Vår Framtid Energimix

Att förutsäga Energisystem

Väldigt få ämnen är lika komplexa och viktiga som den framtida energimixen för vår civilisation. Beroende på vem du frågar, är beroendet av fossila bränslen omöjligt att skaka av, eller förnybara energikällor kommer att ta över i en rasande takt. Verkligheten är naturligtvis komplex, och det är mycket svårt att förutsäga energins framtid.

I den här artikeln kommer vi att undersöka vår nuvarande situation, se de få möjliga scenarierna och viktigare, vilka ekonomiska eller teknologiska förändringar som kommer att göra ett scenario mer sannolikt att hända än det andra.

Där Vi Är

Om det finns ett mönster för vår växande energianvändning, är det att nya energikällor tenderar att läggas till vår energimix, snarare än att ersätta den tidigare.

Till exempel använder vi fortfarande lika mycket, om inte mer, biomassa (främst trä) som på 1800-talet, före den industriella revolutionen. På samma sätt har kolkonsumtionen mestadels bara ökat över tiden, och olja, gas och sedan vattenkraft, kärnkraft och förnybara energikällor har lagts till.

Källa: OurWorldInData

Detta kan komma som en överraskning, med tanke på hur mycket framsteg vi har gjort i vår elproduktion med förnybara energikällor. Detta beror på flera orsaker:

• Kina, ledaren inom förnybara energikällors ny kapacitet och övergång till elbilar, är också ledaren inom kolbaserad kraftproduktion.
• Större delen av den primära energiförbrukningen används inte för att generera el. Istället kommer vår energiförbrukning främst från mobilitet, uppvärmning och industriell användning som stålproduktion och petrokemiska produkter (produktion av gödsel, plaster, läkemedel, kemikalier etc.).
• Befolkningstillväxt och miljarder som lämnar extrem fattigdom har lett till ökad energiförbrukning, med den billigaste tillgängliga optionen ofta kol. Likaså mer köttkonsumtion, luftkonditionering, bilar, flygresor etc.
• Globaliseringen av ekonomin har lett till en mycket större transport av varor, inklusive flera tur- och retur-rörelser av råmaterial, halvfabrikat och färdiga varor.
• Jordbruksindustrialiseringen har ökat avkastningen och minskat den arbetskraft som krävs, men också ökat förbrukningen av fossila bränslen och gödselmedel.

För alla som är oroliga för klimatförändringar och koldioxidutsläpp kan detta ge en deprimerande bild, med fossila bränslen djupt rotade i vår globala energimix. Men detta är inte heller den verkliga bilden.

Den Pågående Förändringen

Från att ha varit en teori 2016 är elbilar nu en exponentiellt växande del av den globala försäljningen, med mer än 10 miljoner elbilar sålda 2022, eller 14 % av den globala försäljningen, med Kina och Europa i spetsen.

Källa: IEA

Andelen förnybara energikällor (vattenkraft + sol + vind + geotermisk) ökar också snabbt. Och medan vissa länder har varit högt på den här listan under en lång tid, på grund av stora vattenkraftresurser (som Norge, Brasilien eller Kanada), är det sol och vind som verkligen är där förändringen sker.

Källa: Our World In Data

En titt på länder visar den tydliga vändpunkten 2010, då förnybara energikällor ofta mer än fördubblades, vanligtvis helt bärat av tillväxten i sol- och vindproduktion. Till exempel Kina och Australien:

Källa: OurWorldInData

Källa: OurWorldInData

En massiv drivkraft för denna förändring har varit den branta nedgången i kostnader för förnybara energikällor. Driven lika mycket av teknologisk innovation och skalfördelar i industriell produktion, har detta gjort förnybara energikällor alltmer konkurrenskraftiga. Åtminstone på papperet verkar förnybara energikällor nu billigare än fossila bränslen (mer om det nedan), som visas av IRENA (International Renewable Energy Agency).

Källa: IRENA

Utmaningarna

Under de senaste åren har en konstig situation börjat dyka upp. Den snabbt sjunkande kostnaden för förnybara energikällor har övertygat ganska många människor om att fossila bränslen snart kommer att försvinna.

Källa: Twitter/X

Men under de senaste åren har några makroekonomiska chocker satt denna idé i fråga. Kriget i Ukraina utlöste massiv inflation och tvingade länder som Tyskland att återstarta sin tillförlitighet till kol.

Och samma inflation har allvarligt skadat lönsamheten för planerade förnybara energiprojekt. Stora offshore-vindprojekt avbrutna, kraschade aktiepriser för sol- och vindföretag, detta har varit en smärtsam period. Du kan läsa mer om vad som hände i vår artikel “The 2023 Renewable Energy Crash“.

Även elbilsförsäljningen är ifrågasatt, efter uppskjutning eller avbokning av elbilsstrategi av stora tillverkare, som GM, Ford eller Honda.

Förnybara Energikällors Intermittens

Ett nyckelproblem som måste lösas är energilagring. Vind- och solenergiproduktion är beroende av vädret och kan vara tidsmässigt kopplad från efterfrågan. Detta är ett problem för ett elnät som kräver “just-in-time”-produktion och en omedelbar perfekt balans mellan produktion och efterfrågan.

Det finns gott om möjliga alternativ, men teknologierna är antingen precis i början eller har inte distribuerats i stor skala tillräckligt snabbt. Detta leder till energiöverskott på dagen och/eller sommaren, och brist på natten och/eller vintern.

Problemet är inte olösligt men kräver välkoordinerade politiska beslut och mer investeringar i elnät.

Och ärligt talat, också att erkänna att de “verkliga” kostnaderna för förnybara energikällor bör inkludera kostnaderna för energilagring. Förnybara energikällor kanske inte är helt billigare än fossila bränslen, åtminstone när de blir en stor del av elproduktionen i landet.

Batteriernas Begränsningar

Oron för att elbilsadoptionen ska fortsätta är på grund av liknande teknologiska begränsningar. Medan de tidiga antagarna var nöjda med högre initiala kostnader, lägre räckvidd eller långsammare laddningstid än förbränningsmotorfordon, kan andra köpare inte vara det. Bristen på litium som driver upp priset på det vita metallet har också orsakat några bekymmer.

Lyckligtvis kommer nya batteriteknologier snart, från kinesiska natrium-jonbatterier till fast-tillstånds-batterier som bör hjälpa till att minska elbilspriserna och avskaffa legitima bekymmer som räckviddsångest eller brandfaror.

Hard-To-Switch Energy Demand

Och sedan finns det några energiförbrukningar som enkelt är svåra att byta bort från fossila bränslen. Till exempel långväga sjöfart kräver fortfarande ett mycket täthets- och flytande bränsle för att fungera. Flygning kräver också ett mycket högt energitäthetsbränsle, som batterier för närvarande inte kan leverera. De flesta plastproduktioner är beroende av olja, gödselmedel av gas och stål av koks kol.

Här finns också lösningar, men de är något omogna teknologier och långt ifrån att distribueras globalt.

Game Changer-teknologier

De Troliga Game Changerna

Ganska många lösningar finns redan till hands för att hjälpa till att återstarta tillväxten av förnybara energikällor och lågkolteknologi.

Kärnkraftsinnovation

Forfarande kontroversiell, är kärnkraft en lågkolteknologi som kan behövas för att brottas mot en framtid driven av förnybara energikällor.

Små kärnreaktorer (SMR) är ett annat område som nyligen har drabbats av dåliga nyheter på grund av stigande kostnader, kopplade till global inflation. Men i alla fall genomgår kärnteknologin en renässans, med nya säkrare design som tittar på mindre reaktorer (SMR och microreaktorer), eller till och med nya bränslen som torium. Under tiden bygger Kina 24 nya stora kärnreaktorer, och planerar för totalt så många som 150 reaktorer.

Bättre Förnybara Energikällor

Kostnadssänkningar jämfört med fossila bränslen kommer troligen att förbli en varaktig trend. Detta är särskilt sant för solenergi, med innovationer som tunnfilms solceller eller tredje generationens solceller (amorf kisel, organiska polymerer eller perovskitkristaller).

Storskaliga batteriprojekt kommer också att hjälpa, med mer än tre gånger den nuvarande kapaciteten till 2025.

Källa: EIA

Fast-tillstånds-batterier

Alla som arbetar med batteriteknologi vet att fast-tillstånds-batterier, som inte kräver de flytande elektrolyterna i den nuvarande litiumbatteriet, kommer att vara en game changer. Och många företag pratar om att lansera sin egen version av fast-tillstånds-batterier så tidigt som 2026-2029. Detta inkluderar QuantumScape (QS), CATL (300750.SZ), Toyota (TM), Panasonic (6752.T), LG (051910.KS), och Samsung SDI (006400.KS). Medan Tesla (TSLA) arbetar på sin egen alternativ till fast-tillstånds-batterier.

Den Spekulativa Game Changern

Några andra teknologier är mindre mogna, men ännu mer lovande och kommer troligen att vara hur vi får vår energi 2040-2050 och framåt.

Kärnkrafts-surgenerators

En stor oro med kärnkraftverk är kärnavfall. Surgenerators (eller “avkommor”) kan konsumera dessa kärnavfall och omvandla dem tillbaka till kraft och kärnbränsle. Detta kunde både göra det tillgängliga kärnbränslet i princip obegränsat och minska kärnavfallsproblemet avsevärt. En bonus är att denna teknik inte är riktigt ny, eftersom den användes av Frankrike fram till 1997, så det är bara spekulativt på grund av de politiska svårigheterna kring kärnkraft.

Rymdbaserad Solenergi

Att producera solenergi från omloppsbanan skulle lösa alla solenergiproblem på en gång: ingen intermittens, inga moln, ingen minskad produktion på vintern. Med rymdbaserat internet som plötsligt är en verklighet med Starlink, är detta inte så otroligt.

Det är något vi undersökte mer i vår artikel “Från Sci-Fi till Sky-High: Är solpaneler i omloppsbanan en lysande idé?”

Geotermisk Energi

En hittills mestadels försummad källa till förnybar energi, och som kan tillhandahålla baslastkraft 24/7, är geotermisk energi. Detta förändras nu, med företag som Vulkan Energy (VUL.AX), Ormat Technologies (ORA), och Eavor. Dessa företag, något ironiskt, återanvänder de framsteg som gjorts inom borrning och frackning av oljeindustrin för att nå jordens värmekällor. (Vi täckte Ormat i den här artikeln och Vulkan i den här).

Syntetiska Bränslen

Energi som genereras från förnybara energikällor (eller till och med kärnkraft) kunde användas för att syntetisera gas eller flytande bränslen. Detta inkluderar vätgas, ammoniak, syngas, eller syntetiska bränslen.

Ett annat alternativ för syntetiska bränslen kunde vara att utnyttja biologi och använda mikroalger för att generera biobränslen (se “Algal Biofuel: The Next Energy Revolution?”) eller bio-fermenterare för att producera biogas & biomethan från avfallsmaterial.

Dessa bränslen kunde sedan användas i flygplan, fartyg och andra tillämpningar som kräver antingen mycket täta bränslen eller mycket höga förbränningstemperaturer (som stålproduktion).

Fusion

Fusionsenergi syftar till att skapa energi genom att fusionera lätta element som väte, och återskapa på jorden den process som driver solen. Med temperaturer som sträcker sig från miljoner till hundratals miljoner grader, är detta en enorm teknologisk utmaning.

Det skulle också ge ren energi, producerar varken kol eller kärnavfall, med en obegränsad tillgång på “bränsle”, eftersom väte är den vanligaste atomen i universum.

Det största fusionsprojektet är det internationella forskningskonsortiet ITER, med många startups som också följer drömmen om kärnfusion, inklusive Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, och NEO Fusion (finansierad av den kinesiska elbilstillverkaren Nio).

Den Framtida Energimixen

Medan det förmodligen är lovande på lång sikt, kommer vi att undersöka möjliga energimixar utan någon av de “spekulativa game changers” som diskuterats ovan, eftersom vi tittar på horisonten 2040.

EIA (Energy Information Administration) har släppt flera scenarier, beroende på ekonomisk tillväxt och antagande eller inte av lågkolteknologi.

I de flesta fall förväntas energianvändningen fortsätta att öka, med fossila bränslen som fortfarande utgör den största delen av världens energi till 2050. Nu är detta en projicering om inga lagar ändras, och investeringar i energi förblir i linje med den nuvarande trenden.

Källa: EIA

Business as Usual

Detta är ett deprimerande scenario för alla som bryr sig om klimatförändringar. Det antar att kol, gas och olja kommer att förbli den dominerande kraften i vårt energisystem under de kommande två decennierna, och producera den största delen av vår energi.

Detta är långt ifrån omöjligt, som illustreras av Tysklands nyliga återgång till kol, trots att landet tidigare ansågs vara en champion för förnybara energikällor och energiomställningen.

Den Högteknologiska Vägen

Ett annat alternativ är att våra samhällen accepterar teknologisk förändring när det gäller energi. Detta inkluderar förnybara energikällor, men också i stor utsträckning kärnkraft, troligen både av den konventionella och mindre typen på samma gång.

Detta är ett scenario där fossilbaserad kraftproduktion antingen är prisad ut av bättre alternativ eller förbjuden genom lag.

Det är också ett scenario där elbilar fortsätter att antas snabbt, troligen tack vare nya batteriteknologier.

Medan kärnkraft producerar baslastkraft och vinterkapacitet, kan förnybara energikällor hantera överskottsproduktion för flytande bränslen för att avkolonisera flyg, sjöfart och tung industri.

Den Låga Konsumtionsvägen

Med tanke på den växande världens hunger efter energi, inklusive inte bara Kina utan också Sydamerika, Afrika, Indien och Indonesien, verkar detta inte vara ett särskilt sannolikt scenario.

Det skulle på något sätt innebära “att välja” verklig avsaknad av tillväxt, och troligen en minskning av levnadsstandarden, med mindre resor och internationell handel. Jordbruket avindustrialiseras till viss del, industriell verksamhet minskar och ekonomin blir mer lokal.

Ett sådant scenario bör troligen förstås i kombination med stora internationella spänningar, krig eller en global depression, som förklarar den plötsliga minskningen av ekonomisk aktivitet, eftersom ett frivilligt val av lägre produktion verkar osannolikt i både demokratiska och auktoritära länder.

Det Muddling-Genom-Scenariot

Detta är ett scenario där allt händer på en gång. Fossila bränslen är på en svag nedgång, men inte fullständigt fasade ut. Kol fasas ut, men olja och gas inte så mycket. Vissa länder satsar på kärnkraft, andra på förnybara energikällor, medan andra fortsätter som vanligt.

Elektrifiering och avkolonisering sker, men i en långsammare takt än önskat. Koldioxidutsläpp förblir i detta scenario långt över det nollutsläppsscenario som IPCC föreställer sig för att hålla den globala temperaturen från att stiga för mycket.

Detta skiljer sig inte mycket från EIA-scenarierna som nämns ovan. Senare kan koldioxidavskiljning distribueras för att påskynda avkolonisering och reversera en del av de tidigare utsläppen.

Genombrotts-scenariot

Ett energiproduktionsgenombrott görs, som möjliggör överflödig energi, och lösningen kan distribueras snabbt över hela världen.

Det kunde vara en drastisk nedgång i rymdbaserad solinfrastruktur genom en ny rymdkapplöpning mellan SpaceX och kinesiska företag.

Eller ett massivt framgångsrikt ITER-lansering 2025-2026.

Eller revolutionerande nya design i sol- och batteriteknologi.

Sådana förändringar är av naturen nästan omöjliga att förutsäga eller kvantifiera. Men de bör inte heller förkastas fullständigt.