Global Uthållig Energiförsörjning Energi Förr och Nu

Transkript

1 Global Uthållig Energiförsörjning Energi Förr och Nu Maria Grahn Fysisk Resursteori

2 Energikällor Fossila bränslen: kol, olja och naturgas Förnybara energikällor: vatten-,, sol-, och vindkraft, biomassa, geotermisk energi mm Kärnenergi: fission och fusion

3 Solenergi Värme Vattenkraft Vindkraft Vågkraft Fotosyntes Biomassa Strålning Solceller/El Den årliga solinstrålningen mot jorden är ca gånger mer än dagens globala energianvändning

4 Globala bränslereserver ( År motsvarar det s.k. R/P ratio = Reserves/Production Production ) Råvara Kända reserver Nuvarande produktion Reservernas energinnehåll TWh Kol 1032 Gton 4,6 Gton Olja 141 Gton 3,4 Gton Naturgas Gm Gm Uran kton Ca 35 kton År Källa: Filip Johnsson, Energiteknik, Chalmers

5 Anrikning Urancykeln 90% U-235 Bomber Naturligt uran U-238: 99,3% U-235: 0,7% 3-4% U-235 Reaktor Electricitet Plutonium Upparbetning av använt uran Radioaktiva Isotoper Slutförvaring Radioaktivt avfall U neutron sönderfallsprodukter neutroner + Ca 200 MeV värme U neutron Pu pyttelite energi Th neutron U-233 U-235 enda naturligt förekommande klyvbara atomen, men man kan tillverka Pu-239 och U-233 som är klyvbara, vilket ökar råvaropotentialen med en faktor 60.

6 Fissionen utvecklas men alla generationer antar U-235U Läs mer om Generation IV på:

7 Fission CO2-fri U-235 begränsad resurs.. Ca 75 år med dagens utvinningstakt. [1] Därefter skulle man behöva s.k. briderreaktorer (Pu-239). Frankrike, Tyskland samt Japan har avslutat sina briderprogram och det är just nu förbjudet med brider i USA. De flesta I- länder vill avveckla fissionen eftersom säkerhetsproblemen anses besvärande, liksom långtidsförvaringen av avfall. Flera länder, framför allt i Asien, bygger nya. [1] D. Abrahamson Energy Sources some environmental constraints

8 Fusion Fusion ger inget långlivat avfall. Råvaropotentialen stor. Säkerhetsproblemen små. Forskning bedrivs sedan ca 40 år men ännu ingen kommersiell anläggning. Eventuellt 40 år kvar.

9 Energisystemet står inför åtminstone tre stora utmaningar i. Resursbasen ii. Energisäkerhet iii. Klimatpåverkan

10 Växthuseffekten Långvågig värmestrålning Växthusgaser Kortvågig strålning Atmosfär

11 Koncentrationen av de tre viktigaste växthusgaserna

12 Mängden koldioxid i atmosfären och global temperatur de senaste åren från the Vostok Ice Core 2100 basfall c:a 700 ppm År ppm

13 Varför tror vi att människan har påverkat den globala temperaturökningen?

14 Jämförelse mellan klimatmodeller och verkliga termometermätningar tningar,,

15 Vad kan hända vid en global uppvärmning rmning? Väderrelaterade dödsfall Infektioner Malariaspridning Avkastningen förändras Behov av konstbevattning Skogens sammansättning Geografisk förändr. Skogens hälsa Vattentillgång Vattenkvalitet Erosion av stränder Kuststräckor vattentäcks Förlorade växt- och djurarter

16 Nederbörden rden på jorden har förändrats Källa:

17 Temperaturen på jorden har förändrats Källa:

18 Människans påverkan på kol-cykeln Atmosfären +3 GtonC/år (+1ppm/år) (GtonC/år) Förbränning av fossila bränslen Olja Naturgas Kol Upptag i skog och övr. växter (0.5) Gödningseffekt (2.0) Avskogning (-1.5) Upptag i havet

19 Need to reach global emissions of 2 Gt C/yr

20 CO2-C C utsläpp per capita, 1998 Emissions (ton carbon per capita) USA Canada, Australia, New Zealand Russia Japan OECD Europe Other EIT Middle East China Latin America Other Asia Africa 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Population (million) 2 Gt C/yr 10 billion people 0.2 ton C/capita per year World Average India

21 Globala CO 2 -utsläpp från förbränning av fossila bränslen MtonC

22 Svenska CO 2 -utsläpp från förbränning av fossila bränslen ktonc

23 Global primärenergianvändning 450 EJ/yr BIOMASSA NATURGAS OLJA KOL VATTEN KÄRNKRAFT 21% 36% 23%

24 Svensk primärenergianvändning M iljarder kwh Kol Olja Biomassa och avfall Vattenkraft Kärnkraft Naturgas Övrigt Biomassa ökar, främst i fjärrvärmesektorn Olja har minskat p.g.a. oljeskatt och koldioxidskatt 1998 Källa: IEA

25 Energianvändning i EU Miljarder kwh Övrigt Hushåll Transporter Industri Transporter ökar sin andel Industrin minskar sin andel Källa: IEA

26 Strategier för att minska CO 2 -utsläppen Global energy demand and supply Energy supply POPULATION ECONOMIC AFFLUENCE - Life style changes - Efficiency measures FISSION FUSION RENEWABLE Hur kan vi minska - Hydro CO2-utsläppen? - Wind - Bioenergy - Solar - Others Diskutera två och två i ca 2 minuter Fossil fuel energy CARBON POOL MANAGEMENT - Reforestation - Soil C increase - Long-lived products DECARBONIZATION OF F. FUELS

27 Strategier för att minska CO 2 -utsläppen Global energy demand and supply Energy supply POPULATION ECONOMIC AFFLUENCE - Life style changes - Efficiency measures FISSION FUSION RENEWABLE - Hydro - Wind - Bioenergy - Solar - Others Fossil fuel energy CARBON POOL MANAGEMENT - Reforestation - Soil C increase - Long-lived products DECARBONIZATION OF F. FUELS

28 An Environmental Impact Formula I = P A T impact = person consumption person impact consumption I: impact (on environment) P: population A: affluence - consumption per person (living standard) T: technology - impact per consumption (technology development)

29 Energieffektivisera

30 Koldioxidinfångning Efter förbränning genom kondensering av rökgaser. Före förbränning om fossila råvaror förgasas eller reformeras till vätgas. Relativt billigt Fungerar bara på stora anläggningar

31 CO 2 -avskiljning efter förbränning Anders Lyngfelt, Energisystem, Chalmers,

32 CO 2 -avskiljning före förbränning Anders Lyngfelt, Energisystem, Chalmers,

33 CO 2 Capture, Transport & Storage (CCS)

34 Sol- och vindkraft Både sol och vind är intermittenta. Kräver energilagringsteknik för att fungera i stor skala. Mycket stor potential.

35 Biomassa planteringar Relativt billigt, särskilt i tropikerna Stor potential men begränsad av mark- behov för matproduktion Inhemsk i många länder (90 TWh/år i Sverige) Sociala och estetiska aspekter, biologisk mångfald

36 CO2 avoidance cost (1990$ per ton of CO2 avoided) Source: DOE white paper, 1997

37 Vad kan alternativa transportbränslen spela för roll?

38 Alternativa transportbränslen Biomassa Naturgas Flytande bränsle Etanol, Metanol, FTdiesel, RME, DME Gasformigt bränsle Metan, DME Förbränningsmotor Elbil (bränslecell) solenergi, vindkraft, vattenkraft mm RÅVARA Vätgas El ENERGIBÄRARE Elbil (plugg-in) FORDON

39 Alternativa transportbränslen från biomassa Cellulosa & Lignin Skog, skogsplantage, svartlut Stärkelse Spannmål, vete, korn, majs mm Socker Olja Raps, solrosfrön Restflöden från skogsbruk, jordbruk och övr. samhället Sågspån, halm, sopor, slam, slakteriavfall, gödsel BIOMASSA Förgasning Syntesgas bildas (CO och H2) Jäsning av socker Pressning och esterisering Rötning Metan bildas OMVANDLINGSPROCESSER Elektricitet Vätgas Fischer- Tropsch Diesel DME (Dimetyleter) Metanol Etanol RME (Rapsmetylester) Biogas ENERGIBÄRARE

40 Tre generella storleksordningar på produktionskostnader SEK/liter bensinekv Bensin/ diesel Sockeretanol Cellulosaetanol DME FTD Metanol RME Spannmålsetanol

41 Hur skulle energisystemet kunna förändras för att klara ett tufft klimatmål?

42 Global energimodell: Övre gräns på CO 2 -utsläppen och minimera kostnaderna CO 2 Omvandlings- kostnad Primärenergi Råvarukostnad Energiomvandling Energibehov

43 EJ/år 1200 Global primärenergi utan begränsning på CO 2 -utsläppen KÄRNKRAFT 600 KOL OLJA NATURGAS VIND VATTEN BIO

44 CO 2 -mål 450 ppm, utan CO 2 -avskiljning EJ/år nuclear coal solar H oil gas bio fuels solar electr. solar heat wind hydro

45 CO 2 -mål 450 ppm, med CO 2 -avskiljning EJ/år nuclear coal w capt coal solar H2 200 oil bio w capt. 100 gas bio fuels solar electr. solar heat wind hydro

46 CO 2 -mål 350 ppm, med CO 2 -avskiljning EJ/år nuclear 500 coal w capt oil coal gas bio fuels gas w capt. bio w capt. solar H2 solar electr. solar heat wind hydro

47 Sammanfattning: Utsläppen av koldioxid från energi- systemet kan minskas genom att Använda MINDRE energi. Använda ANNAN energi (istället för fossil). Använda fossil energi med långtidslagring av CO 2.

48 Slutsatser Det är möjligt att minska koldioxidutsläppen från energisystemet samtidigt som efterfrågan på energi ökar. För att nå ett ambitiöst klimatmål behövs en genomgripande förändring av energisystemet. I ett nära perspektiv är energieffektiviseringar samt en ökad användning av biomassa två viktiga verktyg. Biomassa ersätter fossila bränslen till en lägre kostnad då den används för värmeproduktion jämfört med att ersätta olja i transportsektorn. Biodrivmedel blir ett viktigt verktyg för att nå ambitiösa klimatmål om vätgas inte blir möjligt i transportsektorn.

49 Tack för uppmärksamheten!