Energieffektivitet

Fremtidens energisystemer vil sandsynligvis blive baseret på en kombination af mange forskellige vedvarende energikilder (samt muligvis A-kraft). Systemerne skal producere brint og elektricitet til transportsektoren samt elektricitet til boliger, institutioner og industri. Samtidig skal systemerne forsyne hele samfundet med energi til opvarmning. For at erstatte fossile energikilder skal systemerne have begrænset energitab (varme, energiomdannelse og energitransmission), og energien skal kunne produceres konstant og lagres til det tidspunkt, hvor behovet opstår.

Fremtidens elnet til boliger og industri

Elektriciteten i vores stikkontakter kommer hovedsageligt fra kraftværker, der omdanner fossile brændstoffer til strøm ved at opvarme dem til gas, der driver en elektrisk turbine. Effektiviteten (hvor meget energi der produceres i forhold til den bundne kemiske energi i brændstoffet) afhænger blandt andet af, hvor høj temperatur og tryk gassen opnår, når den sendes ind i turbinen.

I mange år er kraftværkerne blevet færre, større og mere effektive. Danske kraftværker er blandt de mest effektive med en effektivitetsgrad på over 50 %, mens mange andre europæiske værker ofte har været nede på 35 %. I nogle udviklingslande er kraftværkernes effektivitet endnu lavere. Systemet er de senere år blevet langt mere komplekse. Afbrænding af affald samt af restprodukter fra landbrugsproduktionen indgår i kraftværkernes el-produktion, og elektricitet produceret af vindmøller er integreret i elnettet og udgør en voksende del af forbruget. En del dage om året producerer danske vindmøller mere elektricitet, end vi forbruger.

Elnettet er opdelt i højspændingsnet og regionale distributionsnet. I fremtiden vil både private boliger og industrien formentlig selv producere en stor del af den nødvendige energi lokalt. En boligejer vil endda kunne tjene penge på at sende eventuel overskudsproduktion tilbage i elnettet. Ved at placere solceller, vindmøller og geotermiske anlæg på boliger og i haver, og ved at benytte sin elbil som et energilager, der udveksler elektricitet med nettet, kan man både reducere energitabet og mindske CO₂-udledningen

Smartgrid er en betegnelse for et system, hvor elproduktion baseret på vedvarende energikilder kan indgå og udnyttes i elsystemet.

Fremtidens drivmidler til transportsektoren

Da vedvarende energikilder har lavere energitæthed end olie, skal vedvarende energi igennem flere processer for at omdannes til effektivt brændstof, der kan fungere som drivmiddel i et fly eller en lastbil.

Det er fortsat kun en lille del af vore transportmidler, der benytter brændstof baseret på vedvarende energikilder som ethanol (CH3 CH2 OH), biodiesel og brint/hydrogen (brintbiler).

Elbiler kan oplades med energi produceret af vindmøller, og mange anser elektrificering af hele transportsektoren som et oplagt fremtidsscenarie.

Fordele og ulemper ved elektricitet som drivmiddel.

Dele af transportsektoren er i gang med omstillingen. Der opsættes elmaster langs jernbaneskinner i både Danmark og i EU. Planer er at hele jernbanesystemet skal drives af el. En elmotor har kun få bevægelige dele sammenlignet med en benzinmotor og er i princippet derfor både billigere at fremstille og mere holdbar end klassiske motorer. Det lyder besnærende med en fremtid, hvor alle transportmidler er støjsvage og forureningsfri, så hvorfor er ikke alle vore transportmidler allerede nu elektriske?

Batteriernes begrænsede lagerkapacitet

Problemet ligger i batteriernes begrænsede lagerkapacitet og energieffektivitet. Transportsektoren kan i den sammenhæng sidestilles med mobiltelefoner og computere. Vores smartphones kan håndtere utrolige mængder af data og programmer, men der er endnu ikke opfundet et telefonbatteri, der kan klare 48 timers streaming uden at skulle oplades. Og en bærbar computer med mere end seks timers batterifunktion er en sjældenhed.

Et stort og tungt tog kan nemt drives af elektricitet, men kun fordi elforsyningen til toget er kontinuerlig og i princippet utømmelig, så længe kraftværkerne leverer højspænding til elmasterne langs banelinjen. Hvis toget skulle drives med sin egen medbragte energi, skulle batteriet formentlig være på størrelse med flere togvogne, og alligevel ville det næppe være i stand til at bevæge togstammen i det ønskede tempo og med den ønskede rækkevidde. Selv en moderne el-bil som en Tesla har ikke samme rækkevidde som en bil, der drives af benzin eller diesel, selv om Teslaen er langt lettere end tilsvarende klassiske biler.

Lang vej til eldreven transportsektor

Når man ser på godstransport i stedet for blot persontransport bliver problemet med el-drevne transportmidler langt større. Der er et pænt stykke vej endnu, før en fremtid med eldrevne lastbiler og eldrevne containerskibe er realistisk. Kan man forestille sig, at man engang vil kunne sætte sig ind i et eldrevet rutefly?

En løsning for fremtidens transportsektor uden hverken A-kraft eller fossile brændstoffer vil formentlig omfatte både brint og biobrændsel som drivmidler til den tunge transport suppleret med udstrakt brug af elektricitet dannet fra vedvarende energikilder til persontransport.

Forskning og nye projekter inden for energilagring og energieffektivitet

Forskere på universiteter og i industrien arbejder på at finde nye eller bedre teknikker til at lagre og udnytte energien fra vedvarende kilder og på at øge udnyttelsesgraden af energien. Eksempler på aktuelle projekter:

• I Nordtyskland tæt på den danske grænse konstrueres et enormt lithium-batteri der skal opsamle og lagre den overskydende energi, der produceres af områdets vindmølleparker. Eksternt link

• Nyt energilager samler energi i varme sten. Strøm fra vindmøller benyttes til at opvarme luft, der derpå blæses ind mellem et stort stenlager og opvarmer stenene til 600 grader. Varmen fra stenene kan derefter igen blive til strøm når der er brug for det. Omdannelsen foregår via en turbine og en generator. Artikel fra Ingeniøren om energilagring

• Katalysatorer spiller en central rolle, når vi i fremtiden skal erstatte fossile brændstoffer med vedvarende energi. Katalysatorer er ikke mindst afgørende, når det handler om 2. og 3. generations biobrændsel. Nyt forskningscenter skal arbejde med at udvikle katalysatorer til bæredygtigt brændstof. Nyhed fra DTU om katalysatorer

• Nye katalysatorer kan gøre det rentabelt at producere brint. Artikel fra Ingeniøren
• Ny kemi kan mangedoble flowbatteriers levetid. Engelsk artikel