Hållbara energikällor och antagningsnivåer

En växande global befolkning och miljömedvetenhet driver ett behov/önskan att behandla vårt hem (Jorden) på ett snällare sätt. Lyckligtvis, om vi tittar tillräckligt noga, kan obegränsad energi hittas överallt omkring oss. Alla föremål som är i rörelse, producerar värme eller till och med ljus, är en potentiell källa.

Hållbar energi

Innan vi dyker ner i några exempel på ren energi och de företag som driver deras nytta, är det viktigt att förstå skillnaden mellan hållbara och förnybara källor.

Enkelt uttryckt kommer förnybar energi från källor som naturligt återuppfyller sitt utbud snabbare än vi använder det. Det betyder dock inte nödvändigtvis att dessa källor ger ren energi – bara att tillgången inte kan uttömmas med nuvarande efterfrågan.

Hållbar energi å andra sidan avser källor som inte bara återuppfyller sig själva, utan över tid inte kommer att ha några negativa effekter på jorden. Dessa källor tar hänsyn till framtida generationer och strävar efter att ge dem en grön jord, snarare än en som ständigt plågas av kol, petroleum, metan och andra smutsiga energiexempel.

Det bör noteras att även om det finns en skillnad mellan hållbara och förnybara källor, gäller i de flesta fall båda beteckningarna. Naturligtvis är de som lyckas vara både och de mest fascinerande.

Vanligtvis måste hållbar energi klara tre hinder för att betraktas som sådan.

• Miljömässigt hållbar
• Ekonomiskt hållbar
• Socialt hållbar

Ett vanligt exempel på en hållbar energikälla är vattenkraft. Mellan månen som skapar tidvattenförskjutningar, vågor och klimatcykler kommer det alltid att finnas rinnande vatten på jorden. Att utnyttja den kinetiska energin i rinnande vatten är inte bara en process som naturligt förnyas, den är hållbar eftersom den inte kommer att påverka jorden negativt under kommande år, samtidigt som den redan är både ekonomiskt och socialt genomförbar.

Ett vanligt exempel på en förnybar energikälla som vanligtvis inte betraktas som hållbar är biomassa. Den mest uppenbara tillämpningen är att bränna trä som en värmekälla. Även om tillgången på biomassa kan återuppfyllas snabbare än vi kan använda den, är den inte hållbar på grund av de växthusgaser som släpps ut vid dess användning.

Ett vanligt exempel på en icke-förnybar, icke-hållbar energikälla är fossila bränslen. Med spridningen av förbränningsmotorn är slutet redan i sikte för våra reserver av fossila bränslen. Denna källa, som bokstavligen tog miljontals år att bildas, är i princip icke-förnybar, fruktansvärd för miljön och helt enkelt inte en hållbar källa för framtiden.

Toppkandidater

Nu när vi förstår skillnaden mellan förnybara och hållbara energikällor, här är några exempel på de som har mest löfte. Var och en av dessa används redan runt om i världen och visar lovande antagningsnivåer.

Det är viktigt att komma ihåg att den ena inte nödvändigtvis är bättre än den andra. Den bästa energikällan är den som är lätt tillgänglig i den lokala miljön.

Vattenkraft

Att utnyttja vatten som en energikälla är inget nytt – vi har använt dammar och vattenhjul i århundraden. Idag är vattenkraft världens största källa till låga koldioxidutsläppande el, och står för över 15% av den totala produktionen. Vanliga användningsområden bygger på att utnyttja den kinetiska energin i rörligt vatten för att driva en turbin och skapa elektricitet.

Ett exempel på en organisation som strävar efter att förbättra vår förmåga att utnyttja tidvattenkraft och vår förståelse för dess effekt på lokala ekosystem är Fundy Ocean Research Centre for Energy (FORCE). Denna statligt finansierade organisation är baserad i Nova Scotia, Kanada, där världens största tidvatten finns i Fundybukten.

I Fundybukten flödar över 160 miljarder ton vatten in och ut, två gånger om dagen, varje dag – som ett urverk. Kraften i detta rörliga vatten är häpnadsväckande och erbjuder potential för lika häpnadsväckande energiproduktion som är lika pålitlig som månen som stiger. Detta projekt befinner sig i en långtidsstudie om de potentiella farorna som tidvatten turbiner kan utgöra för marint växt- och djurliv.

För närvarande står vattenkraft som helhet för över 70% av den globala elen som kommer från en hållbar källa, med Kina och USA i framkant. Framöver förväntas våg- och tidvattenmarknaden ensam växa från 0,59  miljarder dollar år 2021 till 4,41  miljarder dollar år 2028.

Vind

Precis som vattenkraft är elektricitet som skapas genom vindens kraft inget nytt. Istället för att utnyttja den kinetiska energin i rörligt vatten för att driva en turbin, reproduceras processen genom att låta vinden snurra blad som är kopplade till en turbin.

Även om vind kan utnyttjas för att skapa elektricitet nästan var som helst i världen, kommer praktiken inte utan sina egna utmaningar. Stora markområden krävs för att hysa dessa enorma fält, och vinden är helt enkelt inte lika pålitlig som tidvattnet. En dag kan det vara blåsigt, och nästa dag kan det vara stilla.

Trots dessa utmaningar fortsätter vindkraft att växa i popularitet och står för över 7,6% av världens elproduktion. I USA har vind redan blivit den största källan till förnybar energi och står för ungefär 10 % av dess egen elproduktion.

Ett exempel på ett företag som driver på antagandet av vindkraft är Siemens AG (SIE.SW ) (SIE.DE ) (SIEGY). Detta konglomerat hade en omsättning på 71,98  miljarder dollar år 2022, och vid skrivande stund är aktierna i Siemens AG (SIEGY) listade av olika analytiker som ‘över’. Företaget har funnits sedan 1847 och vet hur man anpassar sig till tiderna. Med detta i åtanke har Siemens hela divisioner dedikerade till att utveckla teknologier som möjliggör vår övergång från fossila bränslen till hållbara källor.

Solenergi

Medan turbiner är avgörande för att skapa elektricitet när man använder källor som vatten eller vind, behövs de inte längre när vi utnyttjar fotovoltaik. Den fotovoltaiska effekten, som möjliggörs genom att fotoner placerar ett substrat i ett exciterat tillstånd, är den underliggande teknologin bakom solenergi. Solen är möjligen den mest rikliga energikällan i vårt solsystem – varför inte utnyttja allt den har att erbjuda.

Solenergi är unik i sin förmåga att användas i applikationer så små som ett personligt batteribank, eller så stora som att driva städer.

Som alla energikällor har den begränsningar. Medan moderna teknologier har kraftigt ökat effektiviteten och prisvärdheten hos solpaneler, är praktiken fortfarande bäst lämpad för regioner med mycket solljus. Reser du nära polerna finns det områden på jorden som är utan soluppgång i månader åt gången.

I dagsläget har de senaste framstegen inom solteknik gjort det möjligt för 4,8% och ökande av den globala elproduktionen att komma från denna hållbara källa. Medan USA kan ligga före trenden i energiproduktion från vind, ligger de något efter inom sol, med ungefär 3 % som kommer från att utnyttja solens strålar.

Ett av de mest framstående företagen och innovatörerna inom solteknik är ingen annan än elfordons (EV) tillverkaren Tesla (TSLA ) (TSLA). I flera år har företaget utvecklat och installerat sina soltak, som låter husägare slopa traditionella solpaneler och istället använda fotovoltaiska takplattor. Under 2022 hade Tesla en omsättning på 81,46  miljarder dollar, och vid skrivande stund är de listade av olika finansiella analytiker som ‘över’.

Geotermisk

Det antas att för länge sedan bestod jorden helt av smält material, täckt i magmahav. Miljarder år senare har den svalnat, och ytan har blivit beboelig för mänskligheten. Kärnan är dock fortfarande rasande och fortsätter värma de olika lagren omkring den. Det är denna energi, som finns under jordens yta, som vi nu utnyttjar och kallar den geotermisk.

Geotermisk fungerar vanligtvis genom att utnyttja termisk energi från jorden för att värma ett vätskemedium med hög värmekapacitet, som sedan används för att driva turbiner som skapar elektricitet. Under de senaste åren har geotermisk blivit alltmer populär, eftersom den inte längre bara är möjlig i storskaliga tillämpningar utan även för bostadsinstallationer som en form av uppvärmning.

Även om geotermisk energi kan utnyttjas var som helst om du gräver tillräckligt djupt, finns det naturliga hotspotar runt om i världen som gör processen mycket enklare – nämligen vulkaner. Nationer som El Salvador har erkänt detta och gör samlade ansträngningar för att utnyttja denna rena energikälla, eftersom den också är riklig och pålitlig.

För närvarande, trots sina löften, anses geotermisk energi utgöra ungefär 0,4 % av världens elförsörjning – ett tal som också motsvarar produktionen i USA. Utöver vulkaner är geotermisk särskilt tillgänglig nära tektoniska plattor och förkastningslinjer. Som ett resultat är Kaliforniens kustregion ett utmärkt område för att få tillgång till denna rena kraft.

För investerare som vill få exponering mot den geotermiska energibranschen är ett av de ledande företagen Ormat Technologies (ORA ) (ORA). Företaget äger för närvarande över 150 geotermiska kraftverk och sysselsätter över 1 300 personer. Under de senaste fem åren har Ormat Technologies konsekvent genererat årliga intäkter på över 650  miljoner dollar och bör vara väl positionerat för att kapitalisera på den ökande populariteten för geotermisk energi.

Framtiden i sikte

Medan de energikällor som listas ovan har enorm potential för att möjliggöra en grönare framtid, finns det ett annat par alternativ som en dag kan överskugga dem alla.

Kärnfusion

En gång en del av science fiction kan kärnfusion en dag bli verklighet när forskare fortsätter att göra lovande genombrott mot att utnyttja vad som är energiproduktionens ‘heliga graal’. Faktum är att framstegen har gått så långt att regeringar nu planerar att bygga fungerande prototypanläggningar före 2040.

För dem som är obekanta bör kärnfusion – samma process som driver vår sol ‘Sol’ – inte förväxlas med kärnklyvning (den nuvarande processen som används i moderna kärnkraftverk). Båda processerna frigör enorma mängder energi, men den förra gör det genom att skapa förhållanden för att förena kärnor, medan den senare splittrar tunga element som uran.

Fusion frigör inte bara mer kraft än klyvning, den är också en avsevärt renare process. Problemet som forskare arbetar med att lösa är att utveckla rätt förhållanden för att både underlätta och säkert utnyttja processen.

Piezoelektricitet

Vi tog nyligen en titt på piezoelektricitet och hur det är en av de mest använda, men ändå okända energikällorna. Piezoelektricitet är förmågan hos ett material, tillverkat eller naturligt, att skapa en elektrisk urladdning när det utsätts för yttre tryck.

Redan i decennier har det använts i vardagliga föremål som mikrofoner, tändare och mer, och modern materialvetenskap fortsätter att utvecklas mot en dag då vi kan utnyttja tillräckligt med elektricitet genom denna effekt för storskaliga tillämpningar.

Precis som kärnfusion känns potentialen för omfattande användning av piezoelektriska material som science fiction. Även om det är många år bort, kan det en dag leda till en värld där stora batterier i stort sett är föråldrade, eftersom piezoelektriska material möjliggör självförsörjande enheter.

Avslutande ord

Även om världen fortfarande kan vara beroende av energikällor som petroleumprodukter, kol och naturgas, är det tydligt att de inte är framtiden. Lyckligtvis finns energi överallt omkring oss, och modern vetenskap ger oss i allt högre grad möjlighet att utnyttja en växande lista av rena källor.

Medan framtiden en dag kan se jorden förlita sig på kärnfusion och självförsörjande enheter, kommer det vara den fortsatta antagandet av vattenkraft, vind, sol och geotermisk energi som gör det möjligt för oss att nå dit.