Bæredygtig energi

Hvorfor er bioethanol interessant? Hvorfor er det nødvendigt at udvikle teknologier til udnyttelse af fornybare ressourcer? Og hvorfor er denne opgave højst aktuel og relevant? I dette afsnit besvares disse indledende spørgsmål som motivationen for dit videre arbejde med projektet. Begreberne om bioethanol, der anvendes her, kan virke nye, men vil blive beskrevet nærmere i de næste afsnit. I det følgende gennemgås to drivkræfter for udviklingen af teknologi til bioethanolproduktion; nemlig det at olien slipper op samt CO₂-udledningen fra fossile brændsler.

Spørg engang dig selv hvor energien kommer fra? – Energien til varmt vand til brusebadet og radiatoren, – den elektriske energi som driver metroen og din computer, – energien i benzinen som driver bilen frem ved forbrænding og – energien til de utallige andre processer, som konstant finder sted i samfundet omkring dig. Hvad er den oprindelige kilde til denne energi?

Et fundamentalt fysisk princip om energiens bevarelse betyder, at energi hverken kan opstå eller forsvinde, men at den kan omdannes mellem forskellige former. Således drives en bil frem, når kemisk energi indeholdt i de kemiske bindinger i benzinen (forgrenede alkaner) omdannes delvist til bevægelsesenergi og varme. Det sker, når bindingerne sprænges ved forbrænding (oxidation).
Konventionel benzin og diesel fremstilles i den petrokemiske industri ud fra råolie, så den kemiske energi i benzinen stammer altså fra olie. Men hvorfra stammer da energien i olien? Svaret er ligetil og simpelt: Solen er den oprindelige kilde. Solen indeholder enorme mængder oplagret energi, som den til stadighed udsender i form af lys og varme (elektromagnetisk stråling).

Som omtalt boksen nedenfor opfanges energien fra Solen af fotosyntetiserende planter og organismer, hvorunder de fikserer CO₂. Dette er yderst centralt for hele Jordens befolkning. Energien i de kemiske bindinger i olie og andre fossile brændsler er oprindeligt havnet her gennem planters og organismers fiksering af CO₂. Siden hen er disse døde, og gennem millioner af år er det organiske materiale blevet komprimeret og kemisk reduceret til kompakte, energiholdige former, som vi kender som de fossile brændsler olie, kul og naturgas.

I det 21. århundrede fortsætter en udvikling, som har kendetegnet det 20. århundrede: Fossile brændsler anvendes i stadig hurtigere tempo til energi, samtidig med at Jordens samlede energibehov hastigt stiger. Dette voksende forbrug af fossile brændsler betyder, at eksperter nu anslår, at et maksimum for olieproduktion er nået; der kan ikke produceres mere olie, end der gør nu (jf. Figur 1). Det er yderst kritisk af mange årsager – f.eks. fordi 95 % af Jordens energiforbrug til transport dækkes af olie (Fulton, Eads 2004)! Derfor er det nødvendigt hurtigt at finde nye energiformer.

Figur 1. Verdens olieproduktion i milliarder tønder pr. år. Bemærk at figuren er fra 1998 og at toppen ved 2006 derfor kun er en prognose (Duncan, Youngquist 1998).

Figur 2. Prisudviklingen på råolie siden 1861 i US$ pr. tønde. Olie har været billigt stort set gennem hele det 20. århundrede (undtaget under oliekrisen i 1970’erne), men i starten af det 21. århundrede stiger prisen voldsomt (Davies 2006).

Ved forbrænding af fossile brændsler frigives CO₂, som er en drivhusgas. Det voldsomme forbrug af fossile brændsler, som er udviklet henover de seneste 150 år, har betydet, at den atmosfæriske CO₂-koncentration i samme periode er steget med 25 % (jf. Figur 3) (NEIC 2004). De senere år har verden set voldsomme naturkatastrofer som hurricanes og tsunamier. Samtidig har eksperter påvist at gletsjere i de polare egne er begyndt at smelte; tilsyneladende som følge af drivhuseffekt og global opvarmning. Disse fænomener har medført, at regeringer og organisationer verden over har underskrevet aftaler om at arbejde på at bringe udledningen af CO₂ ned. Dette kan ske på flere måder, men primært transportsektoren ses som et mål i forhold til at sænke udledningen. Denne sektor står på verdensplan for omkring 20 % af al udledt CO₂, og der er kun er et meget ringe årligt fald i udledningen fra transport. Disse miljømæssige overvejelser er vigtige for dit arbejde med projektet her, idet det netop handler om at fremstille brændstoffer, som ikke udleder CO₂.

Figur 3. Den atmosfæriske CO₂-koncentration og den antropogene CO₂-udledning (dvs. som skyldes menneskelige aktiviteter) gennem de sidste 250 år (NEIC 2004).

Meget mere kan siges om forbruget af fossile brændsler og CO₂-udledning, men det er ikke målet med dette projekt. I stedet skal fokus nu rettes mod mulige løsninger. Hvilke metoder og teknologier kunne løse disse to truende problemstillinger? Hvilke veje må vi tage for at kunne sikre fremtidens samfund energi på en miljømæssigt forsvarlig måde?

Svaret er igen simpelt: Bæredygtighed. Den nuværende totale afhængighed af fossile brændsler til energi, kemikalier og materialer er ikke en mulighed for fremtiden – det er ikke en bæredygtig vej, fordi netop disse ressourcer på sigt vil slippe op. Global eller national bæredygtighed som begreb skal forstås ved, at de processer, som anvendes i verdenssamfundet eller i det enkelte land, energi- og miljømæssigt er baseret på fornybare ressourcer. Disse to begreber er vigtige at notere sig, idet de danner den røde tråd gennem hele dette projekt.

Kun ved at udvikle teknologier og metoder til at skabe de, for samfundet, nødvendige elementer: energi, kemikalier, materialer og lignende ud fra fornybare ressourcer kan vi bevæge os på en bæredygtig kurs og dermed sikre det fremtidige verdenssamfund. Som omtalt tidligere ”stammer” al tilstedeværende energi fra Solen. Den udstråler energi til Jorden, og på Jorden eksisterer samtidigt energi i de atomer og molekyler, hvoraf Jorden blev dannet for 4,5 milliarder år siden. Det betyder, at der principielt er to kilder til fornybare (eller rigelige) ressourcer: Solen og allerede eksisterende atomer.

Energien i allerede eksisterende atomer er nævnt for at vi også kan overveje atomkraft, også kaldet kernekraft. Både kernespaltning af tunge atomkerner (fission) og kernesammensmeltning af små atomkerner (fusion, kun på forskningsniveau) er processer, hvorved nukleare energier omdannes til varme og siden til elektricitet. Uran som anvendes i fissionskraftværker er strengt taget ikke en fornybar ressource, men verdens uranreserver vil formentlig række meget lang tid, efter de fossile brændsler er sluppet op (Kidd 2005). Danmark anvender som bekendt ikke kernekraft, men på verdensplan bidrager kernekraft til 16 % (2003) af al produceret elektricitet (EIA 2004). Kernekraft udleder kun indirekte uhyre beskedne mængder CO₂ ved det minearbejde, der foregår for at indsamle uranmalm. På trods af det åbenlyse problem med deponering af radioaktivt affald må kernekraft derfor ses som en positiv og nødvendig vej i fremtiden.

Figur 4. Verdens elektricitetsproduktion i 2002 fordelt på kilde (IEA 2004).

I Danmark er der flere forskningsinstanser inden for bæredygtighed og fornybare ressourcer. Særligt satses stort inden for biofuels, og især bioethanol prioriteres højt. DONG Energy udvikler i disse år, i samarbejde med universiteterne, metoder til at omdanne billig biomasse som halm til bioethanol. Derved giver virksomheden deres bud på, hvordan en del af verdens energibehov kan efterkommes i fremtiden. I det følgende beskrives de teknologier som DONG Energy bruger, idet hele processen gennemgås fra halm til bioethanol.

Læs mere:

Verdens forventede oliereserver
Om verdens oliereserver og om det oil peak (maksimal olieproduktion), som er analyseret af utallige offentlige og private instanser.

Kyoto-aftalen
Om Kyoto-aftalen der forpligter de indgående lande til specifikke mål i forhold til at nedbringe udledningen af drivhus-gasser.

E85 (benzin med 85% ethanol) og brugen af det i Brasilien
Om E85 og brugen af bioethanol i Brasilien

An inconvenient truth
Website bag Al Gores film, ”An inconvenient truth”. Filmen omhandler global opvarmning og de miljømæssige konsekvenser heraf.

International Thermonuclear Experimental Reactor
Om det multinationale forskningsprojekt inden for fusionsenergi, International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), som i 2008 påbegynder bygning af et forsøgsanlæg i Cadarache i Sydfrankrig