Professor Peter Lund Tekniska Högskolan SIC 2009, den 6 februari 2009

Transkript

1 Sinande energitillgångar - En utmaning för EU We will commit ourselves to steady, focused, pragmatic pursuit of an America that is freed from our energy dependence, and empowered by a new energy economy that puts millions of our citizens to work President Barak Obama den 26 januari 2009 Professor Peter Lund Tekniska Högskolan peter.lund@tkk.fi SIC 2009, den 6 februari 2009

2 De globala energitrenderna (BAU) utan förändringar Energiförbrukningen och utsläppen växer ständigt De fossila bränslen dominerar; oljan närmare 40% av all energi U-länderna den största energiförbrukaren Energiråvarorna Oljeskiffer Stenkol Naturgas Olja Naturgasx energiförbrukningen år

3 milj.barr/dag 160 Tillgängligheten g g av olja och gas? 120 underskott 80 Gammal produktionskapacitet Ref: Exxon Oil

4 OECD/IEA: tillräckligt med oljereserver källa IEA (2005)

5 2 miljarder människor har ingen energi! 2007

6 EUs egenförsörjning av energi Energi import: uran 98%, olja 82%, gas 63%, stenkol 46% De förnybara energikjällorna och stenkolen är EUs egna energiresurser i framtiden

7 Den globala klimatutmaningen Utsläpptrenden måste brytas under de kommanden 10 åren (Köpenhamn 2009) De totala utsläppen bör förminskas med 60-80% upp till år 2050 (Klimatavatatelet) Enligt IPCC och EU finns det teknisk-ekonomiska förutsättningar att göra detta: energieffektivisering och ren enegiproduktion i fokus Globala CO 2 utsläppen Globala lösningar Pä äästöt, Gt tco globaali trendi torjuntatavoite % 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % hiilinielut uusiutuvat ydinvoima IEA: World Energy Socolow&Pacala: Outlook Science 305: (2004) energiatehokkuus vähähiiliset polttoaineet

8 Climate change mitigation in focal point CO 2 needs to be reduced significantly after year 2020 The EU energy and climate policy (2007/2008) strives for a 20% CO 2 reduction by 2020 By 2050 stabilization of climate change (max 2 o C) requires over 60% reduction globally in greenhouse gas emissions Stern (June 2008): maximum allowed emission level in 2050 would be 2 tco 2 /capita emissions need to be reduced in Europe by 80% (see Table) Investment needs globally billion

9 Energieffektiviseringen har negativa kostnader! Energieffektiviseringen är basen för kostnadseffektiviteten i bekämpningen av klimatförändringen; 50% av lösningen

10 EU:s energibehov växer inte mera

11 Vindkraften stora MW turbiner till havs Nya innovationer, aeroelastiska materialer, flytande fundament, nya tornkonstruktioner, osv MW som teknologigräns? (nu 5-10 MW) Priset kan ännu halveras

12 Vindkraft är decentraliserad men storskalig elproduktion

13 Solenergin har en enorm potential källa: Science

14 Solenergiformerna

15 Bioenergin är ett viktigt lokalt bränsle Bioenergin motsvarar 4% av EUs energi Potentialen är 15% Miljö- och matfrågorna ställer randvillkor för användningen källa: EEA

16 Bränsleceller och väteteknologi

17 Urban förnybar energi ekoeffektiva städer Masdar City (UAE): världens första kol- och sopfria stad 22 mrd$ investeringar 7% av landets energi och 2% av BNP sysselsatta

18 EU-MENA supernätverk: ett exempel på hur Europa kunde få sin energi från förnybara källor Förnybara energikällor x energibehovet, om 0,1 % exploateras 10 x behovet)

19 OECD/IEA scenarios for 2050 Energy efficiency and renewables around 70-75% of the solution to reduce carbon emissions by 2050

20 Hur snabbt kan alternativa energikällor penetrera på marknanden? +1,5%/år +1%/år

21 The Obama Biden comprehensive New Energy for America Plan Provide short term relief to American families facing gpain at the pump Help create five million new jobs by strategically investing $150 billion over the next ten years to catalyze private efforts to build a clean energy future. Within 10 years save more oil than we currently import from the Middle East and Venezuela combined Put 1 million Plug In Hybrid cars cars that can get up to 150 miles per gallon on the road by 2015, cars that we will work to make sure are built here in America Ensure 10 percent of our electricity comes from renewable sources by 2012, and 25 percent by 2025 Implement an economy wide cap and trade program to reduce greenhouse gas emissions 80 percent by 2050

22 European energy and climate policy Market pull and technology push measures Short-term (European Emission Trading System) and long-term markets instruments ( 20% directives ) By 2020: CO 2 emissions to be reduced by 20%; 30% if international agreements RES use to be increased to 20% of ffinal energy gy( (11.5%-units); energy efficiency improvements 20% (-10% in the non-ets sectors); 10% bio-fuel share in gasoline. Strategic Energy Technology Plan (SET) for developing new energy technologies; Joint Technology Initiatives, Technology Platforms, European Institue on Innovation and Technology (EIT) Perceived impacts from the EU policy By 2020 : Mtoe; new capacity corresponds to all Russian NG imports (final energy use is now 1170 and primary energy 1880 Mtoe) By 2050: renewable energy 60% of EU energy; 35% improvement in energy efficiency, 60-80% less greenhouse gas emissions Peter Lund Lund

23 Strategic interpretation of EU renewable targets for 2020 Member States RES 2005, % RES 2020, % Increase, % RES 2020, Mtoe Belgium Bulgaria largest member Czech Republic Denmark states 60-70% of the Germany Estonia EU RES targets Ireland Greece Spain France Italy Cyprus Latvia Lithuania Luxembourg Hungary Malta Netherlands Austria Poland Portugal New investments in RES billion New investments in RES electricity 330 billion Wind power billion (+400 TWh) Romania The cost of new technology will drop Slovenia Slovak Republic Finland Sweden United Kingdom EU

24 China an awakening giant Energy intensity to be dropped by 20% by 2010 Doubling of renewables by 2020 (8% 15%) Investment in RES $12 billion $ 2007 $33 bill China Nr 1 in many clean energy areas Energy efficient appliances Energy efficiency campaign in 1000 companies (1/3 of all energy, goal 883 TWh)) World leader in solar ($15 bill) Growing in wind ($6 bill) Low emission vechicles (21 million elec. Bicycels, 1.6 million energy eff cars in 2007), hybrids, el cars 3 largest producer of etanol (12 Mtoe in 2020)

25 Nya nokior från hållbar energi Markets for new and renewable energy grow by 20-40%/yr Investments in solar, wind and biofuels in 2007 over 170 billion $ Market volume estimates billion billion billion (UNEP: globally over 20 million new jobs!) billion (cumulative)

26 Tyskland som ett exempel... Tysklands tyngd i EU 15-20% av energin Krävande klimatprogramm CO 2-35% år 2020 förnybara 14% av all energi; 25-30% år 2020; 45% år 2030 starka åtgärder Stor inverkan på sysselsättning och industri 3mrd /år till inmatningstariffer sparar 1,8 mrd /år ny omsättning 25 mrd /år; export arbetsplatser i vindkraft, i solenergi, i bioenergi, ¼ milj. i bärkraftig energi

27 Finlands energieffektivitet i jämförelse Energiförbrukningen, elbehovet,utsläppen l per capita är en av de högsta i EU Energianvändningen blivit effektivare,men trenden sämre än i flera andra EU länder Energian käytön tehokkuuden kehittyminen EU:ssa Energian käytön te ehokkuus(1990=10 00) Källa: Eus Odyssee databas 2003 Austria Belgium Denmark Finland France Germany Greece Ireland Italy Luxembourg Netherlands Norway Portugal Spain Sweden United Kingdom EU15 Stora inbesparingsmöjligheter i synnerhet på konsumentsektorn (1/2 av energin)

28 En modern insyn på energifrågorna i Finland Bredare bas för förnyelsebara energikällor Olika former av bioenergin (skogsavfall, biogas, energiodlingar, g samhällsavfall, jordbrukets avfall. osv.) Nya förnybara (kust- och havsvindkraft, solvärme och el, jord/luftvärme, småskalig vattenkraft, vattenkraftverkens saneringar) Att effektiviseria energiförbrukningen är vättigt och minskar inte välfärden ( mera med mindre ) Kostnaderna ofta negativa, stor potential, i synnerhet på konsumentsidan T.ex. glödlamporna-> energilampor= Vuotos+Kollaja

29 Finlands förnybara energiråvaror är betydliga Mycket bioenergi (max) Träd 30, jordbruket 7, avfall 5 Mtoe/år; Goda vindförhållanden (max) 0,0303 TWh/km 2, max 300 TWh/år; motsvarar 90 Mtoe träd Reservkapaciteten via elmarknaden; kostar 2 /MWh vind (max.20% vindel)

30 Tilläggsmöjligheter g på el-sektorn upp till 2020 Sektor El Pris Extra förnybar (TWh/v) ( /MWh) energi+effektivisering =- Industrins motorer och % i utsläppen varvtalsomvandlare El totalt = 33 TWh/år Energieffektivisering: hushåll, 3 15 Genomsnittligt pris 28 belysning, /MWh Offentliga upphandlingar 1 15 Hemmamarknaden är en Värmepumpar (elvärme) 5 28 förutsättning för teknologiexport. Om finska BioCHP energibeslut förankras med Småvattenkraft & renoveringar ngar 0,5 40 eget kunnande och lokala energikällor Vindkraft nya arbetsplatser /P.D. Lund:: The link between political decision-making and energy options: Assessing future role of renewable energy and energy efficiency in Finland. Energy Journal, 32, , 2007; WWF-Virtaa Tulevaisuuteen/

31 Vetenskapen erbjuder ofantliga möjligheter i framtiden Nya radikala innovationer inom energin att förväntas Nanoteknologi, biovetenskap, funktionella materialer, IKT osv.

32 Forskning på TKK kring nanosolceller TiO 2 -nanoparticle solar cells on glass with a 7% electric efficiency Flexible substrates (polymers, StS) using easy manufacturing methods (η~4%); ALD deposited non-porous protective TiO 2 layer Device physics and optimization, charge transfer, stability

33 Dye-sensitized nanostructured mesoporous TiO 2 solar cells organic hole conductor currently used is 2; 20;7; 70-tetrakis-(N;N-di-p-ethoxyphenyl-amine)-9,90- spirobifluorene (spiro-meotad). ruthenium complex cis-rul2ðncsþ2 (L-2,20- bipyridine-4,40-dicarboxylic dicarboxylic acid) known as N3dye or N-719 for the ditetrabutylammonium salt of N3Þ has been the sensitizer in mesoporous TiO