en stor teknisk utfordring.

Fusjonsreaksjonen gir ikke CO₂ fra forbrenning. Radioaktivt avfall kan likevel oppstå når nøytroner aktiverer konstruksjonsmaterialer, og tritium er radioaktivt. Deuterium-tritiumfusjon trenger bestemte hydrogenisotoper; produksjon av tritium fra litium er en viktig utfordring. Vanlig hydrogen er dermed ikke et ubegrenset, direkte anvendelig brensel.

Et viktig forskningsprosjekt er ITER. Også mange unge selskaper utvikler fusjonsteknologi, blant annet Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TAE Technologies, ZAP Energy og NEO Fusion (med finansiering blant annet fra den kinesiske elbilprodusenten Nio). ITER er et forskningsanlegg, ikke et kommersielt kraftverk.

Fremtidige energimikser

Til tross for de langsiktige mulighetene ser de følgende scenarioene fram mot omtrent 2040 hovedsakelig på energimikser uten de mer usikre gjennombruddene omtalt ovenfor.

Amerikanske Energy Information Administration, EIA, publiserte i International Energy Outlook 2023 et referanseforløp og seks alternativer med ulike antakelser om økonomisk vekst, brenselspriser og teknologikostnader. Fortellingene nedenfor er artikkelens egen inndeling, ikke EIAs offisielle scenarionavn.

I mange EIA-forløp vokser energibruken videre, og fossile brensler har en stor andel i 2050. Resultatene avhenger av antakelser og datidens politikk. De er betingede framskrivninger, ikke sikre spådommer.

Kilde: EIA

Videreføring av eksisterende kurs

Dette er et dystert alternativ for den som følger klimaendringene. Det forutsetter at kull, gass og olje dominerer energisystemet de neste to tiårene og leverer mesteparten av energien.

Tysklands midlertidige ekstra kullkraft under energikrisen viste spenningen mellom forsyningssikkerhet og klimamål. Det innebar ikke en fullstendig tilbakevending til et rent fossilt energisystem.

Den høyteknologiske veien

Et annet alternativ er at samfunnet satser på teknologisk omstilling: både fornybar energi og en omfattende utbygging av kjernekraft, med konvensjonelle og mindre reaktorer.

I dette scenarioet utkonkurreres fossil kraftproduksjon av bedre alternativer eller begrenses og forbys gjennom lovgivning.

Elbiler fortsetter også å bli raskt utbredt i scenarioet, muligens med støtte fra bedre batteriteknologi.

Kjernekraft gir her regulerbar produksjon med lave karbonutslipp, også om vinteren. Overskudd av fornybar strøm kan brukes til brensler som reduserer utslipp fra fly, skipsfart og tungindustri. Det krever egnede prosesser og tilstrekkelig billig strøm.

Veien mot lavere forbruk

Med det voksende energibehovet i Kina, Sør-Amerika, Afrika, India og Indonesia vurderer artikkelen dette alternativet som mindre sannsynlig.

Det ville innebære et bevisst valg om lavere produksjon og etter artikkelens vurdering trolig lavere gjennomsnittlig levestandard. Reiser og internasjonal handel blir mindre omfattende, landbruket delvis mindre industrialisert og økonomiene mer lokale.

Artikkelen knytter et slikt brått fall i økonomisk aktivitet til mulig internasjonal spenning, krig eller global depresjon. Forfatteren mener frivillig produksjonsnedgang er politisk lite sannsynlig i både demokratiske og autoritære land.

Scenarioet med gradvis tilpasning

Her skjer flere utviklinger samtidig. Fossile brensler avtar noe, men forsvinner ikke. Kull fases ut mer enn olje og gass. Noen land satser på kjernekraft, andre på fornybart, mens andre fortsetter på tidligere kurs.

Elektrifisering og utslippsreduksjoner går saktere enn ønsket. CO₂-utslippene ligger tydelig over nettonullbanene som IPCC undersøker for å begrense oppvarmingen.

Dette ligner på enkelte av EIA-forløpene ovenfor. Senere kan karbonfangst redusere nye utslipp, mens fjerning fra atmosfæren kan bidra til å håndtere tidligere utslipp av CO₂.

Gjennombruddsscenarioet

I dette scenarioet oppstår et gjennombrudd som gir rikelig energi og raskt kan innføres verden over.

Et eksempel er kraftig lavere kostnader for solenergiinfrastruktur i bane rundt jorden gjennom konkurranse mellom SpaceX (SPCX ) og kinesiske selskaper. Det er kostnadene, ikke mengden infrastruktur, som reduseres.

Et annet eksempel er et stort vitenskapelig gjennombrudd ved ITER. Starten rundt 2025–2026 som ble nevnt i 2023, var del av en eldre prosjektplan og betydde ikke kommersiell strømproduksjon. Planen ble senere endret, så den gamle datoen er ikke et gjeldende startmål.

Eller gjennombruddet kan komme fra nye konstruksjoner for solceller og batterier.

Slike endringer er nesten umulige å forutse eller tallfeste. De bør likevel ikke utelukkes helt.