Energin räcker – om vi kan ta vara på den
Genomfört>> ”Forskning är en mycket social verksamhet. Vi forskare sitter inte med vit rock i ett hörn för oss själva. Och forskningen är väldigt internationell också – på avdelningens julfest brukar vi göra en country count som alltid visar att sådär 15-20 nationaliteter är representerade.”
Det sa kemiprofessorn Villy Sundström från Lunds universitet när han talade inför ca 200 elever och lärare på Skolstaden i Helsingborg förra veckan (fredag 15 oktober 2011). Huvudämnet för dagen var energi och hållbarhet och på scenen tillsammans med Villy stod Eva Nordberg Karlsson, docent i bioteknik i Lund.
Villy är professor i kemisk fysik och hans huvudområde är solceller. Kring det kretsade också hans föredrag. Utgångspunkten var dagens situation där 80% av energin kommer från fossila bränslen som olja och kol, men framför allt prognosen för de närmaste decennierna:
- 2050 kommer världen att behöva 2-3 gånger mer energi än idag till följd av ökande befolkning och krav på höjd standard.
Det handlar alltså om 40 år om en global effektförbrukning av ca 30 terawatt (TW).
Då duger inte längre de fossila energikällorna med deras alldeles för stora utsläpp av klimatpåverkande växthusgaser, framför allt stora mängder koldioxid. Villy påpekade att studier av borrkärnor från Arktis istäcke visar att temperaturhöjningen aldrig gått så snabbt som de senaste 100 åren och han illustrerade med den berömda ”hockeyklubban”, diagrammet med kurvan som löper vågrätt genom tusen år för att stiga brant i våra dagar. Han ställde sig i förbigående tveksam till om mer eller mindre uppfinningsrika metoder att stänga in koldioxid – lagra den under jord eller släppa ut den i havet – verkligen kan erbjuda säkra och bra lösningar och bidra till att stoppa klimatutvecklingen.
Inte heller kärnkraften är en utväg för evigt, inte ens om säkerhetsproblemen skulle lösas i grunden. Den bygger på ändliga energikällor. Villy Sundström:
- Vi måste helt enkelt satsa på det förnybara. Det finns en hel del att ta av Räknat i effektförbrukning kan biomassa globalt ge 7-10 TW, vattenkraft någonstans 1-4 och vindkraft ungefär 6. Geotermisk energi har i jämförelse stor potential, den ger 0,057 watt per kvm vilket betyder så mycket som ca 40 TW globalt över hela jordklotet – problemet är dock utvinningen och bara en mycket liten del av detta torde kunna utnyttjas praktiskt.
Direkt solenergi är en fantastisk och obegränsad resurs – solen strålar in 120 000 TW mot jordens yta – jämför med det beräknade ökade behovet på ungefär 30 TW – det räcker alltså med att nyttiggöra en liten del av allt detta så är problemet löst, hävdade Villy.
Sedan berättade han hur det kunde gå till. Det blev en spännande kavalkad av gigantiska soltorn på varma breddgrader som kan producera ånga för att driva elgeneratorer, möjligheten att imitera den än så länge gäckande fotosyntesen (”mycket forskning pågår”) och nya former av solceller. En stor del av föredraget handlade om just de senare.
Villy passade på att korrigera påståendet att det skulle krävas enorma arealer täckta med solceller för att fånga in den direkta solenergin. Det är tillräckligt med ganska modesta ytor.
- Bara att belägga alla hustak med solceller skulle räcka väldigt långt. Det är realistiskt att ett villatak på 200 kvm kan ge 20 kW i utbyte.
Dessutom är trenden att solceller blir allt effektivare och billigare. Rekordet hittills som dock gäller en forskningssolcell, är 42% verkningsgrad. Kiselsolceller - de solceller som idag finns i handeln – ligger på ca 10% men kan komma upp i 20-30%. Grätzelsolcellerna (som de heter efter uppfinnaren) är gjorda av s k nanostrukturerade material, material vars egenskaper manipulerats ner på atomnivå, och har en verkningsgrad på upp till ca 13% – dessutom är de inte särskilt känsliga för vinkeln mot solen. Slutligen experimenteras med solceller av olika plastmaterial (verkningsgrad 8-9%). Plastsolcellerna är böjliga rent fysiskt men också flexibla i den meningen att kolvätekedjorna de består av kan pusslas ihop och finjusteras av smarta kemister för bästa möjliga resultat.
Att kemisterna på detta sätt kan skräddarsy material till solceller är av stor betydelse. Cellerna ska nämligen fylla många krav som Villy sammanfattade så här:
• ha högverkningsgrad
• kunna täcka stora ytor
• vara rimliga i pris
• vara gjorda av miljövänligt material
• hålla i minst 10-20 år
Att forskare, inte minst kemister, och tekniker står inför stora utmaningar men också spännande möjligheter är alltså uppenbart. Det framgick tydligt även av Eva Nordberg Karlssons föredrag om bioteknikens möjligheter att bidra till lösningen av framtidens energiproblem. De möjligheterna är större än vad kanske de flesta är medvetna om.
Eva påminde från starten om det energimål för år 2020 som EU satt upp: 20% av energin ska komma från förnybara källor. 10% av energin för transportsektorn ska ha förnybar ursprung. Och växthusgaserna ska reduceras med 20%.
Kan biotekniken bidra till förverkligandet av sådana mål i vår världsdel och globalt?
- Ytterst handlar det om att använda odlingsarealer på rätt sätt, påpekade Eva.
Detta måste hela tiden ske utan att det blir konkurrens mellan livsmedelsproduktion och produktion för energiändamål. Ett konkurrensförhållande som oljan står vid sidan om, för övrigt.
Finns det då någon potential kvar för energiproduktion på jordens arealer? För Nordamerikas del är svaret definitivt ja, i viss mån även för Europa. I Asien däremot är arealerna redan körda i botten, ja, närmast överutnyttjade.
Men det finns ett knep, eller kanske man snarare ska kalla det en strategi, som kan sammanfattas i parollen ”Använd allt!” Det är lite som i den gamla visan om bonden och kråkan.
- Gör så mycket som möjligt av det som odlas, gör inte energi av de ätliga delarna men utnyttja blast, skal och halm. Använd inte spannmål men det som blir kvar när livsmedelsdelen tagits till vara.
De är här de fascinerande s k bioraffinaderierna kommer in i bilden. In i ett sådant kommer biomassa eller olika slags avfall, ut kommer bränsle som etanol, biogas och vätgas men även t ex plaster och kemikalier – bioraffinaderier producerar alltså inte bara energi. Prototypen är förstås det klassiska oljeraffinaderiet ur vilket det kommer såväl högoktanig bensin som asfalt.
Än så länge finns det kompletta bioraffinaderiet bara på ritbordet och i forskarvärlden. När sådana fabriker växer upp inom en inte alltför avlägsen framtid kommer de att ge ett rejält tillskott till energiförsörjningen.
- Men bränsle från biomassa kan aldrig fylla igen hålet efter den nuvarande konsumtionen av fossila bränslen, framhöll Eva. Det handlar om att kombinera olika energikällor för att tillgodose de framtida behoven.
Helt oproblematisk är inte heller biobaserad energiproduktion. Den nämnda konkurrensen med livsmedelsproduktionen är bara ett av problemen. Det gäller också att se upp för svåra miljöeffekter, sådant som kan få hela floder att se ut som skumbad när de fyllts på med avrinningsprodukter från reningsverk. Den totala processen kan också vara svåröverskådlig. Det är lätt gjort att bita sig i svansen och få ut plus minus noll eller t o m mindre energi än vad som tillförs. Eva:
- Därför är s k livscykelanalys ett mycket viktigt sätt att avgöra om en metod är bra eller dålig, långsiktigt hållbar eller inte, eller om en metod är bättre eller sämre än en annan. I en sådan analys vägs den totala energiåtgången och de slutliga utsläppen och deras innehåll mot det som kommer ut i form av nyttigheter som bränslen eller olika material.
Den smartaste formen av energiproduktion är väl kanske ändå att få naturens egna processer att gå direkt på slutresultatet utan omvägen via hantering av grödor och avfall. Ett exempel är de redan nämnda försöken att imitera fotosyntesen, en annan att utnyttja alger. I det senare fallet kanske organismerna, i stället för att föröka sig i stor skala, efter någon påverkan av genuppsättningen kan fås att producera t ex direkt användbar gas.
Förmiddagen med Villy och Eva visar att det finns många kreativa vägar att nå fram till en grön, hållbar energiproduktion utan att behöva ge avkall på planetens ökande energibehov. Det är trösterikt att tänka på att energin finns där runt hörnet och att det handlar om att hitta de smartaste sätten att fånga in den.
Kanske något som har förutsättningar att lyckas bäst i den ”sociala” forskarvärlden som, när den är som bäst, är en miljö där många mer eller mindre egensinniga personligheter med skiftande bakgrunder blandas och där öppenheten att pröva nya idéer är stor.
