Nýir orkugjafar og hagkvæmni

Í fyrri grein undirritaðs í blaðinu frá 19. des. sl. „Loftslagsmál og orka“ er fjallað um orkulega óhagkvæmni rafeldsneytis.

Fleiri hliðar eru á málinu og verður hér horft á málið í stærra samhengi eins og samhengi orkunotkunar og þjóðarframleiðslu. Hvað getum við gert annað en að virkja til þess að leggja okkar skerf gegn loftslagsbreytingum? Einnig verður gerð grein fyrir tæknilegum og viðskiptalegum þáttum í framleiðslu nýrra orkugjafa.

Loftslagskrísan

Orka er megininntak í framtíð heimsins. Neysluhyggja síðustu 70 árin samfara margföldun orkunotkunar hefur haft víðtæk áhrif á umhverfi okkar og er rótin að þeim loftslagsbreytingum sem láta stöðugt meira að sér kveða. Áhrif þessa hömluleysis, einkum vestrænna ríkja, hefur nú haft svipaðar afleiðingar og ofát á mannslíkamann. Vanlíðan og veikindi í vistkerfinu og hitasótt sem ógnar lífríkinu og tilvist jarðarbúa. Það er ekki aðeins losun koltvísýrings sem er sökudólgurinn heldur rányrkja og ofneysla mannskepnunnar. Ef jarðarbúar hætta notkun jarðefnaeldsneytis og halda sama lífsstíl og hingað til þarf að 10-falda raforkuframleiðslu. Erfitt er að ímynda sér umfang þessarar umbyltingar en hún krefst þess að fundnir verði nýir orkugjafar sem ekki valda gróðurhúsaáhrifum. Þar er um að ræða vatnsafl, vindorku og sólarorku en talið er að þau þrjú muni vera uppistaðan í nýrri orku auk kjarnorku.

Orkukrísan

Orkan er að meginhluta milljóna ára dýra- og jurtaleifar sem hafa umbreyst í verðmætt hráefni sem kallast jarðefnaeldsneyti og samanstendur af hráolíu, kolum og jarðgasi og nemur 76% af orkunotkun jarðarbúa og er ábyrgt fyrir 87% af losun gróðurhúsalofttegunda. Orkunotkun hefur 6,4-faldast á heimsvísu í veldisvexti frá árinu 1950 meðan mannkynið hefur 3,2-faldast, sem þýðir tvöfalda aukningu á hvert mannsbarn. Þessari orkuaukningu er hins vegar misskipt og hefur hún fyrst og fremst átt sér stað hjá ríkari helmingi jarðarbúa. Línuritið sýnir aukningu á orkunotkun í heiminum frá árinu 1800 og aukningu í veldisvexti frá árinu 1950.

Orka og hagsæld

Samfelld fylgni er milli þjóðarframleiðslu GDP (Gross Domestic Production) á mann og orkunotkunar í heiminum. Tölur aftur til ársins 1900 sýna stöðuga aukningu þjóðarframleiðslu og jafnhliða því samsvarandi aukningu í orkunotkun. Orkunotkun á mannsbarn hefur u.þ.b. tvöfaldast síðan 1950 á sama tíma og lífskjör í þróuðum ríkjum hafa vaxið í sama mæli. Efst eru olíuríkin ásamt Bandaríkjunum og síðan þróaðri ríki en fátæk ríki í Afríku reka lestina. Í ljós kemur að þetta samhengi raskast þegar vissu stigi í hagsæld er náð. Sem dæmi um ríki sem þetta gildir fyrir er Svíþjóð þar sem GDP hefur hækkað um 54% frá 1995–2019 en orkunotkun á mann hefur lækkað um 12,3%. Svipaðar tölur eru fyrir Bretland, Danmörku, Þýskaland og Sviss.

(Ó)hagkvæmni í framleiðslu rafeldsneytis

Í skýrslunni „Fýsileiki þess að framleiða rafeldsneyti á Íslandi“ frá júní 2021, gerð skv. samningi Þróunarfélags Grundartanga við Icelandic Electrical Fuel, er fjallað um hagkvæmni þess að framleiða rafeldsneyti á Íslandi og eru helstu niðurstöður samandregnar: „Áhugi fjárfesta á framleiðslu rafeldsneytis er mikill og þeir vilja tryggja sér aðgengi að orku þegar samkeppnishæfni í verðum er náð og eftirspurnin verður gífurleg. Lögð er áhersla á að orkuskiptum, sem stjórnvöld hafa lofað, verði ekki náð nema stjórnvöld flýti fyrir með setningu sértækra reglugerða um framleiðslu og nýtingu rafeldsneytis, með styrkjakerfum og ívilnunum varðandi opinber gjöld og með álögum á jarðefnaeldsneyti.“

Skýrslan byggir að mestu á spám þar sem gert er ráð fyrir að mikil aukning verði á eftirspurn eftir rafeldsneyti fram til ársins 2050, þegar orkuskiptum á að vera lokið á heimsvísu. Í töflunni er sýnt áætlað kostnaðarverð fyrir helstu tegundir rafeldsneytis, m.v. raforkuverð annars vegar til stóriðju í dag (18 €/MWh ) og hins vegar líklegu verði til rafeldsneytisframleiðslu (30 €/MWh), ásamt samanburði við verð á jarðefnaeldsneyti (byggt á áðurnefndri skýrslu). Skv. þessu er kostnaðarverð á ammóníaki, metanóli og rafolíu 3–4 falt hærra en á jarðefnaeldsneyti og á vetni og metani 2–3-falt hærra en á jarðefnaeldsneyti m.v. orkuinnihald. Einnig er mikil óvissa varðandi notkun ammóníaks og metanóls sem staðgengils jarðefnaeldsneytis í flutningaskipum og öðrum farartækjum. T.d. hefur ekkert skip enn verið knúið áfram af ammóníaki og þörf á annað hvort nýrri gerð tvígengisvéla eða breytingum á núverandi fjórgengisvélum til þess að það sé raunhæfur möguleiki. Varðandi flugvélaeldsneyti er verið að kanna ýmsar leiðir en ljóst er að ekki er raunhæft að reikna með lágorku eldsneyti eins og ammóníaki og metanóli. Spár eru um að fólks- og flutningabílar verði fljótlega knúnir lífeldsneyti auk rafmagns og að vetnisbrunavélar muni knýja flugvélar. Ljóst er að fjárhagslegar forsendur framleiðslu á rafeldsneyti byggjast meira og minna á getgátum um lækkandi verð á raforku og aðkomu stjórnvalda ásamt álögum á jarðefnaeldsneyti. Mikil þróun er í öðrum umhverfisvænum lausnum sem flestar eru mun hagkvæmari orkulega en rafeldsneyti.

Þróun í endurnýjanlegri orku

Á síðustu 10 árum hefur orðið hröð verðlækkun á endurnýjanlegum orkugjöfum. Helsta ástæða fyrir lækkandi verði á raforku frá endurnýjanlegum orkugjöfum er að framleiðslukostnaður ræðst af verði á tæknihlutanum en ekki af verði á aðföngum eins og í orkuverum fyrir jarðefnaeldsneyti. Önnur ástæða er sú að með meiri framleiðslu er framleiðsluferlið endurbætt með því sem heitir „að læra með því að framkvæma“ sem leiðir svo til lækkandi verðs. Með þessari hringrás hefur t.d. sólartæknin fóðrað sig sjálf frá því að þróunin hófst úti í geimnum og hefur verð á raforku frá sólarsellum lækkað um 89% frá árinu 2009. Ódýr endurnýjanleg raforka gæti staðið undir 65% orkunnar árið 2030. Það gæti einnig gert mögulegt að kolefnishlutleysa orkugeirann um 90% árið 2050 með sólar- og vindorku.

Heimsmarkmið

Sett voru þau heimsmarkmið á loftslagsráðstefnunni í París árið 2016 að koma í veg fyrir meiri hækkun hitastigs jarðar en 2,0 °C og stefna að hámarks 1,5 °C hækkun. Til þess að ná þessu marki þyrfti útblástur að ná hámarki árið 2025 og minnka um 43% fyrir árið 2030. Evrópusambandið hefur sett sér sjálfstæð markmið um að minnka losun um 55% fyrir árið 2030. Aðrir heimshlutar eru flestir eftirbátar Evrópu, svo sem Bandaríkin, Indland og Kína, sem bera ábyrgð á 50% heildarlosunar. Mikilsvert er að aðstoða þróunarríki við að byggja upp orkuinnviði sína og er t.d. sólarorka vænlegur orkugjafi fyrir Afríku, Asíu og S-Ameríku. Af heildarnotkun jarðefnaeldsneytis fara um 35% til framleiðslu á raforku. Með því að skipta henni yfir í endurnýjanlega orkugjafa þarf að auka raforkuframleiðslu úr endurnýjanlegum orkugjöfum 2-falt. Samgöngur nota 25% heildarorkunnar, iðnaður um 30% og húshitun o.fl. 10%. Þar þarf að verða tæknibylting þannig að í stað bruna verði notað rafmagn. Það þýðir að auka þarf raforkuframleiðsluna 5-falt.

Markmið Íslands

Íslendingar hafa fylgt ESB í loftslagsmarkmiðum og stefna að minnkun útblásturs um 41% fyrir árið 2030. Íslendingar eiga met í framleiðslu raforku á mann en hafa möguleika á að auka sinn hlut, einkum með vindorku en einnig viðbótar vatnsafli. Rök eru fyrir því að Ísland verði óháð innflutningi á eldsneyti. Það næst að hluta með því að nýta raforku betur þar sem það er hægt og að framleiða vetni sem nýtt yrði í samgöngur þar sem rafmagn er ekki valkostur. Framleiðsla á rafeldsneyti, sem er mjög óhagstæð orkulega, gæti orðið neyðarlausn þar sem hvorugur kosturinn er í boði. Í áætlunum stjórnvalda er stefnt að því að verða sjálfbjarga með eldsneyti og í þeim tilgangi að tvöfalda rafmagnsframleiðslu. Í stað þess ætti að einbeita sér að umskiptum yfir í raforku á sem flestum sviðum og þá getum við hugsanlega látið okkur nægja hluta af þessari aukningu. Við getum einnig nýtt okkur aðra möguleika svo sem framleiðslu á lífeldsneyti úr landbúnaðarúrgangi, sorpi og seyru. Nýir möguleikar felast svo t.d. í framleiðslu á lífeldsneyti úr þörungum.

Hugvekja

Í opinberum tölum um orkunotkun er raforka flokkuð sem „æðri“ orka og við umbreytingu á jarðefnaeldsneyti yfir í raforku fást einungis 40% orkunnar, þ.e. raforkan er 2,5 sinnum verðmætari. Við umbreytingu á rafmagni yfir í rafeldsneyti verður samanburðurinn enn óhagstæðari. Fyrir hvert kg af CO2 sem er bundið eru notaðir 7,3 KWh við framleiðslu rafeldsneytis. Þessu rafeldsneyti er síðan brennt í brunahreyfli þar sem koltvísýringur er losaður aftur út í andrúmsloftið. Fyrir hvert kg af koltvísýringi sem losaður er aftur út í andrúmsloftið fást 1,66 KWh af nýtanlegri orku. Hlutfall nýtanlegrar orku er því 1,66/7,3 = 0,23 eða 23 % þ.e. raforkan er 4,3-sinnum verðmætari. Til viðmiðunar er hægt að hugsa sér ávöxtun á fjármunum. Við leggjum 7,3 millj. kr. inn í banka til ávöxtunar. Við vitjum svo peninganna nokkrum árum síðar og þá er tilkynnt að eftirstöðvar séu 1,66 milljónir króna. Þannig ættum við ekki að ávaxta orkuauðlindir okkar! Við framleiðslu á rafeldsneyti er einnig ætlunin að fanga koltvísýring með ærnum tilkostnaði og sleppa honum svo aftur út í loftið við bruna. Þetta er eins og að veiða og sleppa nema hvað í þessu tilfelli er sleppingin mjög skaðleg.