Det Globala Energisystemet Sommarkurs, Föreläsning 8: Energi i samhället Ångströmlaboratoriet, Uppsala, 2011-06-17 Mikael Höök, teknologie doktor Globala Energisystem, Uppsala Universitet
Vad var egentligen energi igen? Energi är förmågan att utföra arbete och därigenom påverka sin omgivning Energi krävs för att göra precis allt mellan himmel och jorden här i världen Transporter, matproduktion, tillverkning, komfort
Energi och ekonomi Energi utför arbete Utan arbete blir det inte mycket till ekonomi 1 fat olja motsvarar 25 000 timmar mänskligt tungt kroppsarbete Eller ~12 personer som arbetar heltid ett helt år Olja kan utvinnas för så lite som 1 dollar/fat I praktiken gratis energi!!!
En liter bensin En liter bensin motsvarar den energi som krävs för att lyfta en Volvo-bil till toppen av Eiffeltornet Skulle du lyfta en bil till Eiffeltornets topp för 15 kr? Olja är extremt billigt i förhållande till arbetet den ger
Oljeslavar 50 liter bensin motsvarar 1000 personers dagsverke 85 miljoner fat per dag motsvarar omkring 233 miljarder människors arbete under ett år
Energikostnaden 1 fat bensin (=159 liter) innehåller 6.12 GJ and kostar runt 100 dollar (640 kr) Bensin är den billigaste vätskan man ka köpa i USA 300 kg kol motsvarar ett fat olja och kostar kring 18 dollar 156 kubikmeter natur gas ger samma energimängd som ett fat olja och kostar kring 40 dollar
Fossil energi är extremt billigt Jämfört med kostnaden för muskelarbete är fossil energi oerhört billigt Det är inte konstigt att maskiner som drevs med fossil energi enkelt konkurrerade ut tungt kroppsarbete vid den industriella revolutionen Än idag ger billig fossil energi oss förmågan att uträtta vad som tidigare skulle ha krävs miljoner eller miljarder människors slitgöra
Energi driver världen Sattelitbild över världens energikonsumtion
BNP-densiteten
Energi i ekonomin? Där det används mycket energi genereras mycket ekonomiskt värde Kanske inte så konstigt? Arbete brukar ju ge pengar Hur ser det ut i mer detalj då? Vilka sektorer använder mest energi?
Energianvändning per sektor
Oljeanvändningen per sektor
Gasanvändning per sektor
Kolanvändning per sektor
Elanvändning per sektor
Industrin i detalj
Energin inom industrin
Metallindustrin Stålverk och metallproduktion kräver mycket energi Speciellt aluminium Smältning, pressning, rullning, härdning, rostning, elektrolysering med mera Många energiintensiva processteg för att få fram önskade legeringar
Kemisk industri Stora mängder energi krävs för att värma kemikalier och få dem att reagera med varandra Haber-Bosch (ammoniak) Bunsen (svavelsyra) Hydrogenering (vätetillskott) Cumene (ger fenol & aceton)
Papper/pappersmassa För pappersindustrin är i regel elkostnaden större än kostnaden för träråvara Dra ut träfibrerna på kemisk eller mekanisk väg Pappersbruk Pappersmassa
Ballast Grus, sand, krossberg och dylikt används i stora mängder för vägkonstruktion, utfyllning, dränering och i betongtillverkning I Sverige kör varannan lastbil ballast Allt detta utvinns och transporteras av dieseldrivna maskiner
Effektivisering Industrin har ständigt förbättrat sin teknik och gjort stora effektiviseringar Men det finns gränser för vad ny teknik kan leverera och man kan aldrig komma under de fysikaliska gränserna för vilken energi som krävs Att värma ett kilo vatten kostar alltid 4.18 kj eller mer där effektiva tekniker behöver mindre extraenergi än dåliga
Effektivitetsvinster
Transporter Mycket viktig del i samhället då nästan allt transporteras långa sträckor, speciellt inom den globaliserade ekonomin
Transportsektorn Mer än 95% av all energi inom transportsektorn kommer från olja och oljeprodukter Resten är främst elektriska tåg Bensin, diesel och jetbränsle är de vanligaste drivmedlen Fartyg använder diesel eller eldningsolja
Vad levererar raffinaderierna? Källa: Nygren et al (2009) Aviation fuel and future oil production scenarios. Energy Policy, Volume 37, Issue 10, October 2009, Pages 4003-4010
Situationen i USA Lätta lastbilar växer snabbt door-to-door-leveranser
Utvecklad transport Bil/lastbil utgör det mesta av transporterna i i-länderna Vägtransporterna ökar för varje år
Outvecklad transport Andra länder har andra lösningar Ofta petroleum-effektiva
Kommersiell sektor
Bostadssektorn
Uppvärmning kräver mycket energi Teknologi gör det möjligt att bo bekvämt i kalla klimat om man bara har energi Norra Europa, Ryssland och Nordamerika konsumerar stora mängder värme (speciellt vintertid)
Uppvärmning av hem Naturgas Oljepannor Ved/pelletspannor Fjärrvärme Direktverkande el Värmepumpar Solvärme Lågenergihus Oljepanna för en villa
Effektiv uppvärmning Uppvärmning konsumerar mycket av en byggnads energi Effektiva uppvärmningssystem och låga värmeförluster kan skapa enorma energibesparingar i byggnader Energieffektiva byggnader är ett väldigt outvecklat område
Jordbruk
Jordbrukets energiförbrukning
Den gröna revolutionen Mellan 1950 och 1984, då den gröna revolutionen transformerade jordbruket världen över, ökade spannmålsproduktionen med 250% Detta är en enorm ökning av den tillgängliga matmängden för samhället Denna nya energimängd kom inte från ökad solinstrålning eller ökad mängd jordbruksmark
Agrikemikalier Drivkraften bakom den gröna revolutionen kom från fossil energi Kvävegödning (från naturgas via Haber-Bosch) Pesticider, fungicider, insekticider och syntetiska tillväxthormoner (görs från olja) Fossildriven konstbevattning och otaliga jordbruksmaskiner
Mekaniserat jordbruk
Energi & jordbruket För varje kalori mat vi äter så har 3-4 kalorier fossil energi sprayats på fälten som gödning Den gröna revolutionen och den snabba befolkningstillväxten efter 1950-talet är ett resultat av att göda jordbruksmarkerna med petrokemikalier Jordbruk har ändrats mer under de senaste 50 åren än under de föregående 2000 åren
Spannmålsproduktionen
Att föda världen Mekaniserat jordbruk med syntetiska gödningsmedel ger mat för omkring 3000 persons/km 2 Avancerat ekologiskt jordbruk med naturliga gödningsmedel ger mat för omkring 200 persons/km 2 Utan fossil energi kan det bli svårt att mätta alla munnar Källa: Emanuelsson et al (2002), Det skånska kulturlandskapet
Livskvalité och Energi En hög levnadsstandard kräver hög energiförbrukning Kylning av mat, klimatkontroll, elektricitet, sjukvård, belysning och mycket annat som gör livet lättare att leva kräver mycket energi Produktion av medicin, överskott av mat, fri transport av varor och personer går bara med överskott på energi
Energianvändning och HDI
Annan påverkan Förutom direkt användning påverkar energin samhället via flera andra mekanismer 1. Energipolitik 2. Energisäkerhet 3. Utsläpp och föroreningar
Energipolitik Som vi tidigare såg är energikostnaden viktig för många industriella processer Energiintensiv industri flyttar till platser där energin är billig Flertalet svenska industrier har förlagt eller hotat om att förlägga produktionen till andra länder som ett resultat av höga energipriser
Billig energi ger fler jobb Genom att hålla låga energipriser kan man ofta skapa eller behålla jobb inom sitt land Låga priser på drivmedel och energi efterfrågas ofta av väljare som inte vill få för dyra räkningar för att leva Billig energi är viktigt för att behålla sin industri Subsidier till kolbrytning i England och Tyskland Subsidier till bränslen i många länder
Aktivism kring energi
Energisäkerhet En säker tillgång på energi till rimligt pris är viktigt för att ha en stabil ekonomi och en nationell säkerhet enligt många politiska doktriner Olja är vad som driver det moderna samhället och här återspeglas det tydligast Nästan alla länder behöver olja men få har stora egna nationella reserver
Carterdoktrinen Let our position be absolutely clear: An attempt by any outside force to gain control of the Persian Gulf region will be regarded as an assault on the vital interests of the United States of America, and such an assault will be repelled by any means necessary, including military force Jimmy Carter USA:s president Mellan 1977-1981
Oljeimport
Oljeexport
Libyens oljeexport National Oil Company (NOC) dominerar produktionen med ett antal mindre bolag med på arenan OPEC-medlem som styrs av kvotsystemet
Nigeria Stor resursbas, men ostabila förvållanden håller tillbaka expansion Oljan exporteras främst till USA och Europa
MEND-gerillan Nigeria har stora problem med gerillaattacker och sabotage som håller tillbaka produktionen
Angola Mer än 90% av oljan går till USA och Kina Produktionen sker i joint-ventures med internationella oljebolag
Sudan Domineras av asiatiska intressen Oljan är koncentrerad till södra och oroliga delarna
Sammanfattning Kina, USA med flera har inget val än att vända sig till Afrika för att kunna få sin efterfrågade olja Olja finns bara på vissa platser och dit måste man om man vill ha oljan
Olja är en krigsmagnet Många konflikter är relaterade till olja Andra Världskriget hade många petroleumrelaterade konflikter World War 2 had many oil-related elements in it Darfur i Sudan, är inte bara en etnish/religiös konflikt utan även en tvist om stora oljetillgångar i syd som regeringen i norr inte vill dela med folket i syd eftersom man tillhör olika folkgrupper
Oljan och Darfur
Irak-krigen Gulfkriget började med att Kuwait tjuvborrade in på irakiskt terrirotium och utvann deras olja, Irak svarade då på denna ekonomiska attack genom att invadera FN och NATO ingrep och besegrade Irak Ett olja-för-mat-program instiftades så att irakisk olja kunde nå världsmarknaden trots att sanktionerna fortfarande var närvarande
Brinnande oljefält
Bush-administrationen Nära anknuten till oljebolag Hade energisäkerhet som ett viktigt mål Såg demokratiseringen av mellanöstern som ett sätt att säkra olja åt USA Condoleezza Rice var en av Chevrons oljetankrar, men döptes snabbt om då Condi blev minister
Störtandet av Saddam USA och dess allierade hävdade att Irak hade massförstörelsevapen och invaderade ett tag efter 9/11 De lyckades inte hitta några massförstörelsevapen men säkrade däremot flera oljefält De nya oljelagarna var viktiga hörnstenar för den nya irakiska regeringen Rykten om oljekartor under krigets planering
Var oljan en orsak?
Kostnaden för USAs krig Kostnaden för USA:s krig i Irak har uppskattats till: 800 000 000 000 dollar (enligt costofwar.com) Irak har oljereserver motsvarande 115 miljarder fat, Med ett oljepris på 100 dollar/fatet är Iraks olja värd: 11 500 000 000 000 dollar Alltså har kriget bara kostat runt 7% av oljans värde och hela projektet är en rätt bra ekonomisk affär
Kina säkrar olja
Putin och rysk energiexport Ryssland har stora reserver med fossil energi Allt fler blir beroende av den ryska energin
Svensk oljeimport Källa: Nygren et al (2009) Aviation fuel and future oil production scenarios. Energy Policy, Volume 37, Issue 10, October 2009, Pages 4003-4010
Rysk export till Kina
Sammanfattning Vi rör oss från en era med billig och lättillgänglig energi mot en era av dyr och svårtillgänglig energi Detta återspeglas i det ökade globala intresset för energisäkerhet Ökade investeringar i militära styrkor och närvaro vid resursrika områden
Energi och miljö Förbränning genererar alltid koldioxid samt potentiellt andra oönskade utsläpp Dessa kan vara miljöfarliga och orsaka stora problem Koldioxid och andra växthusgaser har pekats ut som ansvariga för att ändra jordens klimat och göra det varmare NOx, SOx och andra substanser ger surt regn som kan skada skogar och byggnader
Miljöproblem Smog och dis Surt regn Landskapspåverkan från gruvdrift Klimatförändringar Förgiftning av land och mark
Koldioxid All förbränning ger koldioxid CO2 och andra gaser kan fånga in värmestrålning och leda till global uppvärmning
Förbränning påverkar atmosfären
Miljörörelsen Miljörörelsen har fått mycket politisk makt och gjort miljöfrågor till vardagsfrågor i många länder Al Gore, IPCC och 2008 års Nobel pris Kyoto, Köpenhamn med mera
IPCCs prognoser
Kyotoprotokollet År 1997 inträdde ett antal länder i Kyotoprotokollet och enades om att minska koldioxidutsläppen Ett fåtal länder skrev inte på, däribland USA och Australia som hävdade att det skulle skada deras ekonomier Kina, Indien och flera andra u-länder hade inga krav på sig i protokollet då ekonomisk tillväxt sågs som viktigare
Framtida klimatförändringar Förutspås via en rad datormodeller The Special Report on Emission Scenarios från IPCC är en central pelare Den prognosticerar framtida utsläpp utifrån ett antal antaganden om framtida priser, ekonomi, befolkningstillväxt och dylikt Resursbegränsningar inkluderas inte märkligt nog
Ändlighet vs uppvärmning?
Källa: Sivertsson, IPCC IPCC vs peak oil
Källa: Sivertsson, IPCC IPCC vs peak gas
Källa: Höök et al (2010), IPCC IPCC vs peak coal
Sammanfattning: miljö Det finns många åsikter om miljön och klimatet och hur man måste sluta med fossil energi Peak Oil och resursernas ändlighet kräver samma lösning, men omöjliggör däremot en påtaglig människoskapad global uppvärmning såvida inte klimatet är känsligare än vad man tidigare trott Andra mer lokala miljöproblem måste också lösas, däribland surt regn, förgiftning och smog
Tack för uppmärksamheten! Läs mer om forskningen här: Globala Energisystem: http://www.fysast.uu.se/ges/ ASPO: http://www.peakoil.net eller http://www.asposverige.se