Det Hållbara Vätgassamhället

GÖTEBORGS UNIVERSITET
Naturvetenskaplig problemlösning
GÖTEBORG UNIVERSITY
Problem Solving in Science
Göteborg 2050 –
Det Hållbara Vätgassamhället
Robert Hedman
Examensarbete 20 poäng
Handledare: Johan Swahn
Avdelningen för Fysisk Resursteori
Chalmers och Göteborgs universitet
Februari 2005
Sammanfattning
Energi är en väsentlig grundpelare i dagens samhälle. Tyvärr orsakar dagens höga
och ökande användning, tillsammans med det faktum att 80 % av energin är av fossilt
ursprung, en rad problem. Växthuseffekt, försurning, hälsoeffekter på grund av
luftföroreningar och en begränsad tillgång på fossilgas, olja och kol är alla bra skäl till
att söka nya, långsiktigt hållbara lösningar för vår energiförsörjning. Bland dessa
lösningar finns sådana där väte används som energibärare istället för de fossila
energibärare som används idag.
Syftet med denna studie är att undersöka om väte kan ta en betydande roll och i så
fall vilken, i ett framtida hållbart energisystem i Göteborg, i en hållbar omvärld.
Metoden som använts är backcasting. Det är en metod som med fördel används för
framtidsstudier av komplexa system, där dagens trender och andra omvärldsfaktorer
utgör en del av problemet. Resultaten pekar på problem med att väte är energikrävande
vid produktion och vid omvandling och distribution i hanterbar form. Möjligheter till
storskalig överföring finns med rimliga lösningar och väte kan fungera som kemisk
energilagrare samt som bränsle i bränsleceller.
I ett system med förnybar primärenergi i överflöd kan väte bli en viktig
energibärare. I andra fall kan väte istället få roller inom passande nischer. En slutsats av
detta är att dagens energipolitik och energiforskning bör inrikta sig på flera möjliga
vägar mot ett hållbart energisystem, samt att tidiga, storskaliga satsningar på väte kan
innebära energiineffektiva lösningar som inte medför mindre miljöpåverkan och ett
hållbart vägval.
Abstract
Energy is vital in the modern society. The present extensive and increasing use of
energy along with the fact that 80 % of the energy used today is of fossil origin, cause a
long range of problems. Global warming, acidification and health effects caused by
pollution and the limitation of fossil energy resources are all good excuses to find new,
sustainable solutions for our energy system. Among these are those which include
hydrogen as an energy carrier instead of the fossil energy carriers dominating today.
The purpose of this study is to look into whether hydrogen can shoulder a
significant burden, and in that case which, in a future sustainable energy system in
Göteborg, in a sustainable world. The method used is Backcasting, a method that is
suitable in studies on future, complex systems, where behaviours and trends and other
external conditions constitute part of the problem. The results point out hydrogen as
energy demanding in production and in transformation and distribution in a manageable
form. Possibilities for extensive energy transmission is reasonable and hydrogen can
become a chemical energy storage and a fuel for fuel cells.
In a system with abundant renewable primary energy, hydrogen may become an
important energy carrier. In other cases, hydrogen may be more suitable in specific
niches. A conclusion made out of this, is that energy policies of today should be broad
banded and aim for multiple different paths towards a sustainable energy system. Early,
large-scale commitments to hydrogen development might lead into energy ineffective
solutions, neither reducing the environmental effects nor leading on a sustainable path.
Förord
Denna rapport är resultatet av ett examensarbete i naturvetenskaplig problemlösning
med inriktning på miljövetenskap som har genomförts på Institutionen för Fysisk
Resursteori, Chalmers och Göteborgs Universitet, och är kopplad till projektet
Göteborg 2050.
Energisystemet är den dominerande källan till samhällets utsläpp av koldioxid och
andra negativt påverkande ämnen och föreningar. Hur dessa ska kunna minskas för att
begränsa den förstärkta växthuseffekten är en fråga som människor runt om i världen
sedan FN:s konferens om miljö och utveckling i Rio de Janeiro 1992 och
klimatkonferensen i Kyoto 1997 på allvar börjat fundera på. Denna rapport tar ner
frågan på lokal nivå och är ett bidrag till diskussionen om hur ett hållbart Göteborg
skulle kunna se ut i en hållbar värld.
En rapport av detta slag är tänkt att kunna bidra med framtidsvisioner som gör det
lättare för beslutsfattare, viktiga samhällsaktörer och allmänhet att arbeta och fatta
såväl kort- som långsiktiga beslut i rätt riktning – för en hållbar utveckling.
Delar av denna rapport kan verka bekanta för den som läst rapporten ”GÖTEBORG
2050 – Det Hållbara Vätgassamhället”. Den rapporten färdigställdes som en
halvtidsrapport inför ett studieuppehåll som jag gjorde från och med november 2003.
Dock skedde detta administrativt under en annan kurs, såsom ett självständigt arbete
på 10 p.
Föreliggande rapport är resultatet av det återupptagna arbetet; nya infallsvinklar har
till viss del använts, min syn på ämnet har mognat och ny kunskap har tillkommit.
Jag vill rikta ett tack till de personer som varit mest betydelsefulla för min väg fram
till denna rapport. Till att börja med min handledare Johan Swahn som under många
möten i totalt över ett års tid agerat aktivt bollplank och hjälpt mig fram. Detta
upplevde jag som mycket väsentligt i ett arbete där tankar tillåtits sväva mer eller
mindre fritt in i framtiden med utgångspunkt ifrån såväl fakta som idéer presenterade i
diverse böcker, rapporter, artiklar och inte minst ur visionerande människors
fascinerande tankar.
Sedan vill jag tacka Elin Löwendahl för ett utomordentligt arbete dels som
samordnare i Göteborg 2050, men framförallt för att på ett konstruktivt och kritiskt
sätt läst mina utkast och bidragit till förbättringar.
Charlotta Norén och Johan Rotzén har varit goda vänner och gott stöd under de dagar
då tankar på ett framtida vätgassamhälle varit allt annat än motiverande och arbetet
med denna rapport bakom datorskärmen känts på alla sätt sirapslikt, bortsett från
sötman…
Slutligen vill jag tacka alla mina studiekamrater under mina år på programmet för
Naturvetenskaplig problemlösning, särskilt då mina klasskamrater ur np -99. Utan er
hade somliga stunder på vägen fram förmodligen haft sådan effekt på mig att jag inte
orkat och denna rapport följaktligen aldrig blivit av. Så tack!
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
1 INLEDNING ........................................................................................................................................ 1
1.1 BAKGRUND ..................................................................................................................................... 1
1.2 SYFTE ............................................................................................................................................. 2
1.3 AVGRÄNSNINGAR ........................................................................................................................... 3
1.4 LÄSANVISNING ............................................................................................................................... 5
2 MATERIAL OCH METOD ............................................................................................................... 8
2.1 BACKCASTING ................................................................................................................................ 8
2.2 KÄLLDATA ..................................................................................................................................... 9
3 NULÄGESBESKRIVNING ............................................................................................................. 10
3.1 DET GLOBALA, FOSSILBASERADE ENERGISYSTEMET ..................................................................... 10
3.2 DET SVENSKA ENERGISYSTEMET .................................................................................................. 16
3.3 ENERGISYSTEMET I GÖTEBORGSOMRÅDET ................................................................................... 20
4 RAMAR OCH MÅL ......................................................................................................................... 24
4.1 EKOLOGISK HÅLLBARHET ............................................................................................................. 24
4.2 VÄLFÄRDEN.................................................................................................................................. 24
4.3 BEFOLKNING 2050........................................................................................................................ 26
4.4 RÄTTVIST ENERGIUTRYMME ......................................................................................................... 27
4.5 ENERGITILLGÅNG ......................................................................................................................... 28
4.5 KOLDIOXIDUTSLÄPP ..................................................................................................................... 29
5 VÄTE – NU OCH I FRAMTIDEN .................................................................................................. 31
5.1 VÄTE SOM ENERGIBÄRARE OCH BRÄNSLE..................................................................................... 31
5.2 TRANSPORT, LAGRING OCH DISTRIBUTION .................................................................................... 35
5.3 BRÄNSLECELLER .......................................................................................................................... 40
5.4 ANNAN VÄTGASBASERAD ENERGITEKNIK..................................................................................... 42
5.5 LIVSFARLIGT OCH MILJÖVÄNLIGT? ............................................................................................... 42
5.6 FORSKNING OCH POLICYARBETE ................................................................................................... 46
5.7 IDENTIFIERING AV INTRESSANTA VÄTETILLÄMPNINGAR ............................................................... 47
6 FRAMTIDSBILDER ........................................................................................................................ 51
6.1 DET GLOBALA ENERGISYSTEMET 2050 ......................................................................................... 51
6.2 GÖTEBORG 2050........................................................................................................................... 58
7 DISKUSSION OCH SLUTSATSER................................................................................................ 76
REFERENSER ..................................................................................................................................... 79
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
1 Inledning
Väte har på senare tid alltmer kommit att figurera som en möjlig lösning för världen
den dagen ”oljan tar slut” eller om och när den förstärkta växthuseffekten framtvingar
en revolution på energiområdet. Väte har en mängd egenskaper som gör det lämpligt
som en energibärare i ett hållbart energisystem baserat på förnybar primärenergi. Det
är ogiftigt, rent, det perfekta bränslet i effektiva bränsleceller och kan genereras på en
mängd sätt, däribland ur förnybar vind, sol, vatten och biomassa.
Idén om ett vätgassamhälle, eller en vätgasekonomi som det också benämns, och ett
sådant samhälles fördelar stöds av en mängd personer med olika visioner och agendor.
Dessa personer finns bland beslutsfattare, ledare inom näringslivet och
miljöorganisationer med mera (Cherry, 2003). Deras syn på vätgassamhället kan
ibland uppfattas som något onyanserad och populärvetenskaplig. Exempel på detta är
fraser som ”oljans ersättare är väte från havet: oändlig energi” (Illustrerad vetenskap
nr 15/2004) och att med vätgas som bränsle i våra bilar kan vi glömma bekymren med
koldioxid och andra utsläpp. ”Ur vatten kommet, vatten skall det åter vara” är
självklart en lockande tanke, men innan dessa tankar omsätts i ett nytt energisystem
behöver dess egenskaper, även negativa, noggrant analyseras.
Ett samhälle där väte är en viktig energibärare i energisystemet är på inget sätt en idé
som kommit som en följd av de senaste decenniernas snabba tekniska utveckling. Den
franske författaren Jules Verne var på många sätt före sin tid och många tekniska
innovationer som vi använder idag beskrevs av honom långt innan de blev en realitet.
I sin bok Den hemlighetsfulla ön (L’Ile Mystérieuse), 1875, förutspådde han att vatten
skulle ersätta kol som ”energikälla”. Vatten skulle splittras upp i sina beståndsdelar
och förse oss med oändliga mängder el och värme (IEA, 2003a).
En av de största utmaningarna på vägen mot ett hållbart energisystem är att ersätta de
enorma mängder fossil primärenergi som används idag med förnybar primärenergi i
form av sol, vind och vatten. Dessa energiformer finns visserligen i mängder som vida
överstiger våra globala behov men att utvinna energin och distribuera den i form av
lämpliga energibärare är inte trivialt. En av de energibärare som kan ha en plats i detta
system är väte.
1.1 Bakgrund
Den stora användningen av fossila bränslen ligger till stor del bakom den utveckling
som västvärlden genomgått sedan den industriella revolutionen. De fossila bränslena
och då främst oljan, har fått en allt större betydelse i samhället och är en mycket viktig
beståndsdel i den globala ekonomin. Men oljans stora betydelse har även gjort
samhället känsligt. Under oljekrisen i mitten av 1970-talet steg oljepriserna kraftigt
och det globala samhället fick på ett chockartat sätt upp ögonen för sitt eget beroende.
1
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Förbränningen av fossila bränslen har i olika omgångar överraskat världen efersom
den visat sig medföra miljö- och hälsoproblem. Den kraftiga smog som under 1952
drabbade London och liknande problem som sedan dess inträffat i många städer och
regioner har gjort mänskligheten medveten om att avgaser från bilar, värmekaminer,
förbränningskraftverk och industrier med mera är skadliga för hälsan. Senare
uppmärksammades försurningen, bland annat i samband med 80-talets stora ”död” av
skogar och sjöar i Europa. Här var kväve- och svavelföroreningar från förbränningen
en del av orsaken (Elvingson, 2001).
Idag är dessa problem fortfarande till viss del aktuella, även om ett målmedvetet
arbete med problemen förbättrat läget avsevärt. Teknikutveckling har lett till bättre
rening och alternativa metoder. Istället har det nya hotet, i form av den förstärkta
växthuseffekten och därpå följande klimatförändringar, uppmärksammats och hamnat
i fokus.
Energisystemet berör på ett eller annat sätt det mesta i vårt samhälle. Det är på många
sätt avgörande för våra arbeten, för våra transporter, för vårt boende och vår allmänna
välfärd. Basen i energisystemet utgörs av primärenergin, det vill säga den ”källa” ur
vilken vi hämtar all den energi som vi sedan använder. I större delen av den
industrialiserade världen och i en växande del av utvecklingsländerna finns energin
lättillgängligt flödande genom alla de tjänster vi nyttjar i våra liv. Den totala
energitillförseln i världen har med få undantag ökat ständigt sedan industrialiseringen
kom igång på mitten av 1800-talet. Tyvärr är hela 80 % av denna baserad på fossil
primärenergi (IEA, 2003b), samtidigt som solens ljus dygnet runt flödar emot jorden,
ett ljus som innehåller omkring 1 000 000 000 TWh energi per år. En miljard TWh.
Dagens globala energitillförsel uppgår till ca 120 000 TWh per år (WEA, 2000).
1.2 Syfte
När man läser statistik och rapporter om världens utveckling, det ökande uttaget av
ändliga naturresurser, om svält, epidemier och fattigdom, de dystra prognoserna om
växthuseffekten och det globala klimatet med mera, ligger det ibland nära till hands
att måla världen i grått och drabbas av uppgivenhet. Men framtiden är i våra händer.
Den är vårt ansvar och i allra högsta grad möjlig att påverka! Vår strävan mot ett
hållbart samhälle har börjat såväl i Sverige som i vår omvärld. Forskning och
snillrikhet finner nya lösningar, nya vägar i rätt riktning. Vindkraften växer
tillsammans med biomassabaserad energiproduktion mot en allt större och mer
betydelsefull position i energisystemet. Arbetet mot effektivare energianvändning, en
av de kanske viktigaste punkterna på den hållbara utvecklingens agenda, går sakta
men säkert framåt.
Syftet med denna rapport är att genom backcastingmetoden ta fram framtidsbilder av
rimliga möjligheter för väte i ett hållbart energisystem. Var kan väte som energibärare
och bränsle tillsammans med tillhörande energiteknik utgöra en effektiv och praktisk
kombination att tillhandahålla energi för energiberoende tjänster? Samtidigt som
möjligheterna tas fram syftar rapporten till att finna de begränsningar som är knutna
till väte som energibärare.
2
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Enligt Cherry (2003) saknas en diskussion om de problem som ett utbrett användande
av väte, likt våra fossila bränslen idag, kan leda till. Dessa problem gäller inte bara
teknologin utan även ett sådant systems integration med samhället. Utifrån de
blandade erfarenheter mänskligheten har av tidigare teknikskiften, finner han den
konsensus som verkar finnas bland beslutsfattare och utvecklande parter förvånande.
Hos dessa vilar ett etiskt ansvar att utreda alla tänkbara ofördelaktiga konsekvenser,
särskilt med tanke på teknologins potential att bli världsomvälvande.
De negativa konsekvenserna glöms vid teknikutveckling alltför ofta bort men är
nödvändiga att analysera för att undvika nya överraskningar i stil med övergödning,
försurning och växthuseffekt men även för att undvika felsatsningar. Förhoppningsvis
bidrar denna rapport till att ineffektiva och på andra sätt okloka energilösningar
undviks.
En avslutande del i rapporten är att finna möjliga vägar till de framtidsbilder som
presenteras. Dessa ska kunna fungera som vägledning för beslutsfattare, såväl
offentliga som privata, samt för en intresserad allmänhet. Där ska även möjliga
återvändsgränder belysas, det vill säga vägar som inte kommer att bidra till ett
effektivt användande av väteteknologin och inte heller bidra till ett energieffektivt,
hållbart energisystem.
1.3 Avgränsningar
I den här typen av studier förekommer många situationer där grundläggande fakta inte
är tillräckliga eller relevanta. Det leder till att vissa val och antaganden måste göras
som kan vara svåra att motivera och underbygga. Dock är min förhoppning att
rapporten ska vara så transparent att dessa fall framkommer tydligt, samt att de i
förekommande fall ifrågasätts och att eventuella justeringar föreslås.
Vätgassamhället ses i denna studie inte som ett samhälle där hela energisystemet är
uppbyggt kring vätgas. Det syftar istället på ett hållbart energisystem som till stor del
är uppbyggt kring intermittenta energikällor för främst elproduktion, där väte fyller en
viktig funktion inom lämpliga större och mindre nischer som energibärare,
energilagringsresurs och bränsle.
1.3.1 Geografisk avgränsning
Med Göteborg menas i rapporten inte kommunen Göteborgs Stad som geografiskt
område, utan Göteborgs Stad tillsammans med näraliggande kommuner. Dessa är Ale,
Mölndal, Partille och Kungälv. Det motsvarar i stort sett de orter som nås av det
fjärrvärmenät som finns i området. Det består i första hand av Göteborg Energis nät i
Göteborg, Partille, upp igenom Göta älvdal till Ale samt av Mölndal energis
fjärrvärmenät ner till Lindome, se figur 1. Även Kungälvs kommun, med ett mindre
eget nät, ingår. Detta område används för nutidsbeskrivningen i studien.
3
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Figur 1: Till vänster Göteborgsregionens kommunalförbunds tretton
kommuner, av vilka de fyra närmast Göteborg ingår i studien. Till höger
fjärrvärmenätets utbredning i Göteborg, Mölndal och Partille. Nätet sträcker
sig vidare söderut till Kållered och Lindome samt norrut mot Ale. Källor:
Business Region Göteborg, Göteborg Energi och Mölndal Energi.
Samma område används för framtidsbilderna även om befolkningen i området liksom
området i sig förväntas växa. Förutom att en förtätning av befolkning och bebyggelse
förväntas i det område som utgör avgränsningen för idag så görs antagandet att
Kungälv växer samman med Göteborg. Det framtida energisystemet förväntas
utvecklas och ha fler sammankopplingar inom regionen. Därmed uppstår en viss
skillnad mellan nutid och framtid i detta avseende.
1.3.2 Ekonomisk avgränsning
Ekonomiska bedömningar om exempelvis olika energitekniker eller
försörjningsalternativ behandlas inte i denna rapport. Motivet till detta är i första hand
att ekonomi inte antas vara det som för samhället i en hållbar riktning. Det hållbara
samhället måste först och främst formas inom de ekologiska ramarna, grunden i en
hållbar värld. Därefter måste samhället inom dessa ramar formas efter människans
behov, de sociala ramarna. De mest elementära behoven är rent vatten och mat till alla
samt ett liv i fred och frihet. Rättvis fördelning av resurser, yttrandefrihet och rätt till
vård och utbildning är andra rimliga krav. I ett sådant system finns en ekonomi som
verkar utifrån de förutsättningar som ges av ramarna. Ekonomin formas alltså för att
fungera som en del i det hållbara samhället, inte tvärtom. Politiska och ekonomiska
styrmedel, internationella överenskommelser och en växande insikt om vår planet och
dess funktion kan leda till att detta blir verklighet.
Ett annat motiv är att den energiteknik som vätgassamhället bygger på idag bara till
delar är utvecklad till kommersiell nivå, i vissa fall finns tekniken bara på idéstadiet.
Samtidigt är det svårt att avgöra vilka de ekonomiska förutsättningarna är i framtiden,
bland annat vilken betalningsvilja som finns för de tjänster som energin möjliggör.
Energieffektiviseringar kan till exempel få betydelse för betalningsviljan. Det innebär
svårigheter att förutspå vilka tekniker, till exempel vilken typ av bränsleceller, som
kommer att användas i ett eventuellt vätgassamhälle.
4
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Ett tredje perspektiv på de ekonomiska konsekvenserna av omställningen till ett
hållbart energisystem har presenterats av Azar och Schneider (2001 och 2002) där
slutsatsen dras att den globala tillväxten på sikt knappt påverkas av en sådan
förändring. Utöver ett ”business as usual”-scenario har Azar och Schneider beräknat
den ekonomiska tillväxten utifrån tre alternativa utvecklingar baserade på olika nivåer
av halten koldioxid i atmosfären. De olika nivåerna kräver olika stora investeringar på
olika lång sikt, men kontentan av simuleringarna är att påverkan på den globala BNPtillväxten på lång sikt är liten, se figur 2. I internationella sammanhang, däribland
inom EU, brukar 550 ppm CO2 anges som ett mål för stabilisering av koldioxidhalten.
Inom Göteborg 2050 har målet för koldioxidutsläpp knutits till en stabilisering av
koldioxidhalten på 450 ppm (Klimat och Energimål, 2003). I dagsläget är halten
omkring 375 ppm och om ingenting görs, det vill säga ”business as usual”, kan halten
år 2100 vara omkring 700 ppm (IPCC, 2001).
Figur 2: Tillväxten av global BNP i triljoner US $ vid fyra scenarier:
Stabilisering av halten koldioxid i atmosfären på 350, 450 och 550 ppm.
Bau=business as usual. Källa: Azar & Schneider, 2002.
1.4 Läsanvisning
Denna rapport kan läsas på ett flertal sätt beroende på läsarens intresse och tidigare
kunskap på de berörda områdena. För den ivrige läsaren som känner sig manad kan
det vara idé att börja sin läsning direkt med kapitel 6, där framtidsbilder av ett hållbart
vätgassamhälle presenteras. Efter att ha läst dessa har förhoppningsvis intresse för att
lära sig mer om bakgrunden till dem väckts, ett intresse som tillgodoses av övriga
delar i rapporten.
5
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Rapporten har så här långt gett en introduktion till det som senare kommer att beröras
mer detaljerat. I avsnitt två kommer den metod som används för att ta fram
framtidsbilder i projektet Göteborg 2050, backcasting, att relativt kortfattat beskrivas.
För den som vill utveckla sina kunskaper om metoden ytterligare kan två tidigare
rapporter inom Göteborg 2050 rekommenderas, Fräscha Färdval (Löwendahl, 2003)
och Mat Göteborg 2050. En särskild sammanfattning av metoden och användningen
av den inom Göteborg 2050 väntas inom kort (Swahn, 2005). Efter metodavsnittet
följer en nulägesbeskrivning, där dagens globala, nationella och lokala
energiförsörjning beskrivs, främst utifrån ett miljö- och hälsoperspektiv.
Efter nulägesbeskrivningen presenteras de kriterier och mål som ska utgöra
begränsningarna för de framtidsbilder som senare beskrivs. Här presenteras även ett
antal centrala begrepp, såsom hållbar utveckling, rättvist miljöutrymme och det goda
livet. Därefter beskrivs nuläget inom vätgasutvecklingen, det vill säga en
sammanfattning av utvecklingsläget för vätgas och bränsleceller. För den som vill
fördjupa sig mer i vätgassamhällets teknik rekommenderas Ola Gröndalens rapport
”Väte – framtidens energibärare” utgiven 1998 för Elforsk. Avsnittet avslutas med en
sammanfattning av de användningsområden som författaren anser ha goda
förutsättningar för en roll i det hållbara energisystemet. Här diskuteras även de
begränsningar som vätgassamhället har att möta. Denna sammanfattning motiverar de
framtidsbilder som presenteras i följande avsnitt.
Framtidsbilderna inleds med en beskrivning av hur det globala energisystemet skulle
kunna te sig i hållbar form, baserat på förnybar primärenergi. Här presenteras möjliga
lösningar för användning, distribution, transmission, lagring och produktion av energi.
Denna del ligger utom ramen för det framtida Göteborg som rapporten egentligen
syftar till att beskriva men utgör den hållbara omvärld som är en av förutsättningarna
för detsamma.
Framtidsbilderna för Göteborg följer därefter med ett antal beskrivningar och
diskussioner om både var väte fyller en funktion och var man kan förvänta sig eller
önska andra lösningar. De lösningar som är lämpliga presenteras i två scenarier. Först
ett nischscenario där vätgassamhället inte slagit igenom helt, därefter ett totalscenario
där vätgassamhället fått fullt genomslag. Framtidsbilderna i avsnitt 6.1-3 är det
väsentliga i denna rapport och kan läsas fristående från övriga avsnitt. Dock är
sammanfattningen som avslutar kapitel 5 av vikt för att förstå de antaganden som görs
i framtidsbilderna.
Ett avsnitt med en sammanfattande diskussion om framtidsbilderna följer därpå. Det
avslutande avsnittet innehåller slutsatser samt en diskussion om möjliga steg på vägen
mot de bilder som målats upp. Här diskuteras även vikten av att de strategiska vägval
som måste göras i arbetet med att förändra energisystemet inte får leda in på
återvändsgränder eller tillåtas blockera andra utvecklingsvägar.
I denna rapport används begreppet fossilgas för det som i dagligt tal alltmer kallas för
naturgas. Valet att använda begreppet fossilgas är mestadels för att utgöra en
pedagogisk motvikt. Under ett tiotal år har en debatt om detta begrepp förts, mestadels
bland de direkt berörda parterna i myndigheter, energibranschen och miljörörelsen.
Fossilgasens roll i energisystemet framöver kan få stor betydelse för hur hållbar
Sveriges utveckling blir.
6
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Namnet naturgas är ett vedertaget och väl använt begrepp. Just ”natur” kan dock för
den oinsatte ge intrycket av att vara ”naturlig” och miljövänlig. I dagens alltmer
miljömedvetna samhälle finns därför en risk att fossilgasen oförtjänt rider på ”den
gröna vågen”. Dock finns pedagogiska problem även med att använda beteckningen
fossilgas, eftersom detta är ett samlingsbegrepp inte bara för fossil metan utan även
för butan, propan, gasol och andra gaser med fossilt ursprung. Gemensamt för dessa
är att de delar de flesta positiva egenskaper relativt kol och olja, som fossil metangas
har, varför det pedagogiska problemet torde vara mer ringa.
7
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
2 Material och metod
Denna rapport är ett bidrag till arbetet inom projektet Göteborg 2050. Projektet syftar
till att genom långsiktiga och hållbara framtidsbilder peka ut en möjlig riktning för en
hållbar utveckling för en Göteborgsregion i en hållbar omvärld. Det riktar sig till
beslutsfattare såväl som till andra viktiga samhällsaktörer och allmänhet (Solstad
Göteborg 2050, 2003). I ett samhälle som delvis formas av en många gånger pressad
ekonomisk verklighet kan det kortsiktiga perspektivet behöva balanseras i beslut som
påverkar utvecklingen på lång sikt. Därmed är det viktigt med ett aktivt
informationsarbete för att ge förutsättningar att välja rätt väg i de långsiktiga frågorna.
Årtalet 2050 ska inte ses som 1/1 2050, utan som ett symboliskt årtal, då vårt samhälle
är ett hållbart sådant, där de kriterier och mål vi satt upp för ett hållbart samhälle
uppfyllts och utvecklingen nått så långt att mänskligheten kan fortleva på ett hållbart
sätt utan att begränsas av tidigare generationers förehavanden. Det symboliserar den
dag då framtidsbilderna i denna och andra studier inom Göteborg 2050 kan antas vara
realiserade. Det är viktigt att inte glömma att mycket faktiskt är hållbart redan idag
och att utvecklingen fortlöpande ger oss nya möjligheter att ta nya steg mot det
hållbara samhället.
2.1 Backcasting
I de olika delprojekt som genomförts och pågår inom Göteborg 2050 används ofta
metoden backcasting för att ta fram användbara framtidsbilder. Enkla och målande
beskrivningar av framtiden kan användas på olika sätt i främst informationssyfte, men
även ses som en idésammanställning för framtiden. Backcasting är en metod som
bygger på fyra steg:
1.
2.
3.
4.
Nulägesbeskrivning och trendanalys
Val av kriterier och mål, ramarna för framtidsbilderna
Utarbetande av framtidsbilder
Analys av vägar till framtidsbilderna
Även denna rapport är framtagen efter backcastingmetoden. Kapitel 3 utgör
nulägesbeskrivning tillsammans med delar av kapitel 5. Kapitel 4 utgör steg 2, där
kriterier och mål tas fram. Utarbetande av framtidsbilder börjar i avslutningen av
kapitel 5 och fortsätter sedan i kapitel 6. En analys av vägarna till dessa framtidsbilder
diskuteras till viss del specifikt direkt i anslutning till respektive bild, men även
sammanfattningsvis i de två avslutande kapitlen. I och med att vätgassamhället ännu
inte börjat ta någon som helst form är det inte helt enkelt att göra en analys av vägen
dit, steg fyra. De synpunkter och den diskussion om möjliga steg på vägen som finns
är därmed delvis spekulativa.
Någon närmare beskrivning av backcasting ges inte här. Den intresserade hänvisas till
att läsa mer om den i rapporter av bland annat Robinson (1982, 1990). Därutöver
pågår arbetet med en sammanfattande skrift om metoden och hur den använts inom
Göteborg 2050 (Swahn, 2005).
8
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
2.2 Källdata
Merparten av det material som studerats inom studien är nulägesbeskrivningar och
framskrivningar av dagens energisystem, där olika aspekter studerats och
möjligheterna för väte som energibärare i stort och smått analyserats. Ekonomiska
bedömningar utifrån dagsläget förekommer flitigt, något som skiljer dem från denna
studie. Många av de slutsatser som framlagts i dessa studier har ändå influerat arbetet
med denna rapport.
Rapporter och artiklar om vätgassamhället präglas ibland av en stark tro för eller emot
en vätgasekonomi, något som enligt min uppfattning ibland påverkar objektiviteten
och det vetenskapliga innehållet. Samtidigt är framtiden till mångt och mycket en
fråga om policy och politik, varför tyckande har betydelse. Föreliggande studie är ett
försök att ta del av såväl forskning som tyckande i frågan om ett vätgasbaserat
energisystem för att få en så objektiv bild som möjligt på vätets roll i vår hållbara
framtid.
Ett antal källor har använts flitigare än andra vid arbetet med denna studie men
kompletterats med uppgifter ifrån rapporter och artiklar. Viss information har även
hämtats från svenska myndigheters rapporter och hemsidor, Statistiska centralbyrån är
ett exempel. Ola Gröndalens (1998) rapport om väte som en framtida energibärare och
Bossel et al. (2003) The Future of the Hydrogen Economy: Bright or Bleak? tillhör de
rapporter som refereras flitigt.
9
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
3 Nulägesbeskrivning
Detta avsnitt ger en beskrivning av hur dagens energiförsörjning ser ut. Det utgår från
ett globalt perspektiv och går via Europa och Sverige ner till en lokal nivå. Olika
aspekter som belyses är tillgången på primärenergin, dess miljöpåverkan samt åt
vilket håll utvecklingen går både ur teknisk och politisk synvinkel.
3.1 Det globala, fossilbaserade energisystemet
Den globala energianvändningen har ökat stadigt de senaste 100-150 åren och
kommer så att fortsätta göra ett tag till. För Sveriges och stora delar av den
industrialiserade världens del är det möjligt att stoppa den här tillväxten utan att
behöva minska på välfärd och utveckling. För många utvecklingsländer är dock en
ökad tillgång till energi av hög kvalitet tillsammans med andra faktorer ett måste för
en ökad välfärd och utveckling. Idag sker en omfattande tillväxt i länder som Kina
och Indien och därmed ökar behovet av energi. Deras storlek gör att de snabbt får en
tungt vägande roll i det globala energisystemet. Även Afrika, delar av Asien och
Sydamerika kan förväntas öka sina behov av energi i den närmaste framtiden.
Tillförseln av primärenergi till världens energisystem uppgick år 2001 till ungefär
120 000 TWh per år, se figur 3. Användningen uppgick samma år till 81 000 TWh.
Av den globala energitillförseln beräknas omkring 80 % komma ifrån fossila källor i
form av kol, olja eller fossilgas (IEA, 2003b). Resterande andelar är 6 % kärnkraft och
ungefär 2 % vardera av vattenkraft och förnybar energi i form av till exempel
vindkraft, solenergi och biobränslen i kraft- och värmeproduktion. Återstående 10 %
utgörs av traditionella biobränslen för bland annat matlagning, främst i
utvecklingsländerna (WEA, 2000).
Skillnaden mellan den tillförda primärenergin och den använda energin består av olika
former av omvandlings- och distributionsförluster, totalt omkring 30 %. Enligt Bossel
et al. (2003) är förlusterna från källan till konsumenten i dagens fossilbaserade
energisystem omkring 12 % när det gäller olja och omkring 5 % för fossilgas. Efter
uppgifter om det svenska elsystemet beräknas förlusterna i ett modernt elsystem
uppgå till omkring 7 % (SCB, 2004). Svensk fjärrvärme produceras och distribueras
med förluster omkring 13 % (Svensk Fjärrvärme, 2004).
I U-länderna består upp till omkring 90 % av den energi som tillförs av traditionell
biomassa, det vill säga torkad dynga, ved och liknande. Energieffektiviteten är här
mycket låg samtidigt som förbränningen, vilken inte sällan sker inomhus, är
hälsovådlig. Bristen på högkvalitativ energi, exempelvis el eller energigas, innebär att
många energitjänster såsom tillfredsställande belysning, möjlighet till kylförvaring av
mat och mediciner, drift av vattenpumpar med mera inte är tillgängliga.
10
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Figur 3: Den globala energianvändningens utveckling från år 1850 till år 2000.
Baserad på Nakicenovic et al. (1998).
Samtidigt som vi pumpar upp fossil energi ur jordskorpan flödar solens ljus dygnet
runt emot någon del av vår värld, ett ljus som innehåller omkring 1 000 000 000 TWh
energi per år. En miljard TWh. Dagens globala energitillförsel uppgår till knappt
120 000 TWh per år (WEA, 2000).
Den omfattande användningen av fossila bränslen har möjliggjort den snabba
utveckling som västvärlden upplevt sedan den industriella revolutionen. De fossila
bränslena, främst olja, har fått en allt större betydelse i samhället och är en mycket
viktig del i den globala ekonomin. Men dess stora betydelse har även gjort samhället
känsligt. När krig utbröt mellan Israel och ett antal arabstater 1973 fick en påföljande
internationell oro tillsammans med protester från de oljeproducerande staterna i
OPEC priserna på råolja att stiga. De ökade från tre till tolv dollar per fat på bara ett
år. Nästa prischock kom 1979 då shahen av Iran avsattes och oljeexport ifrån
mellanöstern ströps. Denna incident följdes året därpå av kriget mellan Iran och Irak.
Priset ökade då från 13 till 32 dollar per fat. Båda dessa händelser fick stora
konsekvenser för den globala ekonomin (Hergés, 2003 och WEC, 2000).
Idag, 2004, ser vi återigen stegrande och rekordhöga oljepriser. Oroligheter i Irak,
osäkerhet kring Sydamerikansk olja, skattekonflikter i Ryssland och en växande
efterfrågan har tillsammans bidragit till höjda priser. Effekterna av detta har inte visat
sig än men en situation med ett snabbt växande Kina och ett dito Indien med kraftigt
höjd efterfrågan på energi kan, återigen, göra att situationen aldrig mer blir som förr.
3.1.1 Globala energitrender
Allteftersom energiefterfrågan globalt ökar exploateras allt fler energiresurser. I
Europa pekar tendenserna på kort sikt på en ökad användning av fossilgas, något som
kan ersätta en del miljömässigt sämre kol- och olja. En minskning av kondenskraft till
förmån för mer kraftvärmeproduktion, där elproduktion merutnyttjas genom att
generera processånga till industri eller fjärrvärme för uppvärmning samt vice versa är
också att vänta.
11
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Även vindkraft byggs ut, på vissa håll kraftfullt. Den lämnar redan ett väsentligt
tillskott till energiproduktionen i exempelvis Danmark och delar av Tyskland.
Avfallsförbränning förväntas öka, både i Sverige och i Europa, enligt den europeiska
branschorganisationen CEWEP (NyT, nov 2004). Nya initiativ för att effektivisera
energianvändningen både inom industri och inom bostadssektorn kan förväntas.
Handeln med utsläppsrätter är ett initiativ som kan få den effekten, föreslagen
energideklaration av bostäder ett annat.
Allteftersom effektiviseringar och förnybar energiproduktion slår igenom inom
industri-, bostads- och energisektorn, kan transporternas andel av både
energianvändningen och utsläppen av växthusgaser förväntas öka. Här finns stor
potential till förbättringar men även stora problem. Biobränslen är långsamt på väg in
och de europeiska myndigheterna börjar ställa krav på fordonsindustrin vad gäller
utsläpp och bränsleförbrukning.
Globalt sett påverkar de stora, växande ekonomierna Indien och Kina världens
energisystem påtagligt. Begränsade ekonomiska tillgångar tillsammans med stora,
nationella tillgångar på främst kol leder till en ökad kolanvändning. Där är behoven så
stora att även annan energiproduktion kan förväntas öka, till exempel vind, kärnkraft
och vattenkraft. I Nordamerika är de politiska intentionerna att minska sitt beroende
av importerad energi genom att exploatera nya, nationella men ibland lågkvalitativa
energitillgångar såsom tjärsand och oljeskiffer. Även här sker satsningar på kärnkraft,
fossilgas och förnybar energi som vind- och solenergi.
3.1.2 Fossila bränslen och hälsa
Förbränningen av fossila bränslen har i olika omgångar under det senaste seklet
överraskat mänskligheten då den visat sig medföra konsekvenser i form av olika
miljö- och hälsoproblem. Den kraftiga smogepisod som 1952 drabbade London kunde
direkt kopplas till en mängd sjukdomsfall och dödsfall. Smogen bestod av
föroreningar som sot från bilar, industri och koleldade kaminer (Hunt et al., 2003).
Denna episod gav näring till ett arbete som påbörjades under det tidiga 50-talet med
omfattande forskning kring luftföroreningars miljö- och hälsoeffekter tillsammans
med ett omfattande arbete för att rena luften i drabbade städer (Socialstyrelsen, 2001).
Forskningen om föroreningars sammansättning, egenskaper och påverkan på
människa och miljö pågår fortfarande och i takt med att tekniken förbättras analyseras
påverkan från allt fler ämnen och allt mindre partiklar. Mikroskopiska partiklar och
kemiska föreningar från förbränningen kan skada våra andningsorgan och bland annat
störa lungornas utveckling hos barn (Gaudermann et al., 2004).
Motsvarande fenomen som Londonsmogen har senare drabbat, och drabbar tyvärr
fortfarande, många städer och regioner. Idag är problemet störst i snabbt växande
storstadsregioner med kraftigt ökande trafik och industriell verksamhet där modern
reningsteknik och rena bränslen ännu inte används (Elvingson, 2001). Problemet är
inte enbart kopplat till förbränning av fossila bränslen. I flera svenska orter, särskilt i
norr, är luften under högtrycksbetonat väder vintertid ofta svårt förorenad på grund av
vedeldning i enskilda villapannor av äldre modell.
12
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Till avgaser och utsläpp från bilar, industrier och förbränningsanläggningar ska
tilläggas att omfattande skogsbränder, ofta orsakade av oförsiktigt och olagligt
svedjebruk, även det orsakar omfattande smogproblem. Det mest kända exemplet är
från 1997-98, då skogar motsvarande 3 gånger Nederländernas yta brann ned i
Indonesien och lade stora delar av Sydostasien under ett lager av smog i tre månader
(SNF, 2004).
Alla former av förbränning av såväl biobränslen som fossila bränslen har genom det
omfattande forskningsarbetet visat att olika beståndsdelar i avgaserna orsakar problem
för hälsan. Kväveoxider, partiklar av olika storlek samt marknära ozon påverkar våra
andningsorgan. Polyaromatiska kolväten är en annan grupp ämnen som misstänks
vara cancerframkallande (Socialstyrelsen, 2001). Även med dagens moderna
reningsteknik och rena bränslen är halterna av dessa föroreningar skadliga och
överstiger ibland de gränsvärden som finns. Enligt FNs miljöprogram UNEP dör
omkring 1,5 miljoner människor årligen på grund av luftföroreningar, ungefär lika
många som dör i trafikolyckor (Elvingson, 2001).
3.1.3 Fossila bränslen och miljön
Efter larmen om föroreningarnas effekt på hälsan på 1950-talet, med början på 1960talet, började världen långsamt upptäcka försurningsproblematiken. Ett genomslag
och en ökad allmän uppmärksamhet kring problemet kom i samband med 1980-talets
stora ”död” av skogar och sjöar i främst centrala Östeuropa. Stora skogsarealer
omvandlades från gröna, rika skogar till gigantiska fält av grå, spretande döda
stammar. Huruvida försurningen ensam var orsak till detta diskuteras fortfarande, men
att den hade betydelse är de flesta överens om. Senare forskning tyder på att en
kombination av bland annat marknära ozon, övergödning i form av kväve samt
försurning från kväveoxider och svaveldioxid kan vara orsaken. Samtliga härstammar
från utsläpp i olika delar av det fossilbaserade energisystemet (Elvingsson, 2001).
Idag är dessa miljö- och hälsoproblem till viss del åtgärdade genom ett målmedvetet
arbete med utsläppsreglering, rening och teknikutveckling. Ny kunskap lyfter ändå
ständigt nya problem till ytan. De senaste 15 åren har det stora hotet i form av den
förstärkta växthuseffekten och därpå följande klimatförändringar uppmärksammats
och hamnat i fokus.
Figur 4: Exempel på miljöpåverkan från användning av fossil energi. Försurad
skog, ett fenomen som under främst 1980-talet drabbade delar av de europeiska
skogarna och öken, en tänkbar framtid för Medelhavsområdet om befarade
klimatförändringar slår igenom. Källor: US Forest Service, Naturvårdsverket.
13
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Den förstärkta växthuseffekten
Vår atmosfär innehåller koldioxid och ett antal andra så kallade växthusgaser som gör
att temperaturen vid markytan är omkring 33°C varmare än vad den skulle ha varit
utan atmosfären. Vid förbränningen av fossila bränslen släpps stora mängder kol ut i
form av koldioxid. Detta kol har varit lagrat i marken i flera miljoner år och förändrar
nu relativt snabbt halterna av koldioxid i atmosfären. Det medför något som korrekt
benämns en förstärkt växthuseffekt, alltså att mer värmeenergi hålls kvar i atmosfären
än normalt.
Figur 5: Utvecklingen av koldioxidhalten i atmosfären de senaste 1000 åren
samt sju scenarier för de kommande 100 åren enligt IPCC (2001).
Användningen av fossila bränslen har ökat med 40 gånger de senaste 100 åren.
Särskilt stor har ökningen varit de senaste 40 åren, med undantag för oljekrisen på
mitten av 1970-talet (Palm, 2000). Koldioxidhalterna i atmosfären har stigit med över
30 %, från ett snitt på 280 ppm under perioden år 1000-1750 till 368 ppm år 2000, se
figur 5. Detta sammankopplas med den ökade användningen av fossila bränslen (figur
3). Idag är de globala utsläppen av kol i koldioxid omkring 6 gigaton per år (IPCC,
2001). Det motsvarar omkring 4 ton koldioxid per invånare och år.
Det snabba upptaget och förbränningen av fossila bränslen bidrar till att höja halten av
växthusgaser, främst koldioxid, i atmosfären och därmed på sikt riskera höja jordens
medeltemperatur med mellan 1,4°C och 5,8°C jämfört med 1990 års nivå, se figur 6
(IPCC, 2001). En sådan höjning kommer att innebära dramatiska klimatförändringar
på många håll runt jorden, vissa områden drabbas hårdare än andra. Sverige kan enligt
det svenska forskningsprogrammet SWECLIMs beräkningar få en medeltemperatur
som är tre till fyra grader högre än idag och södra Sverige kan räkna med ett klimat
likt det som råder i England och Frankrike idag.
14
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
De mest dramatiska förändringarna i Europa kommer enligt samma beräkningar
förmodligen att drabba Sydeuropa där medeltemperaturen under sommarhalvåret kan
stiga med mellan 6°C och 8°C jämfört med idag. Det innebär i princip ett ökenklimat
och det skulle i så fall innebära temperaturer som vi idag bara ser i Nordafrika.
Därmed blir risken för svår torka och därtill hörande problem många gånger större än
idag. Mer information om den förstärkta växthuseffekten och möjliga konsekvenser
av en global uppvärmning finns beskrivet i boken ”En varmare värld”, utgiven av
Naturvårdsverket och SWECLIM (Bernes, 2003).
Figur 6: Den globala medeltemperaturens historiska utveckling samt
modellerad framtida förändring enligt IPCCs 6 scenarier.
Källa: Naturvårdsverket, 2004.
Om ingenting görs åt den galopperande utvecklingen av energianvändningen och den
höga andelen fossil primärenergi kan vi förvänta oss en kraftig ökning av halten CO2 i
atmosfären från dagens 368 ppm. Fram till år 2100 kan halterna då förväntas hamna
någonstans på den övre halvan av de simuleringar som gjorts av IPCC (2001), se figur
5. En sådan ökning förväntas ge allvarliga effekter på jordens medeltemperatur, en
ökning på uppemot 6˚C , och därmed på vårt klimat.
15
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
3.2 Det svenska energisystemet
År 2002 tillfördes i Sverige 616 TWh primärenergi. Energitillförseln har under de
senaste tio åren varit stabil omkring 600 TWh. Av dessa 616 TWh användes ca 398
TWh i olika energitjänster. Ungefär 35 % av primärenergin var av fossilt ursprung
(STEM, 2003a).
Det svenska energisystemet är starkt präglat av den storskaliga och relativt billiga
elproduktionen från vattenkraft och kärnkraft samt av de oljeberoende transporterna.
Vattenkraft och kärnkraft ger i det svenska systemet en mycket god tillgång på billig
el. I samband med oljekriserna på 1970-talet och i samband med kärnkraftens kraftiga
introduktion under 1970-talet och början av 1980-talet följde en möjlighet att ersätta
mycket av den olja som tidigare använts både för uppvärmning i hushåll och i många
industriella processer med billig el (STEM, 2003a). Trenden bort från olja har sedan
fortsatt och utöver eluppvärmda småhus har många flerbostadshus och i viss mån
även småhus i tätorter anslutits för uppvärmning med fjärrvärme eller så kallad
närvärme1.
Detta innebär att vi i Sverige använder internationellt sett mycket el per invånare samt
att vi har en relativt hög andel fjärrvärme för uppvärmning. Av den totala
elproduktionen, 143 TWh, år 2002 svarade vattenkraften för 66 TWh medan
kärnkraften stod för 65,6 TWh. Det motsvarar 46 % respektive knappt 46 %. Som
fjärrvärme tillfördes totalt 49 TWh och i produktionen av denna producerades även
5,2 TWh el (Svensk Fjärrvärme, 2004) i kraftvärmeverk (STEM, 2003a).
Trafiken är en annan viktig del i energisystemet och inrikes transporter står idag för
94 TWh eller 23 % av energianvändningen, 56 % av användningen av fossila bränslen
och 38 % (OECD, 2002) av utsläppen av växthusgaser, se figur 7 (STEM, 2003a).
Koldioxidutsläpp i Sverige
30,0
25,0
1980
20,0
1999
CO2-utsläpp,15,0
m iljoner ton 10,0
5,0
0,0
Transporter
Energi, inkl.
raffinaderi
Industri, exkl.
raffinaderi
Boende,
kommers,
jordbruk
Bunkerolja
Figur 7: Svenska utsläpp av CO2 1980 och 1999 uppdelade på
samhällssektorer. Transporter är den sektor som ökat under tidsperioden.
Källa: OECD, 2002.
1
Mindre områden anslutna till en central värmepanna.
16
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Den goda tillgången på relativt billig el och det omfattande vägtransportarbetet är två
orsaker till den stora energianvändningen i Sverige. Den genomsnittlige svensken
använder idag omkring 50 000 kWh energi varje år, betydligt mer än genomsnittet
inom EU som är 33 000 kWh. USA toppar listan med nästan dubbelt så hög
användning som i Sverige medan det globala genomsnittet ligger omkring 14 000
kWh. Användningen i utvecklingsländerna är ofta betydligt lägre än så och faktum är
att 20 % av världens befolkning använder 80 % av världens resurser. Denna ojämna
fördelning är inte ett tecken på ett hållbart och rättvist samhälle (Solstad Göteborg
2050, 2003).
3.2.1 Koldioxidutsläpp
Sverige har i ett internationellt perspektiv relativt låga per capita-utsläpp av koldioxid,
åter en följd av den höga andelen vatten- och kärnkraft, se figur 8. År 1999 var
utsläppen av koldioxid från energianvändning i Sverige 48 miljoner ton (exklusive
bunkerolja och flygbränsle), se figur 9. Dessa utsläpp har varit stabila omkring 50
miljoner ton sedan 1990 (OECD, 2002). Sveriges totala utsläpp är något högre då
även utsläpp från exempelvis cementproduktion räknas in (STEM, 2003a). År 1999
uppgick de till 56,3 miljoner ton (Regeringen, 2001).
Figur 8: Per invånar-utsläpp av CO2 i ett antal länder och regioner. Sveriges
relativt låga utsläpp beror främst på en hög andel vatten- och kärnkraft. Källa:
Naturvårdsverket, 2004.
17
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
(miljoner ton)
februari 2005
Svenska koldioxidutsläpp
19
80
19
85
19
86
19
87
19
88
19
89
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Figur 9: Svenska utsläpp av CO2 från energianvändning från 1980 och 1985 till
1999. Som synes en relativt stabil trend omkring 50 miljoner ton. Bunkerolja
och flygbränsle är exkluderat (OECD, 2002).
Sverige är delaktigt i den globala klimatpolitiken genom klimatkonvention som
formulerades under Riokonferensen 1992. Vid konventionens tredje partsmöte i
Kyoto 1997 beslutades om ett protokoll för begränsning av de deltagande
industriländernas utsläpp. Inom EU skapades en gemensam ”utsläppsbubbla”, det vill
säga EU fick en gemensam utsläppskvot som sedan skulle fördelas inom unionen. EU
åtog sig att minska sina utsläpp med 8 % som ett medelvärde under åren 2008-2012,
jämfört med utsläppen 1990. Sverige fick mot bakgrund av sina låga utsläpp ett
utrymme att öka utsläppen med 4 %, men det nationella målet, beslutat i riksdagen, är
ändå att minska dem med minst 4 % jämfört med 1990 års nivå. År 1990 var de
svenska utsläppen 55,9 miljoner ton. En minskning med 4 % innebär då 53,7 miljoner
ton (Regeringen, 2001).
Utsläppen dominerades tidigare av olja och kol för industriellt bruk och för
uppvärmning. Sedan el och till stor del biomassabaserad fjärrvärme gjort sina intåg i
dessa sektorer återstår det ökande vägtransportarbetet som ensam stor och växande
utsläppskälla. Enligt Löwendahl (2003) har vägtrafikarbetet i Sverige ökat med 2,1 %
per år mellan åren 1970 och 2001, mellan åren 1990 och 2001 var ökningen 1,6 % per
år, se figur 10.
Figur 10: Vägtrafikarbetet varje år mellan 1950 och 2001. En tydlig tillväxt om
än avtagande. Källa: Löwendahl, 2003 (Transeks trafikbarometer, 2003).
18
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
3.2.2 Svenska energitrender
Flera stora förändringar i det svenska energisystemet och då främst inom
energiproduktionen är nära föreliggande. Barsebäcks ena reaktor ställdes av 1999 och
regeringen fattade den 16 december 2004 beslut om att även den andra reaktorn ska
stängas av (Regeringen, 2004). Sedan ska enligt nuvarande regerings planer en fortsatt
avveckling av övriga reaktorer ske framöver. Opinionen i frågan har dock svängt och
ännu är troligen inte sista ordet sagt.
Genom ekonomiska styrmedel för att minska el- och oljeuppvärmning, en avreglerad
elmarknad som blir allt mer internationell samt ett par torrår i rad har elpriserna i
Sverige stigit. Även villaolja, som följer världsmarknadspriset på råolja, har blivit
dyrare. Det har inneburit en stark utveckling mot alternativa uppvärmningsalternativ
för främst husägare. Bergvärme, luftvärmepumpar, fjärrvärme där sådan finns
tillgänglig och pelletspannor har kommit starkt den senaste tiden.
Både Sydkraft och Göteborg Energi har för avsikt att bygga moderna så kallade
kombikraftvärmeverk, där fossilgas förbränns i en kombinerad gasturbin- och
ångpannecykel för att få ett maximalt utnyttjande av energin. Inom delar av industrin
och bland vissa energibolag finns en stark vilja att bygga ut fossilgasnätet i Sverige.
Ett av syftena är att kunna erbjuda ytterligare ett alternativ till kol och olja med mera.
Troligen kommer även andra energislag än kol och olja att påverkas av en sådan
utbyggnad, exempelvis avfalls- och biobränsleförbränning samt vindkraft. Det innebär
även en möjlighet att bygga ut det något glesa nät av tankstationer för gas till fordon
som drivs på sådan.
I Sverige pågår forskning och utveckling kring ett flertal möjligheter till förnybar
energiproduktion samt för effektivare hantering av existerande resurser. Inom den
svenska, tunga och i många fall energiintensiva industrin arbetas det för ett ökat
merutnyttjande och effektiviseringar. Ett exempel är förgasning av svartlut, en
biprodukt vid massatillverkning, som kan ge både kraftvärme ur en gasturbincykel
och biobränslen i form av väte, metanol eller dimetyleter. En ny metod att generera el
ur spillvärme eller solvärmeanläggningar har lanserats under namnet Low
Temperature Turbine (NyT, nov 2004). Metoden anges ha en total potential på 10
TWh el bara inom industrin.
Vad gäller den så kallade ”negawattimmen”, energi som genom besparingar inte
behöver produceras, finns det mycket kunskap om energieffektiv teknik som ännu inte
till fullo omsätts i praktiken. Kunskap om, men även faktiska produkter, finns i form
av energisnåla hus, energisnåla bilar, energisnål hushållselektronik med mera.
Incitamenten för att börja använda kunskapen och att investera i produkterna finns
inte alltid eller begränsas av attityder och strukturella faktorer.
Handel med utsläppsrätter för CO2 och gröna elcertifikat tillsammans med erbjudan
om skattelättnader för företag inom den elintensiva industrin mot att de genomför
effektiviseringar kan leda till förändringar på området. Genom Naturvårdsverkets
klimatinvesteringsprogram, klimp, har de senaste åren statliga pengar fördelats på en
lång rad projekt runt om i landet med syfte att långsiktigt minska utsläppen av
klimatpåverkande ämnen (Naturvårdsverket, 2004).
19
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
3.3 Energisystemet i Göteborgsområdet
Det lokala energisystemet av idag har ett antal egenskaper som på olika sätt starkt
påverkar dess hållbarhet. I Göteborgsregionen finns ett mycket väl utbyggt
fjärrvärmenät som svarar för uppvärmningen av omkring 90 % av flerbostadshusen i
Göteborg och för ett ökande andel av småhusen. Det utgör idag en bra och effektiv
form av uppvärmning, där spillvärme från olika industriella och andra processer kan
användas. Fossilgas utgör ändå en stor del av energitillförseln i systemet. Mindre
hållbart är det växande transportarbete som utförs, både i form av persontransporter
och i form av godstransporter. Det utgör en mindre hållbar trend för energianvändning
och utsläpp i regionen.
Det finns även en aspekt som inte är direkt kopplad till ekologisk hållbarhet, utan
snarare social och ekonomiskt hållbarhet. I Göteborgsområdet produceras i nuläget
bara omkring 5 % av den elenergi som används inom regionen. Tillförseln sker via ett
fåtal kraftledningar, vilket innebär en relativt hög risk och känslighet för störningar.
Tillsammans kan det fortsatta arbetet med ovanstående på lång sikt utgöra en del av
grunden för ett hållbart Göteborg.
Den totala energianvändningen inom det för denna studie definierade området var år
2000 totalt 20,4 TWh, motsvarande omkring 32886 kWh per år för var och en av
områdets omkring 620 000 invånare, se figur 11 (SCB, 2002). I denna statistik saknas
viss energianvändning som i andra sammanhang räknas in och då leder till högre
siffror. I Energimyndighetens statistik till exempel, leder detta till en total
energianvändning omkring 50 000 kWh per invånare och år.
Årlig energianvändning per invånare och sektor
(kWh)
6743
8850
Industri
Transporter
Service
Hushåll
6819
10474
Figur 11: Den årliga energianvändningen per invånare och samhällssektor år
2000. Transporterna utgör den största delen. Den totala användningen i
regionen uppgick till 20,4 TWh (SCB, 2004).
3.3.1 El och värme
I Göteborg med omnejd finns idag ett energisystem med en stor andel fjärrvärme för
uppvärmning av hushåll. I en satsning av det lokala energibolaget Göteborg Energi
AB har ca 7800 småhus och villor anslutits utöver den redan höga andelen
flerbostadshus. Målet är att 16000 småhus ska anslutas fram till år 2010. Samtidigt
sker en utbyggnad av nätet till kranskommuner, senast kopplades Nödinge och Bohus
i Ale kommun samman med en fjärrvärmeledning. Liksom i övriga Sverige satsas det
alltså på fjärrvärme i området.
20
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
En stor del av fjärrvärmen, 28 %, är spillvärme från stadens två raffinaderier medan
Renovas avfallsförbränningsanläggning står för ca 23 %. En värmepumpsanläggning
som tar tillvara värmen i det renade avloppsvattnet från Rya avloppsreningsverk står
för 11 % och resterande andelar kommer från Göteborg Energis egen produktion,
mestadels baserad på fossilgas (Göteborg Energi, 2003a). I Mölndal produceras
numera fjärrvärme med torv under den svalare delen av året, övrig tid försörjs
Mölndal med fjärrvärme från Göteborg Energi (Mölndal Energi, 2004). Kungälv
Energi har ett mindre fjärrvärmenät som värms med flis, olja och Sveriges största
solvärmeanläggning (Kungälv Energi, 2004).
Nyttjandet av spillvärme i ett fjärrvärmenät är ur energisynpunkt en bra lösning. Den
ger ett effektivt utnyttjande av resurser som annars går till spillo. Å andra sidan kan
man på samma sätt resonera kring att det skulle begränsa motivationen för företag
som säljer sin spillenergi att genomföra effektiviseringsåtgärder. Fjärrvärme har
förutsättningar att utgöra en viktig energibärare för uppvärmningen i ett hållbart
energisystem. Den kan baseras på ett flertal förnybara energikällor som biomassa,
geotermisk energi och solenergi. Detta gör den flexibel samtidigt som den utgör ett
driftsäkert och bekvämt uppvärmningsalternativ för användaren.
Den höga andelen fossila bränslen i Göteborg Energis egen produktion är ur ett
hållbarhetsperspektiv mindre positivt och kan tillsammans med nyttjandet av
spillvärme från raffinaderierna ge en bild av Göteborgs energisystem som en relativt
stor bidragsgivare till de oroande koldioxidutsläppen. Göteborg Energi uppför nu Rya
gaskombikraftvärmeverk som kommer att använda närmare 3000 GWh fossilgas per
år. Den beräknas producera 1500 GWh el och 1100 GWh fjärrvärme per år och bidrar
till att driften i äldre fossilgaseldade anläggningar kan minskas. Det innebär också att
Göteborgs behov av el utifrån minskar, 30 % av elen istället för nuvarande 5 % kan
produceras i staden och kraftförsörjningen i Göteborg kan därmed bli mindre känslig
vid störningar. Det är i linje med 1996 års totalförsvarsbeslut där Svenska kraftnät
fick i uppdrag att arbeta för ökade möjligheter till så kallad ö-drift i det svenska
elsystemet. Ö-drift innebär att mindre delar av kraftsystemet ska kunna drivas
frånkopplat från och oberoende av det nationella kraftsystemet vid exempelvis större
störningar i den nationella kraftförsörjningen. En sektionering för ö-drift ska minska
störningskänsligheten i elsystemet och ge bättre förutsättningar att driva
samhällsviktiga funktioner (SVK, 2000).
Faktum kvarstår att andelen fossila bränslen i den lokala energimixen kommer att öka
i och med att Rya innebär en ökning av den egna fossilgasbaserade fjärrvärmen. 3000
GWh fossilgas per år motsvarar utsläpp av 590 000 ton CO2, ca 740 kg CO2 per
Göteborgare och år. Detta ska ses i perspektivet att annan fossilbaserad produktion
ersätts lokalt, samt att det på en nordeuropeisk nivå kan medge minskad produktion på
marginalen från kol- och oljeeldade kraftverk. (Göteborg Energi, 2004)
I fjärrvärmesystemet pågår i hela området en satsning mot en större andel biobränslen,
främst i hetvattenpannor som mestadels används under köldknäppar och vid bortfall
av baskapacitet (Göteborg Energi, 2003a). Därutöver finns tankar om att utnyttja
möjligheterna att i framtiden försörja Ryaverket med förgasad biomassa i stället för
fossilgas. En satsning mot ett koldioxidneutralt energisystem med förnybara
energikällor som biomassa, sol, vind och vatten ligger såväl i svenskt, europeiskt och
globalt intresse.
21
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Industrins användning av energi uppgick år 1998 till ca 6700 GWh. Av detta
utgjordes 4000 GWh av fossilt bränsle enbart till raffinaderierna och ca 1200 GWh av
el, ungefär en fjärdedel av den el som användes totalt i Göteborgs kommun. Det finns
alltså inte några särskilt elintensiva industrier i Göteborg, men raffinaderierna är
mycket stora energislukare. Närmare en tredjedel av den energi som tillförs
raffinaderierna tas tillvara som spillvärme i fjärrvärmenätet (Larsson, 2000).
Inget scenario om framtidens näringsliv i Göteborgsområdet görs i denna rapport.
Såväl en utökning av tung, energiintensiv industri, kanske biomassabaserad, som en
fokusering kring mindre elintensiva tjänsteföretag är tänkbart. Men såsom resoneras i
avsnitt fyra, ramar och mål, kan liksom för övriga delar av energisystemet ett rimligt
antagande vara att en halvering av energianvändningen är möjlig i strävan mot ett
hållbart samhälle.
3.3.2 Transporter
Göteborgsområdet är på flera sätt viktigt ur transporthänseende. Förutom att Göteborg
är Sveriges andra största stad finns nordens största hamn här. Närmare en tredjedel av
den svenska exporten passerar igenom hamnen. Containrar och produkter från svensk
skogs- och stålindustri är några exempel på viktigt gods som hanteras i hamnen, se
figur 12 (Göteborgs Hamn, 2003). Detta präglar de transporter som sker till, från och
inom staden.
Figur 12: The Sovereign Maersk tillhör världens största containerfartyg och är
en regelbunden besökare i Göteborgs hamn. Den transporterar upp till 6600
containrar till och från fjärran östern. Källa: Göteborgs Hamn, 2003.
Arbetspendlingen både inom kommunen och över kommungränserna är omfattande
och sker till stor del med bil. Även genomgående transporter bidrar till trafiken
eftersom både E6 och E20 går rakt igenom staden samt att ett antal viktiga riksvägar
ansluter till staden. Trenden i biltrafiken pekar uppåt i stort sett överallt utom i de
centrala delarna av Göteborg, se tabell 1.
22
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Tabell 1: Antal fordon uttryckt som årsmedelvardagsdygn över ett antal
mätpunkter i Göteborg mellan 1997 och 2002. Förutom i centrala staden finns
en ökande trend. Källa: Göteborgs stad, 2003.
Mängden transporter berörs i övrigt inte i denna rapport, inte heller hur de genomförs.
Att transporter alltid kommer att behövas råder ingen tvekan om och i Elin
Löwendahls rapport Fräscha Färdval (2003), framtagen inom Göteborg 2050, finns
ett antal framtidsbilder som beskriver hur dessa skulle kunna gå till, liksom en utförlig
beskrivning av nuläget. Fokus i denna rapport kommer att vara på
framdrivningsmetoden, det vill säga hur vätgas eller andra vätebärare via i första hand
bränsleceller kan användas för att driva de fordon som används för transporter i det
hållbara samhället.
23
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
4 Ramar och mål
Själva backcastingmetoden bygger till stor del på att istället för att göra
framskrivningar av nuläget, skapa bilder av framtiden utifrån vilka krav vi ställer på
den. De krav som formuleras här nedan utgör ekologiska och sociala ramar och mål
för att uppnå ett hållbart samhälle.
Inom projektet Göteborg 2050 utgår man ofta från att i ett hållbart samhälle får vi ut
lika mycket gott av våra liv som idag ur bara hälften så mycket energi som idag. Det
baseras dels på att vi utvecklat en något annorlunda syn på vad som är viktigt för oss,
dels på att energieffektiviseringar ger oss samma tjänster med en lägre tillförsel av
energi.
4.1 Ekologisk hållbarhet
Ordet hållbarhet är populärt och kan sammankopplas med en rad olika betydelser.
Inom Göteborg 2050 är dock betydelsen i grunden densamma som presenterades i
Brundtlandkommissionens rapport 1987 (WCED):
”En hållbar utveckling är en utveckling som tillgodoser dagens behov utan att
äventyra förutsättningarna för kommande generationer att tillgodose sina behov.”
Hållbarhet ur ett ekologiskt perspektiv innebär att den belastning samhället ger på
jordens ekosystem inte ska förändra eller förstöra dessa och därmed förhindra
framtida generationer att på olika sätt nyttja de värden som ekosystemen innefattar.
Det ekologiska perspektivet har lett till ramar för framtidsbilderna som innebär ett
energisystem baserat enbart på förnybara energikällor. Dessa ska nyttjas på ett sådant
sätt att de kan användas under en mycket lång tid framöver. Ett storskaligt nyttjande
av biomassa kan utarma såväl skogar som odlingsmarker medan vind- och vattenkraft
liksom övriga förnybara energikällor har sina respektive miljökonsekvenser.
Viktigt i det ekologiska perspektivet är även användningen av begränsade
naturresurser i tekniken, exempelvis sällsynta ädelmetaller i solceller. Till de
ekologiska ramarna hör då även att den teknik som används ska ingå i ett kretslopp av
material. Inga sällsynta grundämnen ska behöva efterfrågas i sådan omfattning att det
leder till rovdrift och målet är att alla material ska återvinnas inom systemet. Den
tredje ekologiska ramen sätts utifrån utsläppsperspektivet. I ett hållbart energisystem
är hotet från växthusgaserna undanröjt men även kväve- och svavelutsläpp med mera
måste hållas på en nivå under de kritiska belastningsgränserna.
4.2 Välfärden
Den välfärd västvärldens länder uppnått under 1900-talet är till viss del baserad på
orättvis fördelning av världens resurser. Ända sedan kolonialismen har billiga och
viktiga råvaror hämtats i u-länder för att utgöra energi- och materialråvara i
västvärldens tillverkningsindustrier. Västvärlden har haft en snabb industriell
utveckling medan många länder i Afrika, Asien och Sydamerika till stor del ”står
kvar” i ett primitivt jordbrukssamhälle där resurserna dessutom kan vara mycket
ojämnt fördelade inom landet.
24
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
En förutsättning för en fortsatt utvecklad välfärd är att även folken i
utvecklingsländerna får del av den och tillåts ”komma upp” på motsvarande nivå som
västvärlden. En jämn fördelning av jordens resurser kan utformas efter givna ramar
baserade på tillgångar och tillgängligt utrymme. Det kan exempelvis innebära en
energibudget per capita och en viss mängd växthusgasutsläpp per capita och så vidare.
4.2.1 Rättvist miljöutrymme
Ovanstående resonemang har bland annat tagit sig formen i uttrycket rättvist
miljöutrymme, ett uttryck som passar bra att använda när man talar om
energiförsörjning och andra centrala frågor ur ett globalt perspektiv. Svenska
Miljöförbundet Jordens Vänner och dess internationella moderorganisation Friends of
the Earth International har använt begreppet som utvecklats av det tyska
Wuppertalinstitutet för att kunna använda det som redskap i sitt arbete för ett hållbart
Sverige och en hållbar värld (Miljöförbundet Jordens Vänner, 1997).
Rättvist miljöutrymme ska ses på den enskilde individens nivå. En person boende i
Göteborg ska ha rätt till samma tilldelning av jordens resurser som en person i Dubai,
Indien eller Mali. Det kan verka orimligt på grund av de kraftigt varierande
förutsättningar som gäller på vår planet, till exempel med tanke på klimatet. Men i ett
hållbart samhälle kan man tänka sig att olika omständigheter, såsom kylbehov vid
värme och uppvärmningsbehov vid kyla, tar ut varandra. Energisnål teknik gör också
att skillnaderna minskar. Utifrån uppsatta mål om till exempel koldioxidhalten i
atmosfären kan därmed ett utsläppsutrymme per capita beräknas och utifrån en rimlig
nivå på den framtida tillgången på förnybar energi kan ett energiutrymme bestämmas.
Detsamma kan sägas om jordmån, vatten och andra naturresurser.
I denna studie kommer rättvist miljöutrymme endast att beröras ur ett energiperspektiv
samt i viss mån ett utsläppsperspektiv. Anledningen till att utsläppsperspektivet är
begränsat är att utgångspunkten kommer att vara ett energisystem helt baserat på
förnybar energi, där nettoutsläppen förväntas vara 0. För att uppnå social hållbarhet
krävs dock betydligt mer. Det utmanande arbetet med att ta ett helhetsgrepp kring de
orättvisor som vår värld rymmer måste ske på alla fronter.
4.2.2 Det goda livet
En allmän utveckling av vad vi kallar välfärd är inte oförenlig med en minskad
energianvändning, något som man ibland kan få intryck av i debatten. Ny
energiteknik innebär nya möjligheter för näringslivet vilket enligt Cherry (2003) är en
nog så viktig drivkraft i utvecklingen av vätgasteknologi. Att använda energi och
materiel på ett klokare och effektivare sätt innebär självklart möjliga besparingar
likväl som andra typer av effektivisering. Inom projekt Göteborg 2050 används
begreppet det goda livet. Det är ett begrepp för att symbolisera den välfärd som vi
lever i idag och som vi vill fortsätta att utveckla.
25
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Till stor del sätter vi idag värde på det materiella omkring oss liksom på mängden
aktiviteter vi engagerar oss i. En omvärdering av begreppet välfärd, där ett lugnare
tempo med mer kvalitativa upplevelser, sociala relationer och andra, ”mjuka” värden
får en större plats skulle kunna bidra till ett hållbart samhälle på flera sätt. Förutom
mindre materielflöden genom ett minskat behov av ”prylar”, skulle eventuellt vårt
transportbehov kunna minska vilket väsentligt kan påverka vår energianvändning. Ett
lugnare tempo med färre men mer högkvalitativa aktiviteter skulle minska stressen
och därmed behovet av många, snabba transporter. Detta utreds vidare av Löwendahl
(2003).
4.3 Befolkning 2050
Världens befolkning uppgick år 2004 till närmare 6,4 miljarder människor. Tillväxten
de senaste tio åren har varit i genomsnitt 1,3 % per år, vilket har inneburit att världens
befolkning ökat med omkring 800 miljoner invånare under denna tidsperiod.
Tillväxten är dock mindre än under perioden 1975-1990 då den var 1,7 %. Mest växer
befolkningen i utvecklingsländerna, hela 95 % av tillväxten sker där (FN, 2004).
FNs Department of Economics and Social Affairs gör regelbundet prognoser av
utvecklingen för världens befolkning. 2002 års revision är den artonde i ordningen.
Ett antal scenarion modelleras och resulterar i ett spektrum av möjliga
tillväxtscenarion. I denna studie antas världens befolkning uppgå till omkring 10
miljarder människor vid den tidpunkt då det hållbara samhället utvecklats. Antagandet
hamnar då någonstans emellan FN:s hög- och medelscenarion, se figur 13. Vid denna
tidpunkt förväntas den globala befolkningstillväxten i medelscenariot vara så låg som
0,33 % per år (FN, 2003).
(Miljarder människor)
12
Hög
11
10
Medium
9
8
Låg
7
6
5
4
3
2
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
Figur 13: Världens befolkning fram till år 2050. I denna studie antas världens
befolkning uppgå till omkring 10 miljarder människor vid den tidpunkt då det
hållbara samhället utvecklats (FN, 2001).
För Sveriges del räknar samma studie med att Sveriges befolkning minskar från
dagens 9 miljoner invånare till omkring 8,7 miljoner.
26
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Befolkningen inom det för denna studie avgränsade området uppgick år 2000 till
omkring 619 000 invånare (SCB, 2004). Antaganden om befolkningen för denna
studie skiljer sig något ifrån FN:s beräkningar. År 2050 är som tidigare nämnts ett
symboliskt årtal då mänskligheten skapat ett hållbart samhälle. Detta årtal kommer
förhoppningsvis att infalla så snart som möjlig, då gärna 2050. Sannolikt dröjer det
dock ytterligare en tid innan det hållbara samhället är verklighet. Delvis därför, men
även för att underlätta överslagsberäkningar, används i denna studie något annorlunda
siffror för befolkningen. Världens befolkning antas stabiliseras omkring 10 miljarder,
Sveriges befolkning omkring 10 miljoner och befolkningen inom det för denna studie
avgränsade området förväntas ha stabiliserats omkring 1 miljon invånare i det hållbara
samhället.
4.4 Rättvist energiutrymme
Utifrån ovan förda resonemang om rättvist miljöutrymme kan ett försök göras att
beräkna vilka behov av energi som kommer att finnas i Göteborg 2050. Energibehov
uttrycks oftast som ett årligt energibehov eller som ett effektbehov.
Den främsta metoden för att nå ett hållbart samhälle är att effektivisera
energianvändningen. Effektiviseringar innebär att en viss mängd energi inte behöver
användas och därmed inte genereras. Därmed är det inte relevant att enbart tala om att
ersätta dagens främst fossila energiresurser med andra, utan även att minska behoven.
Användningen av energi idag är som tidigare nämnts orättvist fördelad över jorden.
Den totala energianvändningen på jorden uppgår till omkring 120 000 TWh (WEA,
2000) med en befolkning på ca 6,4 miljarder människor. Det motsvarar 18750 kWh
per invånare och år eller ett genomsnittligt effektbehov av 2,14 kW per invånare. Med
utgångspunkt i att världens befolkning ökar till någonstans omkring 10 miljarder
människor kan en bedömning göras över hur mycket energi var och en kan använda i
snitt per år.
John P. Holdren (1996) argumenterar för en framtid där varje människa har tillgång
till omkring 3 kW. Uttryckt i energibehov över året skulle det innebära 26300 kWh
per år och invånare eller ett globalt energibehov på 263 000 TWh. Det är ungefär
hälften av vad en svensk använder idag och kan också jämföras med 2,14 kW som är
ett ungefärligt medelvärde för en världsinvånare idag.
Holdren tar upp tre viktiga faktorer som påverkar det totala energibehovet: jordens
population av människor, den genomsnittliga ekonomiska aktiviteten samt den
genomsnittliga energianvändningen per BNP. Han pekar på fem nyckelingredienser
för en förnuftig, global energistrategi:
1.
2.
3.
4.
5.
Ökad effektivitet i slutanvändningen av energi
Reducering av miljöeffekterna av dagens energikällor
Underlätta övergången till mer hållbara energialternativ
Utökade program för internationellt samarbete och bistånd
Stoppa världens befolkningstillväxt vid 10 miljarder eller därunder
Om en sådan strategi genomförs på ett lyckat sätt, förutspår Holdren dels en minskad
klyfta mellan I- och U-länderna, samtidigt som båda grupperna hamnar kring ett
effektbehov av omkring 3 kW per capita.
27
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
I Schweiz har the Swiss Federal Institute of Technology (2002) studerat möjligheterna
för landet att fram till år 2050 bli ett 2000-wattssamhälle, alltså ett samhälle där varje
människa har ett effektbehov av 2 kW eller ett årligt energibehov av 17 500 kWh.
Studien fokuserar mycket kring potentialen för energibesparingar inom alla led i
energisystemet, från primärproduktion till de beteenden som styr hur vi väljer att
utnyttja de energitjänster som utgör slutprodukten för energin. Om världen utvecklas
mot ett 2kW-samhälle, skulle det med en befolkning på 10 miljarder människor
innebära ett totalt årligt energibehov på 175 000 TWh.
Goldemberg et al. (1985) argumenterar för ett framtida samhälle med ett effektbehov
av 1 kW per invånare. De anser att en utveckling av välfärden, främst i
utvecklingsländerna, inte alls, som annars ofta hävdas, är beroende av en kraftigt ökad
energianvändning. De fokuserar istället på själva energitjänsterna som ger den välfärd
man anser vara rimlig och konstaterar att dessa bör kunna bli tillgängliga vid 1 kW
eller 8760 kWh/år per capita. Det förutsätter att dagens effektivaste teknik utnyttjas
samt att ytterligare framsteg görs på området. Resultatet skulle då kunna bli ett globalt
årligt energibehov på 87600 TWh.
4.5 Energitillgång
Med en världsbefolkning på 10 miljarder människor skulle det globala, årliga
energibehovet utifrån ovan förda resonemang hamna mellan 87 600 TWh och 262 000
TWh. Utifrån ett globalt, hållbart tillgångsperspektiv som presenteras i Solstad
Göteborg 2050 (2003), kan ett rimligt energiutrymme anges till 25 000 kWh per
invånare och år. Hänsyn har då tagits till de flöden av förnybar energi som solen
förser oss med samt en antagen teknisk potential. Det skulle i termer av effekt
innebära knappt 3 kW per invånare, i närheten av vad Holdren (1996) talar för. I tabell
2 finns uppgifter om storleken på de olika flödande energiresurserna. Där framgår det
att den teoretiska potentialen är i det närmaste oändlig mätt med dagens mått, men
även den bedömda tekniska potentialen är långt större än de 250 000 TWh som ett
tänkt hållbart scenario skulle behöva.
Tabell 2: Den globala resursbasen för förnybar energi jämfört med det globala
energiscenariot i Solstad Göteborg 2050. Källa: WEA, 2000.
Energiresurs
Hållbart scenario (TWh)
Teknisk potential
Teoretisk potential
(Solstad Gbg 2050)
(TWh)
(TWh)
Solenergi (el
127 500
>440 000
1 000 000 000
och värme)
Biomassa
55 000
>80 000
800 000
Vind
55 000 (inkl. havsenergi) 180 000
1 700 000
Havsströmmar
Vattenkraft
Geotermisk
energi
Totalt
(se ovan)
12 500 (inkl. geotermisk)
(se ovan)
Ingen uppskattning
14 000
1 400 000
2 000 000
40 000
40 000 000 000
250 000
>2 100 000
>40 000 000 000
28
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Inom ramen för denna studie, liksom i Solstad Göteborg 2050, kommer ett
genomsnittligt energibehov på 25 000 kWh per år att användas för att definiera det
rättvisa energiutrymmet. Det innebär ett genomsnittligt effektbehov strax under 3 kW,
motsvarande vad Holdren förespråkar. Det innebär även att energisystemet inom
Göteborgsområdet såsom det beskrivs i denna studie ska förmedla 25,0 TWh energi
per år till användarna, knappt 5 TWh mer än år 2000.
Fördelningen mellan de olika samhällssektorerna antas vara den samma som idag.
Detta grundar sig i ett allmänt antagande att alla sektorer görs delaktiga i utvecklingen
mot ett hållbart samhälle och får bära sina egna kostnader rättvist sinsemellan. En
framtida energianvändning på 25000 kWh per invånare och år motsvarar 76 % av
dagens energianvändning på 32886 kWh. Det krävs alltså en minskning av
energianvändningen med ungefär 25 % per invånare, se figur 14. Observera att med
statistik från Energimyndigheten, 50 000 kWh per invånare och år idag, skulle en
halvering krävas.
Årlig energianvändning per
invånare och sektor (kWh)
Industri
Göteborg 2050
Transporter
8850
6743
Service
Hushåll
6726
5182
6819
5125
7960
10474
Figur 14: Energianvändningen i det hållbara Göteborg 2050 (till höger)
uppgår till 76 % av dagens användning (till vänster). Minskningen är jämt
fördelad mellan sektorerna.
4.5 Koldioxidutsläpp
Dagens globala utsläpp av CO2 motsvarar omkring 4 ton per invånare och år. Globalt
innebär det totalt omkring 25 Gton CO2. Inom EU och i de nationella svenska
miljömålen förordas en stabilisering av atmosfärens koldioxidhalt på 550 ppm, något
som enligt beräkningar skulle innebära en global medeltemperaturhöjning mellan 2˚C
och 5˚C. För Norden tyder beräkningarna på att medeltemperaturhöjningar blir högre
än genomsnittet. För en balansering av temperaturen 2,0-2,5 ˚C över dagens globala
medeltemperatur kommer troligen en begränsning av CO2-halten omkring 450 ppm
att krävas. En sådan nivå innebär att utsläppen av CO2 måste stabiliseras omkring 9
Gton per år på längre sikt. De sammanlagda utsläppen på vägen dit är också viktiga
och ju tidigare utsläppen minskas, desto lättare blir det att nå en acceptabel och stabil
halt i atmosfären (Swahn, 2004).
29
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Med en global befolkning på 10 miljarder människor innebär 9 Gton CO2 ett rättvist
miljöutrymme på 0,9 ton CO2 per invånare och år. Utifrån dessa
utsläppsbegränsningar kan de totala utsläppen i Göteborg 2050 beräknas. De blir med
en miljon invånare 0,9 Mton, se figur 15. Koldioxidutsläppen i det hållbara samhället
såsom det presenteras i föreliggande rapport kommer att vara nära 0 eftersom all
energitillförsel antas komma från förnybar energi. Det innebär i praktiken en mycket
god marginal till de utsläppsmål som bland annat IPCC (2001) lägger fram som
rimliga.
Koldioxidutsläpp per invånare och år,
Göteborgsområdet (ton)
5000
4670
4000
3000
2000
900
1000
0
0
År 2000
Rättvist miljöutrymme,
Göteborg 2050
Föreliggande studie,
Göteborg 2050
Figur 15: Koldioxidutsläpp per invånare och år i Göteborgsområdet idag och i
en hållbar framtid. Den mittersta stapeln representerar utsläpp som skulle
kunna ge en konstant koldioxidhalt i atmosfären på omkring 450 ppm,
motsvarandes en global medeltemperaturökning på 1-4˚C. I denna studie är
utgångspunkten att all energitillförsel i samhället är förnybar och
nettoutsläppen av koldioxid därmed 0.
30
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
5 Väte – nu och i framtiden
Väte är det vanligaste grundämnet i universum. Det är vårt lättaste grundämne med en
densitet på 0,090 kg/m3 vid 0˚C, vilket gör den omkring 14 gånger lättare än luft. Väte
kokar vid -252,5˚C och har även i flytande form lägst densitet av alla våra
grundämnen. Dess naturliga aggregationstillstånd är följaktligen gas (Gröndalen,
1998). Mer om vätes förbrännings- och miljöegenskaper finns att läsa i avsnitten om
säkerhet och miljö.
Väte används redan idag i stor omfattning inom industri världen över. Det produceras
årligen omkring 45 miljoner ton väte, uttryckt i volym omkring 500 miljarder
kubikmeter vätgas och som energi 1770 TWh (HHV). Det motsvarar i energi omkring
1-2 % av den årliga globala energianvändningen. Väte är en viktig ingrediens i
processer i bland annat kemisk- och petrokemisk industri, massaindustri och
metallurgi och är vardag i så skilda saker som rymdindustri, ammoniakframställning
och margarintillverkning (Foley, 2001; Winter, 2003).
Den redan omfattande användningen, om än inte för energiändamål, innebär att teknik
för produktion, lagring och transport redan existerar. Denna teknik utgör i viss
utsträckning en plattform för utvecklingen mot ett framtida vätgas- och elbaserat
energisystem, men ännu finns mycket kvar att göra innan vätgasen kan bli en del av
vår vardag.
Väte är inte bara en industrikemikalie, det är även en sekundär energibärare liksom el.
Att den är sekundär innebär att den i princip inte finns att hämta i ren form i naturen,
utan måste genereras ur andra kemiska föreningar med insats av primärenergi (HyNet,
2004).
Bränsleceller är en av flera tekniker för att utnyttja vätgasens goda egenskaper. Som
nämndes ovan har dess användning fram till idag främst handlat om dess lämplighet i
vissa kemiska processer inom basindustri. Att använda vätgas som en energibärare
och som bränsle vid kraftgenerering har flera fördelar. Vätgas som reagerar med syre
bildar enbart vatten och ger därmed inga skadliga utsläpp medan reaktionen ger ett
överskott på energi. El och värme kan genereras både i traditionella
kraftvärmeprocesser och i bränsleceller. Till skillnad från olika termiska processer är
bränslecellen inte begränsad av Carnotprocessens lagar varvid en högre verkningsgrad
kan uppnås. En ottomotor körd på bensin kan förlora upp till 80 % av tillförd energi i
form av värme och friktion, en bränslecell så lite som 40 % (Foley, 2001).
5.1 Väte som energibärare och bränsle
Väte är en flexibel energibärare i den meningen att det kan produceras på en rad olika
sätt, varav några redan idag är tillförlitliga och kommersiella. Alternativa metoder
finns i olika stadier av utveckling eller enbart på idéplanet. Eftersom vätets naturliga
aggregationstillstånd är gas är dess egenskaper något besvärliga, särskilt på grund av
dess låga densitet. Det är mycket flyktbenäget och har dessutom förmågan att
diffundera genom vissa material, till exempel de metaller som normalt används i
gasledningar.
31
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Väte har ett energiinnehåll, eller högre värmevärde (HHV), på 141,86 MJ/kg. Det kan
jämföras med bensins 48 MJ/kg. Vätgasens densitet vid normalt tryck och temperatur
är dock mycket lågt, endast 0,08376 kg/m3. Detta ger ett mycket lågt energiinnehåll
per volymenhet, bara 1,11 kWh/m3.
Det finns ett antal vägar att hantera vätgas på som har förutsättningar att användas i ett
storskaligt distributions- och lagringssystem. Samtidigt finns även faktorer som talar
emot ett sådant system. Redan idag finns ett utmärkt sätt att överföra energi från A till
B i stor och liten skala, nämligen som elektrisk energi. Kraftöverföring med el
utvecklas kontinuerligt och högspänd likström är kanske mest intressant idag och
inom en närmare framtid (muntlig kommunikation, Asplund, 2004).
I Sverige används ca 3 TWh vätgas idag, i huvudsak inom industrin, motsvarande ca
12 % av den totala energigasanvändningen. Det är dubbelt så mycket som biogas
bidrar med och en tredjedel av vad som tillförs med fossilgas (Energiframsyn, 2002a).
5.1.1 Produktion av vätgas
Ett antal metoder för att producera väte finns idag. Den helt dominerande metoden är
ångreformering av fossilgas som svarar för över 90 % av det väte som produceras.
Ångreformering kan även användas för lättare naftafraktioner, medan tyngre oljor och
kol omvandlas genom partiell oxidation eller pyrolys. För kol är även förgasning
möjligt. Vid ångreformering av fossilgas sammanförs metan (fossilgas) och
vattenånga under högt tryck och hög temperatur. Av detta bildas CO och H2.
Ytterligare vätgas produceras genom en så kallad CO-skiftreaktion där ytterligare
vatten tillförs vilket ger CO2 och H2. Den teoretiska energiverkningsgraden är 86 %
men idag når man omkring 75 %. Motsvarande process kan genomföras med biogas,
då utan nettoutsläpp av CO2 (Gröndalen, 1998).
Utöver de kolvätebaserade produktionsmetoderna kan även el användas för
produktion av väte genom elektrolys av vatten. Vatten spjälkas av
spänningsskillnaden mellan en anod och en katod till rent syre och väte. Idag uppnår
man en verkningsgrad av upp till 80 % vid storskalig elektrolys, det vill säga det krävs
1,25 kWh el för att generera 1,0 kWh väte (STEM, 2003a). Norsk Hydro tillhör de
ledande tillverkarna av storskaliga elektrolysörer idag. Utvecklingen går framåt och
olika former av elektrolys såsom PEM-elektrolys (mer om PEM i avsnitt 5.4) och
högtemperaturelektrolys kan bidra till ökad verkningsgrad (Palm, 2000). I
laboratorieförsök uppnår man redan idag verkningsgrader ända upp till över 90 %
(Gröndalen, 1998).
Utifrån detta antas inom ramen för denna studie att 85 % kommer att vara den
omvandlingseffektivitet med vilken el omvandlas till väte vid den tidpunkt då det
hållbara vätgassamhället är introducerat.
32
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Partiell oxidation, pyrolys och förgasning är tre existerande metoder som är tänkbara
att använda även för väteproduktion ur biomassa och avfall. Det är främst med dessa
metoder som utvecklingen av biomassabaserad vätgasproduktion sker idag. Den
syntesgas som förgasningen ger lämpar sig inte bara för vätgasproduktion. Även
metanol kan vara fördelaktigt att producera, liksom andra syntetiska kolväten som
Fischer-Tropschdiesel (FT-diesel) och dimetyleter (DME). Vid dagens förgasning av
kol uppnås en energiverkningsgrad på omkring 45 %, då med ett integrerat
gasturbinsteg. Denna typ av processer har goda förutsättningar för
koldioxidavskiljning (Gröndalen, 1998). En framtida omvandlingseffektivitet till
vätgas eller metanol omkring 50-60 % är rimliga att räkna med (Sørensen, 2003).
Utifrån detta antas inom ramen för denna studie att 55 % kommer att vara den
omvandlingseffektivitet med vilken biomassa omvandlas till väte vid den tidpunkt då
det hållbara vätgassamhället är introducerat.
Det finns många varianter på ovan nämnda produktionsprinciper. En metod att
framställa vätgas är via ångreformering av biomassa i kombination med fossilgas eller
annan metangas, till exempel biogas. För att erhålla 1 kWh vätgas krävs ca 0,43 kWh
biomassa och 0,44 kWh metan samt en mindre mängd el (Gröndalen, 1998). Därmed
ser det alltså ut som om verkningsgraden för sådan vätgasproduktion kan bli mycket
hög samtidigt som enbart förnybar energi kan användas.
Aker Kvaerner ASA har utvecklat en teknik för framställning av rent kol, så kallat
”carbon black”. Vid processen, som skulle kunna kallas plasmaelektrolys, används
fossilgas eller olja som hettas upp till 1600˚C och därmed sönderdelas i bland annat
väte och kol. En fabrik för detta har byggts i Montreal. Den ska producera 20000 ton
absolut rent kol till metallurgisk industri och för produktion av bildäck. Som
biprodukt får man 50 miljoner m3 vätgas. Fabriken byggs för att kunna expandera till
en produktion av upp till 90000 ton kol motsvarande drygt 200 miljoner m3 vätgas
(Aker Kvaerner, 2004). Energiverkningsgraden för produktionen av väte uppgår till
48 %. Totalverkningsgraden närmar sig 100 % om 10 % processånga och 40 %
energiinnehåll i det aktiva kolet räknas in. Ett inflöde av 4,4 kWh el och 1,7 Nm3
fossilgas ger ett utflöde av 1 kg carbon black och 3,5 Nm3 H2 (HyNet, 2004). I och
med att det kol som bildas i processen är i fast, ren form är det lätt att separera och ta
om hand. Kanske kan detta vara ett alternativ för kolavskiljning ur fossila bränslen.
Produktion som på olika sätt drivs med solenergi hör framtiden till och olika idéer
testas och utvecklas. Bland annat försöker forskare ta fram solceller som istället för el
producerar väte. Man tittar även på fotobiologiska och termiska processer baserade på
solenergi. Växter och algers fotosyntes är ett sinnrikt sätt att omvandla energin i
solljuset till väte, men vätets benägenhet att snabbt binda upp sig i större komplex gör
det svårtillgängligt. Forskare i Sverige och på andra håll försöker idag att på olika sätt
öka väteproduktionen i bland annat blågrönalger för att på så sätt få ett överskott av
väte som kan tillvaratas (STEM, 2003b).
Trots att vätgas är universums vanligaste grundämne, finns det som tidigare nämnts
inte i ren form på jorden. Det är en sanning med modifikation. På Island utreds nu om
vätgas skulle kunna utvinnas direkt ur borrhål i jordskorpan och de preliminära
resultaten är positiva. Ett borrhål förväntas kunna försörja en tankstation för
vätgasfordon.
33
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Den vätgas som idag används inom svensk industri är många gånger resultatet av ett
biflöde, en restprodukt, vid annan produktion. Så kommer det troligen att förbli även i
den närmaste framtiden och den produktionen kan utgöra en möjlighet för
utvecklingen av lokala fordonsflottor, kraftvärmeproduktion eller andra applikationer
innan vätesamhället nått sin fulla mognad.
För att producera väte till fordonsbränsle genom elektrolys på ett hållbart sätt, krävs
stora mängder förnybar el. Mazza och Hammerschlag (2004) konstaterar att för att
förse den amerikanska transportsektorn med väte motsvarande den idag använda
energimängden krävs mer el än den totala amerikanska elanvändningen idag. De anser
att denna el troligen ger bättre nytta på annat håll, åtminstone ur växthusgassynvinkel.
5.1.2 Vätebärande medier
Utvecklingen för distribution och lagring av väte är tillsammans med utvecklingen av
bränsleceller svårbedömd och tillsammans utgör de en bromskloss för tekniken. I
dagsläget finns ingen tydlig tendens som pekar på någon enskild framtida vätebärare
(Macfie, 2002), även om ren vätgas ur ett energieffektivitetsperspektiv i de flesta
fallen är att föredra. Ett antal alternativ förutom ren vätgas i flytande och
komprimerad form omnämns i litteraturen. Tre vätebärare tillika möjliga framtida
biomassabaserade drivmedel är metanol, DME och FT-diesel. Teknik för att
framställa dessa från fossil råvara används redan idag och de kan alla framställas även
ur förgasad biomassa. Ammoniak, bensin och fossilgas utgör andra möjligheter.
Utöver dessa traditionella kolväten finns en annan inriktning i natriumbaserade
vätebärare. Natriumhydrid och natriumborhydrid testas av företag i Nordamerika och
åtminstone för den sistnämnda verkar redan framtagen teknik fungera tillämpad som
bränsle i fordon. Natriumhydrid, NaH, är tänkt att distribueras som pellets. När
innehållet löses i vatten utvecklas vätgas enligt reaktionen NaH+H2O=NaOH+H2.
NaOH kan sedan återanvändas vid produktion av ny pellets. Enligt företaget bakom
lösningen är vätgasinnehållet per volymenhet högt, omkring 1,6-1,7 gånger mer än för
metanol och flytande väte och hela 6 gånger mer än komprimerad vätgas vid 20,7
MPa (3000 psi). Möjligheten till ett system för bulktransporter av drivmedlet och
återföring av restprodukter för upparbetning framhålls som en fördel (Powerball,
2003).
Natriumborhydrid, NaBH4, hålls i vätskelösning vilket gör den enkel att distribuera.
Vid ”Hydrogen on demand”-processen reagerar NaBH4 med 2 H2O, bildar vätgas och
NaBO2. Detta kan sedan återanvändas för produktion av ny NaBH4 (Milleniumcell,
2003).
Enligt Bossel et al. (2003) är energiåtgången vid produktion av natriumhydrider 1,6
gånger högre än den energi man sedan kan plocka ur hydriden, det vill säga
energieffektiviteten i steget är omkring 60 %.
De flesta alkalimetallhydrider har liknande egenskaper som natriumhydrider. De är
visserligen goda vätebärare med en hög energidensitet, jämförbara med exempelvis
trä. Energiförlusterna vid produktionen av både alkalimetallerna och hydriderna kan
vara ett hinder mot en större plats i ett hållbart energisystem (Bossel et al., 2003).
34
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Emellanåt dyker nya idéer om vätgasframställning från förnybart material upp.
Solrosolja, bioalkohol och biologiskt avfall är några exempel på potentiella
vätgaskällor. Vissa av dessa metoder förefaller väl utprovade och dokumenterade,
andra inte. Idérikedomen är enorm och utgör kanske i sig en anledning att tro på
vätets framtid som energibärare i samhället.
5.1.3 Vätgas som bränsle
Vätes starka reaktionsbenägenhet gör det till ett lämpligt bränsle. Reaktionen
tillsammans med syre ger utöver ett stort energiöverskott bara vatten som restprodukt.
Väte kan användas i vanliga förbränningsmotorer istället för till exempel bensin, men
det väsentliga med vätet är dess funktion som bränsle tillsammans med syre i
bränsleceller. Denna kombination har möjligheter att uppnå verkningsgrader dubbelt
så höga som dagens förbränningsmotorer inom transportsystemet och utan några som
helst utsläpp förutom vattenånga (STEM, 2003b).
Stora delar av bilindustrin världen över arbetar med forskning kring vätgasdrivna
bilar. Drivlinan som de flesta tittar på är bränsleceller av olika slag. Men vätgas kan
även användas som bränsle i förbränningsmotorer och gasturbiner, även här utan
koldioxidutsläpp som följd. BMW arbetar exempelvis med utveckling av
förbränningsmotorer för vätgasdrift, medan mindre bränsleceller är tänkta att
användas för att generera el till bilens elektronik (BMW Clean Energy, 2003).
Väte och bränsleceller kommer troligen att få hård konkurrens av andra alternativ för
framdrivning av fordon i framtiden, såväl på kort som på lång sikt. Batteridrivna
fordon, hybrider och så kallade plug-in hybrid electric vehicles (PHEV) är tre
exempel på helt eller delvis elektriska fordonstyper som trots en allmän skepticism
förväntas erbjuda möjligheter för ett hållbart vägtrafiksystem. Även biobränslen i
olika form torde erbjuda en tydlig konkurrerande möjlighet (Mazza & Hammerschlag,
2004).
I ett framtida vätgassamhälle är det tänkbart att vi använder ”bränsle” till betydligt fler
applikationer än vi gör idag, där vi idag använder exempelvis batterier. Små
bränsleceller kan tänkas driva mobiltelefoner, datorer och annan likvärdig elektronik.
Dessa tankas då med någon form av bränsle med jämna mellanrum. Bränsleceller med
väte eller ett vätebärande bränsle förväntas ge betydligt längre driftstider än dagens
batterier.
5.2 Transport, lagring och distribution
Väte kan transporteras och lagras i ren form antingen i gasform eller i kryogen,
flytande form. Det kan även transporteras och lagras i någon av de vätebärare som
nämnts ovan, alltså alkoholer och kolväten, alkalimetallhydrider och kväveföreningar
såsom ammoniak. De kan även lagras i olika former av matriser, bland annat talas om
att lagra väte i nanofibrer och nanostrukturer av kol. Eftersom vi redan idag har en
metod att överföra stora mängder energi, som högspänd elström, inleds avsnittet med
en genomgång av dagsläget och framtidspotential för detta.
För storskalig transmission och hantering av väte som energibärare är den rena
formen av allt att döma att föredra. Ett flertal studier finns på området, exempelvis
Leighty & Keith (2002) och Bossel et al. (2003).
35
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Merparten av de förnybara energikällor som enligt denna studie kommer att svara för
primärenergiförsörjningen i ett hållbart energisystem är intermittenta. Intermittensen
gör behovet av lagring till en central fråga (Sørensen, 2003). Enligt bland annat
Holdren (1996) pågår en trend med ökande andel el i energisystemet, något som även
det kan öka behoven av lättåtkomlig, högkvalitativ energilagring.
Variationerna i lasten på nätet, det vill säga användningen, måste balanseras av den
tillförda effekten. I Sverige görs detta i dag med vattenkraft som är mycket lämplig
för detta ändamål. I framtiden kommer denna möjlighet kanske inte räcka till, då till
exempel vindkraften tagit större andelar av den svenska energiproduktionen.
Framförallt på platser i världen där vattenkraft inte finns tillgänglig kommer andra
alternativ att krävas. Vätgas producerad av förnybar el kan vara ett lämpligt sätt att
lagra el för att använda för kortsiktig effektbalansering såväl som långsiktig
energibalansering. Använd i bränsleceller kan den levererade eleffekten snabbt
regleras och balansera variationer i systemet.
Variationerna i lasten kan minskas för att därigenom minska behoven av balansering.
Energieffektiviseringar har här stor betydelse, särskilt för uppvärmning. Dagens
relativt omfattande användning av direktverkande elvärme och värmepumpar innebär
kraftiga toppar i efterfrågan på elenergi under kalla dagar under vinterhalvåret. Dessa
toppar kan kapas avsevärt genom bättre isolering och/eller övergång till andra
uppvärmningsformer.
5.2.1 Eltransmission
Trots denna rapports titel och huvudinriktning inleds detta avsnitt med något annat.
Ett tydligt alternativ till energitransmission i vätgasledningar är naturligtvis den teknik
vi använder idag, högspänd elström. Så här långt har de flesta elnäten i den
industrialiserade världen byggts för högspänd växelström (HVAC). Enligt Gunnar
Asplund (ABB, 2004) är högspänd likström (HVDC) mest aktuellt i dagsläget och för
framtiden. Han nämner två starka skäl för detta:
Det första är de snabbt växande utvecklingsländerna som bygger mycket och stor
kraftproduktion och snabbt behöver bygga ut sina kraftnät. De förnybara resurser,
främst i form av vattenkraft, som återstår att exploatera i dessa länder ligger inte
sällan långt ifrån befolkningscentra och större industricentra. Där är HVDC det
naturliga valet eftersom ekonomin på flera sätt är fördelaktig i förhållande till HVACteknik.
Det andra skälet är utbyggnad i västvärlden. Här har en ökande avreglering av
elmarknaden lett till att aktörerna vill ha en större flexibilitet och reglerbarhet i
kraftsystemet. El ska kunna överföras åt olika håll, över fler gränser och mellan
växelströmssystem med exempelvis olika frekvenser. Också här passar HVDC bättre
in.
HVDC (+/- 500-600 kV) kan överföra el på sträckor runt 800-1000 km. På en sådan
sträcka uppgår energiförlusterna typiskt till 3-5 %, eller 0,4 % per 100 km (Leighty &
Keith, 2002). Därtill kommer förluster omkring 2,5 % i omvandlingsutrustning. Med
framtidens HVDC som kommer att ha en spänning på +/- 800 kV räknar Gunnar
Asplund med att el ska kunna överföras 2000-2500 km med samma förlustsiffror.
Kapaciteten i en sådan ledning uppgår till upp till 6000 MW.
36
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Enligt Leighty & Keith (2002), finns ett antal viktiga skillnader som talar för HVDC
gentemot HVAC. Däribland att energiförluster över långa distanser är lägre med DC,
DC är lättare att styra och kontrollera och strömriktningen kan relativt enkelt kastas
om. Dessutom krävs mindre kraftledningsstolpar och därmed mindre störning i form
av till exempel kraftledningsgator.
5.2.2 Ledningstransmission
Erfarenhet av vätetransport i ledningar finns på många håll i världen. Totalt finns
omkring 1000 km vätgasledning i bruk, bland annat ett tyskt nät på omkring 100 km
som fungerar utan problem. I USA finns även 40 km ledning för flytande väte
(Gröndalen, 1998). Existerande ledningar fyller dock ett rent industriellt syfte och
utgör bara en transportör mellan olika produktionsanläggningar. Därmed är
energianvändningen för transporten av underordnad betydelse. Erhållen kunskap är
ändå på många sätt värdefull för ett eventuellt framtida vätgasledningsnät (Bossel et
al., 2003).
Då ingen erfarenhet av storskalig väteöverföring finns ännu, utgår merparten av de
existerande studierna på området ifrån existerande teknik i form av fossilgasledningar
när det kommer till energiberäkningar. Det är dock mycket viktigt att här klargöra,
tvärt emot vad som ofta sägs bland fossilgasförespråkare, att existerande nät för
fossilgas inte kan användas för vätgasöverföring utan omfattande modifieringar.
Vätets egenskaper skulle då leda till omfattande diffusion, göra materialet i ledningar
och kringutrustning skör (engelska: embrittlement) och ge en rad andra tekniska
besvär. Enligt Karlsson (Nova, 2004) behöver därför nya ledningar och
kringutrustning utvecklas som klarar av vätets aggressiva egenskaper men även har
lägre toleranser mot läckage, på grund av vätemolekylernas litenhet. Med dagens
ledningar kan en låginblandning med upp till 8 % väte i fossilgas göras utan att
behöva byta ut utrustning. Eventuellt måste vätgasledningar även ges en större
diameter för att ge bättre energiprestanda vid trycksättningen av gasen (Bossel et al.,
2003).
Skillnader i egenskaper mellan väte och fossilgas leder till ett antal jämförelser.
Ledningsdiametern bör i optimalfallet vara 1,3 gånger större för en vätgasledning än
för en fossilgasledning för att få samma överföringskapacitet (Gröndalen, 1998).
Kompressorer för att bibehålla trycket kan placeras 2,4 gånger längre ifrån varandra i
en vätgasledning men behöver då 50 % högre effekt (Gröndalen, 1998).
Energiförlusterna i en vätgasledning förväntas bli 1,13 % per 150 km, eller 3,8 gånger
större per 100 km än i en fossilgasledning, se figur 14 (Bossel et al., 2003).
Figur 14:
Kvarvarande gasmängd i
procent av inmatad mängd
beroende på avstånd från
källan. Källa: Bossel et al.
(2003)
37
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Utifrån dessa data antas inom ramen för denna studie förlusterna i en vätgasledning
vara 0,75 % per 100 km.
En fördel med ledningsöverföring av gas är den lagringseffekt som uppkommer i
systemet. Det svenska fossilgasnätet är internationellt sett blygsamt i sin storlek. Med
en diameter på 50-60 cm, en längd på omkring 300 km och ett arbetstryck mellan 4
och 6 MPa finns ändå en stor överförings- och lagringspotential. Ledningen överför 810 miljoner m3 fossilgas eller motsvarande 100-125 GWh energi per dygn. En
minskning av trycket i denna ledning med 1 bar (0,1 MPa) motsvarar ett uttag av
100 000 m3 fossilgas. Med ett energiinnehåll om 44 MJ/m3 innebär en tryckminskning
med 2 MPa ett uttag av 2 miljoner m3 eller 24 GWh energi. Det motsvarar 1 GW
effekt under ett dygn (muntlig kommunikation, Johansson, Nova 2004).
Leighty & Keith (2002) konstaterar att energiöverföring med gas i ledningar har tre
stora fördelar i förhållande till högspänd likström (HVDC).
1. De största HVDC-ledningarna kan idag överföra som mest omkring 3000 MW
effekt. En gasledning med en diameter på knappt 1 meter kan vid ett tryck av 7
MPa överföra 6500 MW vätgas.
2. En 160 mil lång sådan pipeline fungerar som ett utmärkt energilager. Genom
att halvera trycket från 7 MPa till 3,5 MPa, kan en konstant effekt av 2500
MW tas ut under två dygn. Det motsvarar en energi på 120 GWh.
3. Nedgrävda pipelines stör omgivningen betydligt mindre än kraftledningar.
Dessutom medger den högre kapaciteten att färre ledningar behövs.
Komprimering av vätgas är en mer energikrävande process än överföring av
densamma i ledningar. Beroende på vilken komprimeringsprocess som används och
vilket slutligt tryck som väljs varierar energiåtgången mellan omkring 2,5 % och drygt
15 % av HHV (80 MPa, adiabatisk komprimering). Komprimering görs ofta i flera
steg, vilket ger en något bättre energieffektivitet, se figur 15.
Även överföring av väte i flytande form har studerats. Här ställs stora krav på
isolering och kylning. Endast helium har en lägre kondensationstemperatur än väte.
Enligt Bossel et al. (2003) är energiåtgången vid kylning av väte till vätskeform
mycket stora. De räknar med att en storskalig anläggning (10000 kg LH2 per timme)
med dagens teknik kräver 40 % av den producerade vätskans värmevärde (HHV). I
framtiden är 25 % förluster ett rimligt antagande.
Figur 15: Energiåtgången för komprimering av vätgas är beroende på slutligt
tryck och typ av kompression. Flerstegskompression är den relevanta
kompressionstekniken (Bossel et al., 2003).
38
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
En italiensk studie har enligt Gröndalen (1998) kommit fram till att energiåtgången
för överföring av flytande väte bara blir en hundradel så stor som i gasledningar,
endast 0,5 promille. De kan dessutom eventuellt kombineras med transmission av el
genom supraledare enligt Leighty och Keith (2002). Detta skulle då kunna erbjuda en
transmissioneffekt på 100 GWe och 100 GW flytande väte i en och samma ledning.
Supraledd el och överföring av flytande väte erbjuder dock inte samma flexibilitet i
överföringen som HVDC och vätgas, inte heller samma lagringspotential som en
vätgasledning.
Flytande väte kan även transporteras på fartyg. Såväl i Japan som i ett
samarbetsprojekt mellan EU och Kanada har saken diskuterats. Dessa fartyg skulle bli
gigantiska och vara uppbyggda kring jättelika cisterner för flytande väte. Den
avkokning av det flytande vätet som kontinuerligt sker kan användas för drift av
fartygens maskineri och tankarnas kylsystem (Gröndalen, 1998).
5.2.2 Distribution och lagring
Distribution av väte kan liksom mer storskalig överföring ske via ledningar men också
via väg- och järnvägstransporter. Det kan distribueras i ren form eller i någon form av
vätebärare som omvandlas till vätgas hos användaren eller används direkt i
energiomvandlaren. Detsamma gäller för lagring, där även mängden energi som ska
lagras har betydelse för vilken princip som bör användas.
Mindre ledningsnät för distribution av vätgas kan troligen konstrueras utan
kompressorer ute i nätet. Elektrolysörer kan redan idag effektivt leverera vätgas under
så högt tryck som 20 MPa, något som minskar behovet av extern kompression och
därmed sparar energi (Proton Energy, 2004). I en studie av Contadini et al. (2000)
dras slutsatsen att vätgastransport genom ledningar sker effektivast under högt tryck,
dock ej över 21 MPa. De räknar med en energiförlust omkring 10 % i ett sådant nät,
vilket kommer att användas även inom ramen för denna studie.
Möjligheterna att transportera större energimängder som väte i komprimerad gasform
eller vätskeform på landsväg är enligt Bossel et al. (2003) mycket begränsade. Den
mycket låga densiteten och kraven på trycktankar respektive isolering och
kringutrustning innebär att mycket små mängder väte får plats i en tankbil av dagens
mått. En lastbil vägandes 40 ton, för transport av komprimerad metan kan exempelvis
leverera 2400 kg gas vid 20 MPa tryck medan en motsvarande bil bara kan leverera
288 kg vätgas vid samma tryck. För flytande väte är motsvarande siffror 2100 kg
levererad väte jämfört med 26000 kg bensin eller liknande flytande bränsle.
Vätes höga energiinnehåll (J/kg) i kombination med bränslecellers effektivitet i
förhållande till dagens bensinmotorer gör ändå att flytande väte står sig någorlunda
bra i förhållande till andra flytande bränslen. För en tankstation krävs det 2,9 lastbilar
med flytande väte för att betjäna lika många fordon som en tankbil med bensin. Att
kyla ner väte till flytande form är i sig en energikrävande process. En vätetankbils vikt
minskar inte heller speciellt mycket då lasten tömts, vilket är negativt för
bränsleekonomin (Bossel et al., 2003).
39
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Järnvägstransporter av väte förefaller något rimligare än landsvägstransporter. Här
kan bättre skalfördelar erhållas än för landsvägstransporter men det är då inte fråga
om distribution till enstaka tankstationer eller andra mindre anläggningar, utan snarare
till olika former av depåer runt om i samhället. Liksom för övriga alternativ för
flytande väte torde energiförlusterna under själva hanteringen kunna hållas låga.
Lagring av vätgas i stora volymer, som energireserv i större system, kräver stora
anläggningar. Liksom för fossilgas är det tänkbart att lagra vätgas i stora
underjordiska akvifärer, men vätets egenskaper innebär höga krav på en tät
inneslutning. Väte används ibland för att testa just tätheten i olika tryckkärl och annan
täthetskrävande utrustning. Väte är inte den enda möjligheten för lagring av energi,
varken för effektbalansering på sekunden, för fördelning över dygnet eller för
säsongslagring av energi. Tryckluft, pumpvattenkraft och olika kemiska lager är alla
mer eller mindre beprövade alternativ som kan erbjuda likvärdig eller bättre
lagringseffektivitet (Gröndalen, 1998).
För lagring i andra fall finns en stor mängd möjligheter. Trycktankar upp till kanske
80 MPa tryck, i vätskeform eller i kemisk form som olika energibärare. Därutöver
finns även möjlighet att lagra väte i fysiska metallhydrider, det vill säga i matriser av
någon lämplig, vätebindande metallegering. Även nanostrukturer av kol nämns som
möjliga vätebärare. Samtliga lagringsalternativ är förknippade med energiförluster i
samband med inlagring och/eller uttag av vätet. Energi frigörs exempelvis vid
inlagring av väte i fysiska metallhydrider i form av värme, men kräver energi för att
sedan frigöras. I kombination med till exempel bränsleceller kan dessa energiflöden
nyttjas inom ett system och därmed minska de rena förlusterna (Bossel et al., 2003;
Gröndalen, 1998).
Fordonsindustrin är en av de intressenter som behöver enas om en teknik för lagring
av väte i mindre skala. Om komprimerad vätgas väljs, vilket mycket talar för, är 70
MPa ett alternativ som ofta nämns. I sådana fall nämns en energiförlust på 20 % totalt
från källa till bilens tank, då med elektrolys och komprimering på plats på
tankstationen (Bossel et al., 2003).
5.3 Bränsleceller
Bränslecellen är inte någon ny uppfinning. Redan 1839 upptäckte William Grove
funktionsprincipen och senare under 1800-talet kom man fram till att en stor del av
den kemiska energin i bränslet kunde omvandlas till elektricitet. Bränslecell är
egentligen ett något missvisande namn eftersom en cell i själva verket bara är en del
av en så kallad stack. En stack är uppbyggd av ett antal celler och denna
moduluppbyggnad ger bränslecellen stor flexibilitet. Den kan, åtminstone i teorin,
relativt enkelt anpassas för olika ändamål och behov.
Funktionsprincipen för bränsleceller är lika enkel som genial. Kemisk energi
omvandlas i bränslecellen direkt till elektrisk energi utan någon förbränning och
därmed begränsas inte verkningsgraden heller av Carnotprocessens lagar. Den
teoretiska verkningsgraden för en bränslecell hamnar på runt 70-80 % (högre
värmevärde), men tekniken kommer förmodligen att ge verkningsgrader omkring 60
% som högst.
40
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
I en bränslecell omvandlas bränslets fria energi, även kallad Gibb´s fria energi, till
värme och elektrisk energi. Bränslecellen är uppbyggd omkring ett membran placerat
i mitten. På utsidorna av membranet finns elektroder. Bränslet förs in på den ena sidan
av membranet där det omgående kommer att sträva efter att passera igenom
membranet till andra sidan. När bränslet, till exempel vätgas, kommer i kontakt med
elektroden på sin sida (anoden) splittras vätgasmolekylen och två elektroner förs
vidare i en yttre ledare. De två frigjorda protonerna tar sig nu igenom det
protongenomsläppliga membranet och förenar sig med syreatomer och elektroner vid
katoden på andra sidan. Resultatet blir vattenånga, värme samt en ström av elektroner
genom den yttre kretsen (Macfie, 2002).
Även om tekniken för bränsleceller är väl känd har den ännu en bit kvar till en nivå
som kan innebära en bred kommersialisering på större massmarknader såsom för bilar
och kraft- och värmeproduktion. Några avgörande hinder som måste överkommas
innan tekniken kan anses mogen för storskalig utbredning är förutom
konkurrenskraftiga priser en rimlig livslängd och ett rimligt underhållsbehov.
Utvecklingen sker på flera fronter eftersom ett antal olika typer av bränsleceller finns.
De delas oftast in efter den typ av elektrolyt som används. Dessa är alkaliska
bränsleceller (AFC), fastpolymerbränslecell (SPFC), fosforsyrabränslecell (PAFC),
smältkarbonatbränslecell (MCFC) och fastoxidbränslecell (SOFC). De kan även
delas in i högtemperatur- och lågtemperaturbränsleceller, beroende på vilken
arbetstemperatur de har.
Till de typer som får mest uppmärksamhet idag hör PEM-bränslecellen (PEM –
polymerelektrolytmembran
eller
”proton
exchange
membrane”),
en
fastpolymerbränslecell. Den räknas till lågtemperaturbränslecellerna och har visat sig
lämpa sig väl i mobila tillämpningar och i mindre skala. PEM-bränslecellen ser ut att
vara den typ som kommer att ta plats i våra bilar framöver. PEM-tekniken utvecklas
också för att kunna användas för elektrolys. I framtiden är det möjligt att bränsleceller
kan bli reversibla, det vill säga fungera både som elektrolysörer och bränsleceller.
Högtemperaturbränsleceller ser i dagsläget ut att bäst lämpa sig i större skala och i
fasta tillämpningar såsom kraftvärmeproduktion. De har generellt en mindre
känslighet mot föroreningar i bränslet och vissa kan drivas av flera olika kolväten.
Närmast tillhands för stationär användning i kraftvärmeproduktion idag ligger MCFC
(smältkarbonatbränslecell) och SOFC (fastoxidbränslecell) (Gröndalen, 1998).
Ytterligare en variant av bränsleceller är direktmetanolbränsleceller. För att kunna
använda andra bränslen än ren vätgas används normalt en så kallad reformer. Den
sönderdelar vätebäraren (bränslet) i sina beståndsdelar varvid vätgas separeras och
leds till bränslecellen. Denna metod innebär bland annat en risk att föroreningar följer
med vätgasen in i bränslecellen och förgiftar membran och elektroder. Bränsleceller
som istället drivs direkt på metanol, utan reformering, är därför ett intressant
alternativ. Särskilt för transportsektorn där distribution av en alkohol kräver mindre
förändringar i infrastrukturen än för vätedistribution.
41
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Samtliga typer av bränsleceller har för- och nackdelar, samtidigt som det inte är säkert
att de varianter som är bäst kända idag, verkligen är de som har framtiden för sig. I
och med detta är det svårt att sia om framtiden. I riktigt stor skala är det tveksamt om
bränsleceller någonsin kommer att kunna konkurrera med moderna kraftvärmecykler
med gasturbinsteg, eftersom verkningsgraden för dessa ligger på minst samma höga
nivå.
Den teoretiska verkningsgraden för en bränslecell varierar mellan 70 och 80 %, men i
praktiken varierar den mellan 40 och 60 %. Högtemperaturbränsleceller kan kopplas
till en ångturbin och då uppnå en total elverkningsgrad på omkring 65-70 %. Inom
ramen för denna studie används därför elverkningsgraden 70 % för
högtemperaturbränsleceller för kraftvärmeproduktion och verkningsgraden 55 % för
mobila tillämpningar, exempelvis för PEM-celler i bilar.
Med utgångspunkt i att en bränslecell kan omvandla den kemiska energin i väte med
en energiförlust på 40 % och att produktion av väte med elektrolys kan göras med en
förlust på omkring 10 %, antaganden som används av bland annat Mazza och
Hammerschlag (2004), kan man i denna kedja räkna med en total förlust av omkring
50 %. Därmed kan ett enkelt överslag ge att en kWh el motsvaras av två kWh väte.
5.4 Annan vätgasbaserad energiteknik
Stora bränsleceller för el- och värmeproduktion på upp till ett par hundra MW el
respektive värme är tänkbara ur ett tekniskt perspektiv, men inte konkurrenskraftiga
enligt de bedömningar som görs i dagsläget. Här kommer gaskombicykler och
avancerade ångpannecykler fortfarande att ha bättre förutsättningar med tanke på
ekonomi och livslängd. Dock är det inte orimligt att anta att vätgas kommer att utgöra
bränsle, eventuellt tillsammans med andra gaser såsom syntesgas eller fossilgas.
Spillvärme från storskalig produktion av vätgas skulle kunna ge ett tillskott till
fjärrvärmeproduktionen, liksom raffinaderierna gör idag. Här finns också möjligheter
till kombinerad produktion av vätgas och olika primärprodukter inom flera industrier,
till exempel kemi- och metallurgiindustri.
En intressant idé för att begränsa koldioxidutsläpp vid exempelvis förbränning är att
låta koldioxiden reagera med vätgas och bilda metan, metanol eller annan lämplig
vätebärare. Denna idé drivs bland annat av den Isländske vätgasförespråkaren
Professor Bragi Arnason (Macfie, 2002). På det sättet skulle koldioxidutsläpp kunna
”fördröjas” genom att samma kolatomer används vid förbränning flera gånger innan
de släpps ut i atmosfären. Men det innebär samtidigt att energi först måste användas
för att producera vätgas, sedan för att driva reaktionen tillbaks till vätebärare.
5.5 Livsfarligt och miljövänligt?
Vätgassamhället målas allt som oftast upp som det ultimata energisystemet ur
hållbarhetssynpunkt. Men ibland träder även ett antal farhågor fram. Främst gäller det
säkerheten kring den explosiva vätgasen, vad som kan hända vid eventuella läckor
och olyckshändelse. Vissa farhågor kring hur läckande vätgas påverkar atmosfärens
ozonskikt och vattenbalans finns också, vilka båda kan påverka växthuseffekten.
42
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
5.5.1 Säkerhetsaspekter
Eftersom väte är ett ämne som under en lång tid använts av oss människor i olika
industriella processer finns ett stort kunnande om dess egenskaper och tillhörande
risker. Dess egenskaper medför problem men även fördelar gentemot dagens
energibärare och framförallt bränslen.
Väte är under normala förhållanden en gas. Den är luktfri och färglös men kan
detekteras med sensorer. Till skillnad från många andra bränslen är den inte giftig.
Väte har ett högt värmevärde (HHV), 141,86 MJ/kg vilket kan jämföras med
exempelvis fossilgas, 55,53 MJ/kg. Detta höga värmevärde gör den mycket lämplig
som bränsle. Det höga värdet motverkas av den mycket låga densiteten. Vätgas är hela
14 gånger lättare än luft.
Tabell 3: Några elementära grunddata för väte, metan och bensin i gasform.
Tre jämförbara energibärare och bränslen. Källor: Gröndalen, 1998 och
Karlström, 2004.
Väte
Metan
Bensingas Källa
Värmevärde (LHV) MJ/kg
119,93
50,02
44,8
Gröndalen
Värmevärde (HHV) MJ/kg
141,86
55,53
48
Gröndalen
Densitet kg/m3 vid NTP
0,083764 0,651192 4,4
Gröndalen
Densitet relativt luft
1/14
1,1*
2-5
Karlström
Lägsta tändenergi, mJ
0,02
0,29
0,26
Gröndalen
Tändgränser i luft, vol-%
4-75
5,3-15
1,0-7,6
Gröndalen
Detonationsgräns i luft, vol-% 18,3-59
6,3-14
1,1-3,3
Gröndalen
Flamemmisivitet, %
17-25
25-33
34-41
Gröndalen
Flamtemperatur i luft, K
2318
2148
2470
Gröndalen
*) Gäller metanolånga.
Väte är som siffrorna i tabell 3 beskriver lättantändlig över ett stort
koncentrationsintervall med vanlig luft. Samma sak gäller för detonation eller
explosion. Det finns dock andra egenskaper som gör den mindre farlig än
jämförelseobjekten.
Dess låga densitet gör att den snabbt stiger (20 m/s) från en eventuell utsläppskälla.
Om gasen tillåts stiga fritt utan instängningsmöjligheter kan en koncentrering och
därpå följande antändnings- och explosionsrisk undvikas. Ånga från bensin och flera
andra bränslen som istället är tyngre än luft sjunker och lägger sig på marken under en
eventuell utsläppskälla, något som ökar risken för ackumulering samtidigt som det vid
antändning är potentiellt farligare än den typ av fackla som en antänd väteläcka kan
medföra. Den låga nödvändiga tändenergin för väte har liten betydelse eftersom en
svag elektrostatisk urladdning innehåller minst 10 mJ energi och således med lätthet
antänder var och en av de jämförda gaserna (Gröndalen, 1998).
Förbränningsgaser från väte är till skillnad från bensin och andra kolväten ogiftiga.
Den enda förbränningsprodukten är vatten och i viss utsträckning olika
kväveföreningar medan förbränning av kolväten ger upphov till en rad potentiellt
dödliga gaser. Väte brinner med en flamma som har en relativt låg temperatur och en
låg emissivitet, det vill säga den antänder inte lika lätt andra material i sin omgivning
(Gröndalen, 1998; Karlström, 2004).
43
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Den låga densiteten hos vätgas gör att även om koncentrationer höga nog för
antändning och detonation uppnåtts, så är energiinnehållet begränsat i en jämförelse
med till exempel metan. Ett rum med en vätgaskoncentration tillräcklig för detonation
innehåller till exempel bara 1/20 av motsvarande energi för ett rum fyllt med
bensinångor vid en koncentration över detonationsgränsen (Karlström, 2004).
Hindenburgeffekten
Inte sällan kopplas väte ihop med den stora olyckan med luftskeppet Hindenburg
1937. Luftskeppet började vid landningen i Lakehurst, New Jersey i USA att brinna
vilket fick till följd att 35 av de 97 personerna ombord omkom. Sannolikt var
vätgasens lättantändlighet avgörande i inledningsskedet av tragedin men
fortsättningen har varit föremål för diskussion under lång tid. Hela 27 av de omkomna
dog efter att i panik ha hoppat från luftskeppets gondol. De övriga dog av brännskador
från brinnande diesel och inredningsmaterial (Gröndalen, 1998), alltså inte som en
direkt följd av någon vätgasbrand eller explosion. Enligt Bain och Vorst (1999) var de
verkliga orsakerna till olyckan snarare en kombination av flera faktorer, däribland det
extrema vädret med åska och blixtar och egenskaperna hos den färg med vilken
luftskeppets ytterhölje var målat.
Oavsett vad som orsakade olyckan kvarstår det faktum att den har en negativ effekt på
den allmänna acceptansen för väte. Allmänhetens acceptans är central vid en
storskalig introduktion av väte som en beståndsdel i ett framtida energisystem och den
så kallade Hindenburgeffekten måste därför neutraliseras. En medveten satsning på
information och kunskapsbildning på området är en grundförutsättning, även för att
medvetandegöra om vätets verkliga risker.
5.5.2 Miljöaspekter
Överlag är miljökonsekvenserna av ett vätgassamhälle dåligt kända. En omfattande
forskning kring detta är nödvändig för att undvika nya överraskningar i stil med
ozonskiktsförtunning, försurning och den förstärkta växthuseffekten.
I ett helt eller delvis vätebaserat energisystem kommer hanteringen av väte att vara
omfattande med produktion, kompression, transmission, lagring, distribution och
slutlig användning. I ett sådant system är det osannolikt att inte räkna med några
förluster av rent, molekylärt väte ur systemet. Möjligheten att begränsa utsläppen
försvåras förstås av vätets egenskaper som mycket lättflyktigt och med små
molekyler. Därmed är det av vikt att noggrant analysera vilka konsekvenser sådana
utsläpp kan medföra på miljön.
Olika studier av förluster av rent väte i ett utbyggt vätgassystem säger att allt emellan
0,1 % och 20 % är rimligt att anta (Zittel et al., 1996; Tromp et al., 2003a). Den
senare siffran är att betrakta som ett extremscenario och kan av flera anledningar
anses som orimlig. Den är baserad på förluster från småskalig distribution, transport
och användning av flytande väte med teknik liknande den som används i dag och med
dagens regelverk, där man antar att så kallad ”avkokning” av väte inte tas omhand och
återanvänds (Lovins, 2003; Tromp et al., 2003b). Sådan hantering är inte tillämplig i
ett storskaligt system.
44
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Ur miljösynpunkt är det främst vätgasens förmåga att bilda vattenånga i atmosfären
som oroar. Vattenånga är en växthusgas. Harvey (1995) påpekar att den vattenånga
som kan bli resultatet vid rimliga läckagenivåer (omkring 1%) i ett globalt
vätgassamhälle motsvarar omkring en tusendel av den totala massan vattenånga i
atmosfären per år.
Harvey (1995) tar även upp frågan om påverkan på ozonskiktet. Han konstaterar att
förväntade läckage från lagrings- och distributionssystem för vätgas är betydligt lägre
än de direkta mänskliga utsläpp som sker bland annat som en biprodukt vid
förbränning av fossila bränslen.
En tredje farhåga är att vätgas som släpps ut i atmosfären kan stiga så långt att den
kan försvinna ut i rymden. På sikt leder detta till dehydrering av jorden. Huruvida
detta kommer att bli ett problem vet vi idag för lite om (Gröndalen, 1998).
För transportsektorn kan man ha farhågor om att utsläppen av vattenånga ifrån
bränslecellerna ska kunna orsaka våta vägbanor, vid frysgrader dessutom isiga, vilket
påverkar trafiksäkerheten. Man ska då inte glömma att vattenånga är en av
beståndsdelarna även i avgaserna från dagens förbränningsmotorer och några
spektakulära ökningar av utsläppen är inte att förvänta ifrån bränsleceller.
Om vätgas förbränns genom förbränning i förbränningsmotorer eller gasturbiner
uppstår visserligen inga koldioxid- eller svavelutsläpp, men kväveoxider kommer
ändå att bildas. Redan idag finns reningsteknik för att rena förbränningsgaser från
kväveoxider. Dessutom är väteförbränning mer lättjusterad än förbränning av många
andra bränslen, något som möjliggör en minimering av kväveoxidbildningen (HyNet,
2004).
För tekniken i det hållbara vätgassamhället finns en stor fråga som inte berörs vidare
inom ramen för denna studie. Beroende på vilken teknik som används för att
producera el ifrån solen kommer vissa begränsade naturresurser att krävas, till
exempel sällsynta ädelmetaller. Även i vissa typer av bränsleceller finns behov av
ädla metaller i membran och elektroder. En vidare analys av detta är viktig, då den
kan visa på begränsningar för vissa tekniker.
En vidare analys av vattenanvändningen vid produktion av väte genom elektrolys kan
också vara på sin plats. Vatten är en viktig resurs som på många håll i världen är
begränsad. Intressekonflikter om vatten finns redan idag och förväntas öka även utan
att vatten ska tas i anspråk för produktion av energibärare. Ett hållbart samhälle kräver
att vattentillgången säkras både för människor, vätgasindustri och andra konsumenter.
Ett vätgassamhälle där vätgasen transporteras och förvaras i vätebärare istället för som
rent väte kräver också särskild eftertanke. En storskalig infrastruktur för metanol med
lagring och transporter kräver till exempel speciella överväganden på grund av
metanols toxicitet. Även andra vätebärare har på samma sätt sin egen miljöpåverkan.
Då målet är ett hållbart energisystem baserad på förnybar primärenergi bör de
tekniker med låg total energieffektivitet eller andra väsentliga nackdelar undvikas för
att inte riskera att hamna i en återvändsgränd.
45
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
5.6 Forskning och policyarbete
Starka krafter världen över arbetar med utveckling av väteteknik och med att
argumentera för vätets framtida roll i energisystemet. Cherry (2003) har identifierat
fyra drivande visioner och argument bakom detta arbete:
•
•
•
•
Det möjliggör enklare lagring, överföring och användning av förnybar energi.
Det ger möjlighet till en effektivare energianvändning genom
bränslecellsteknologi.
Det minskar oljeberoendet och ger möjlighet till ökad självförsörjning av
energi.
Det innebär nya forsknings- och affärsmöjligheter för industri och
konsumentprodukter.
Här i Göteborg ingår studier om vätgassamhället till exempel som en del i arbetet med
Göteborg 2050 och det är även en del av verksamheten på Energitekniskt Centrum i
Ale kommun med Västra Götalandsregionen som huvudman. Även internationellt
pågår arbete i olika former.
I Sverige har Kungliga Ingenjörsvetenskapsakademin genomfört projektet
Energiframsyn Sverige i Europa, där man belyser det svenska energisystemet ur ett
globalt och europeiskt perspektiv. I slutrapporten konstaterar man att ett sol- och
vätgassamhälle är en av flera möjliga lösningar på ett framtida svenskt energisystem,
där denna lösning kan baseras på de flödande, förnybara energikällorna
(Energiframsyn, 2003). Rapporten används som underlag bland annat i LångEnutredningens rapport SOU 2003:80 om omställningen av det svenska energisystemet.
I London har ett samarbete påbörjats i ett projekt kallat London Hydrogen
Partnership, LHP. Där har bland annat en handlingsplan tagits fram för att via insatser
i London sträva mot det övergripande målet att introducera en nationell infrastruktur
för vätgas baserad på förnybar energi. Näringslivet ingår i arbetet och man hoppas
därigenom kunna skapa en bättre tillväxt kring denna ”gröna teknik” (Barret, 2003).
USA har startat det så kallade FreedomCAR-projektet och Hydrogen Fuel initiative
som är en femårig statlig miljardsatsning på forskning och utveckling för att komma
närmare en kommersialisering av vätgasdrivna bränsleceller för bilar och elgenerering
(Focus on Catalysts, 2003).
I Tyskland, närmare bestämt i Ruhrområdet, pågår H2NRW, Hydrogen North ReinWestfalhia. Liksom i London strävar man bland annat efter att utveckla
förutsättningar för en vätgasekonomi, man talar bland annat om att ersätta den gamla
kol-stålindustrin i området med en ny, modern och grön vätgas-bränslecellsindustri.
Det handlar även om att öka andelarna förnybar energi i linje med EU:s mål om minst
10 % förnybar energi i energisystemet år 2010 (Winter, 2003).
46
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
På europeisk nivå pågår bland annat det så kallade CUTE-projektet, Clean Urban
Transport for Europe, som är det första någorlunda storskaliga försöket med
vätgasdriven busstrafik. Nio europeiska städer, däribland Stockholm, har med början
år 2003 testat vätgasdrivna bränslecellsbussar i ordinarie stadstrafik med komplett
vätgasproduktions- och tankanläggning. Projektet finansieras av städerna och med
medel från EU:s femte ramprogram. Försöken ska vara ett steg för att minska de stora
och ökande problem som urbana transporter orsakar runt om i Europa (EUkommissionen, 2003).
Ett internationellt samarbete har skapats under namnet ”International Partnership for
Hydrogen Economy”, IPHE. Samarbetet är bland annat tänkt att samordna och
effektivisera forskning, utveckling, demonstrationsprojekt och kommersialisering av
vätgassamhällets teknik. Ett flertal Europeiska stater, USA, Australien, Kanada,
Japan, Ryssland, Brasilien, Kina och Indien har anslutit sig till samarbetet. I USA har
satsningar på vätgas blivit något av ett alternativ till att ansluta sig till Kyotoprocessen
(IPHE, 2004).
5.7 Identifiering av intressanta vätetillämpningar
Väte har förutsättningar för att ta en betydande roll i det hållbara energisystemet.
Utifrån ovanstående genomgång av vätets fördelar och tillkortakommanden följer här
en sammanfattning och bedömning av intressanta vätetillämpningar.
Produktion av väte. Väte är liksom el en sekundär energibärare och måste
produceras. Vind, vatten och fotovoltaisk solenergi är tre exempel på förnybara
energiformer som alla genererar energi i form av el, därför räknas elverkningsgraden
för dessa produktionsmetoder ofta som 100 %. Om energin istället önskas i form av
väte innebär produktionen av väte med elektrolys en direkt energiförlust på 15 %.
Denna förlust undviks om energin liksom idag levereras i form av elektrisk ström.
För att producera väte till fordonsbränsle genom elektrolys på ett hållbart sätt, krävs
stora mängder förnybar energi. Fram till dess att förnybar energi finns i stort överflöd
gör den förnybara elen troligen bättre nytta på annat håll än för elektrolys av vatten,
åtminstone ur växthusgassynvinkel. En kWh el levererad via vätgas motsvarar två
kWh el.
Biomassa är en förnybar energikälla där väteproduktion är ett mer fördelaktigt
alternativ. Genom förgasning kan 55 % av biomassans energi omvandlas till vätgas.
Att istället producera el av denna biomassa i en termisk cykel skulle visserligen ge en
hög totalverkningsgrad, men omvandlingseffektiviteten till el är optimalt mellan 40 %
och 50 %.
Inom vissa industriella processer där väte används kan möjligen flöden optimeras på
ett sådant sätt att ett nettouttag av energi i form av väte blir möjligt. På enskilda
platser, bland annat på Island, finns möjlighet att genom borrhål ta ut väte direkt ur
jordskorpan. På dessa platser kan denna produktion få stor betydelse.
47
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Vätgas vid NTP, normalt tryck och temperatur, är på grund av sin mycket låga
densitet inte rimlig att hantera i större mängder. Komprimering upp till 80 MPa,
nedkylning till flytande form eller omvandling till någon form av vätebärare löser
detta problem. Själva omvandlingsprocessen är energikrävande. Komprimering ger en
förlust på upp till 10-12 % vid 80 MPa tryck medan nedkylning till vätskefas är mer
än dubbelt så energikrävande. Dagens teknik använd i stor skala medför
energiförluster på 40 % men kan förväntas hamna omkring 25 % med ny teknik och i
ännu större skala. Detta är bekymmersamt vid storskalig användning i energisystemet.
Med en begränsad tillgång på förnybar primärenergi är alla förluster oönskade.
Transmission, lagring och distribution av väte. Storskalig överföring av energi i
form av väte, flytande eller i gasform, konkurrerar med högspänningstransmission. El
kan överföras med låga förluster, 5-7 % per 2500 km inklusive omvandlingsförluster,
och med en effekt upp till 6000 MW. Komprimerad vätgas i ledningar har
energiförluster på 0,75 % per 100 km (~25 % per 2500 km) och kan överföra effekter
över 6500 MW. Vätgastransmission har den stora fördelen att den tvärtemot el har en
lagereffekt. Genom att sänka trycket i ledningen kan stora mängder energi levereras
utan att tillföra något i andra änden. Denna funktion kan ha stor betydelse i ett
samhälle med mycket intermittent energi och behov av lagring över dygnet.
Fartygstransport av flytande väte kan troligen också bli ett alternativ för långväga och
storskalig transport. Förlusterna vid själva transporten kan troligen hållas mycket låga
och det avkokade vätet användas direkt för driften av fartyget.
För lagring av högkvalitativ energi finns alternativ som ger en högre effektivitet än
vätelagring, särskilt om det är elenergi som ska lagras och levereras. Pumpvattenkraft,
tryckluft och batterilagring är exempel på detta. I ett energisystem där väte har en
betydande roll kommer vätet i systemet till skillnad från el, ändå att utgöra en form av
energilager, liksom oljan gör idag.
Distribution av väte sker lämpligast i ledningsnät. Studier pekar på totala förluster på
upp till 10 % i ett system med arbetstryck upp till 21 MPa. 21 MPa är ett många
gånger högre tryck än vad som används i natur- och stadsgasnät exempelvis i
Göteborg idag och ställer nya tekniska krav. Distribution på landsväg, på lastbil, är
problematiskt på grund av vätets låga densitet. Det skulle innebära ett betydligt större
antal lastbilar i trafik för distribution av väte och dessa får en mycket hög tomvikt.
Kompression av vätgas till 80 MPa, ett tryck som krävs för att till exempel tanka en
biltank med trycket 70 MPa, kräver motsvarande 15 % av den överförda energin.
Ett alternativ är att ha en distribuerad produktion av väte och därefter mindre nät för
leverans av vätgas till ett fåtal användare, såsom tankstationer och
kraftvärmeanläggningar i fastigheter. Vätgasen produceras då på plats, förslagsvis
genom elektrolys och energin levereras via elnätet. På detta sätt ökar dessutom
försörjningssäkerheten i systemet, eftersom mindre lagring av energi i väte finns på
många håll och dessutom en möjlighet att leverera el och värme trots störningar på det
kringliggande systemet.
48
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Användning – Transporter och kraftvärme. Väte är ett mycket fördelaktigt bränsle
i kombination med bränsleceller. De kommer i framtiden förhoppningsvis att erbjuda
en omvandlingseffektivitet på 55 % för bränsleceller i bilar och mindre, mobila
applikationer och upp till 70 % elverkningsgrad i fasta tillämpningar såsom
kraftvärmeanläggningar.
Användbarheten för drivlinor i personbilar och andra fordon är god, men begränsas av
lagringskapaciteten för vätet. Lagringsutrymmet begränsas av den tillgängliga
volymen och gör eventuellt tekniken mindre lämpad för riktigt långväga transporter.
Det är tänkbart med andra bränslen än just väte för distribution av väte till
transportsektorn, då främst metanol. Möjligheten finns att använda bilens vätgaslager
och bränslecell för att försörja även annat med el, exempelvis en sommarstuga.
Användbarheten för kraftvärmeproduktion i stationära bränsleceller är också god. De
kan erbjuda distribuerad energiproduktion och liksom distribuerad vätgasproduktion
ge en ökad försörjningstrygghet. Det kan även ge en närmare relation mellan
människor och den lokala energiproduktionen och därmed ett bättre
energimedvetande.
Sammanfattning. Sammanfattningsvis kan man först konstatera att för storskalig
transmission av energi är väte inget rimligt alternativ till att ersätta elektrisk energi.
Vid primärenergikällan kan produktion av väte ske relativt effektivt men kompression
alternativt nedkylning till vätskefas är en energikrävande del i kedjan. Själva
överföringen genom rörledningar innebär inte några större förluster jämfört med
överföring av el i kraftledningar. Slutligen, trots bränslecellernas höga
omvandlingseffektivitet till el, så blir de totala förlusterna i ett system där väte ersätter
el orimligt höga, omkring 50 %.
Däremot kan en viss andel av transmissionen ifrån områden med en stor andel
intermittent energitillförsel fördelaktigt ske som väte. På så sätt kan
energileveranserna jämnas ut för att möta lastvariationerna i systemet, samtidigt som
risken att energiproduktion behöver stängas av på grund av överproduktion minskar.
Ett glest nät av stora vätgasledningar genom exempelvis Europa såsom ABB skissat
(figur 17) skulle då erbjuda ett relativt stort energilager, om än inte mer långvarigt än
något eller några dygn. På så sätt skulle energiförlusterna eventuellt kunna motiveras.
Regional produktion, med ett glest, högeffektivt distributionsnät till exempelvis
tankstationer och distribuerade kraftvärmeanläggningar resulterar i ungefärliga tal i
totalverkningsgrader omkring 25-35 % om produktionen baseras på biomassa, se
tabell 4.
Tabell 4: Energiverkningsgrad för stegen mellan energiråvaran biomassa och
användbar energi i form av framföringsenergi i ett bränslecellsdrivet fordon
samt producerad el i ett bränslecellkraftvärmeverk. Verkningsgrad för
respektive steg inom parentes, sammanlagd verkningsgrad på respektive rad.
Biomassa- Distribution nät, 100 km, Fordon, 70 MPa Kraftvärme BC,
förgasning 20 MPa (0,90)
(0,85) BC (0,55)
(el, 0,70)
0,55
0,495
0,421
0,231
0,55
0,495
0,346
49
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Kraftvärmeproduktion med vätgas från en central biomassaförgasning ser alltså ut att
kunna matcha lokal kraftvärmeproduktion (~0,40 % el) med biomassa i en mindre,
enklare kraftvärmeanläggning.
Utifrån detta förordas ett distribuerat system med ”vätgasöar” där främst
överskottsenergi från det intermittenta, förnybara energisystemet används för
elektrolys. Detta kan kompletteras med vätgasproduktion från biomassa i
kombinerade kraftvärmeverk och vätgasfabriker. På andra håll kan kanske vissa
industrier bidra med mer eller mindre stor tillförsel av väte. På så sätt undviks de
omfattande förluster som blir konsekvensen av en omvandling av el till väte.
De centrala delarna i ett mindre sådant system kan vara följande:
• En elektrolysanläggning, eventuellt bestående av reversibla bränsleceller. Här
produceras vätgas från el när elsystemet har en låg belastning. Den skulle även
kunna fungera som kraftvärmeverk när lasten i elsystemet är hög. Till den hör
ett fast vätgaslager.
• En tankstation för fordon. Denna skulle i princip kunna vara en och samma
som ovanstående elektrolysanläggning, det vill säga tankstationen utgör den
centrala punkten i nätet. Här komprimeras vätgas till det tryck som krävs för
att möjliggöra en snabb överföring till fordon. Eventuellt finns även
omvandling till flytande väte på plats.
• Ett eller flera mikrokraftvärmeverk. För leverans av hetvatten till fastigheter i
närområdet och el till nätet kan stationära bränsleceller finnas ute i nätet. De
kan antingen vara av en större typ, motsvarande dagens närvärmecentraler,
alternativt bundna till respektive fastighet.
De centrala delarna i ett större sådant system kan vara följande:
• Ett biomassakombinat, en anläggning för förgasning av biomassa med el-,
värme- och vätgasproduktion. Här produceras vätgas, eventuellt kompletterat
med exempelvis en importhamn. Till den hör ett fast vätgaslager samt ett
ledningsnät med viss lagringskapacitet.
• Tankstationer för fordon samt mindre och medelstora distribuerade
kraftvärmeanläggningar, även reservkraft.
50
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
6 Framtidsbilder
I den hållbara värld som beskrivs härifrån och framåt är det mycket som är
annorlunda jämfört med idag. Energi kommer även fortsättningsvis att vara en mycket
viktig ingrediens i ett fungerande, rättvist och hållbart samhälle. Den kommer även i
framtiden att utnyttjas i alla de tjänster som människor nyttjar i sina liv för att
underlätta och utveckla. Tillgången till energi är liksom tillgången på rent vatten och
tak över huvudet, elementära behov som alla människor i en rättvis värld har tillgång
till.
Framtidsbilderna presenteras som textstycken. De är tänkta som korta inblickar från
framtidens Göteborg och formuleras därför i presens. De föregås av en allmän
inledning och en efterföljande diskussion om deras förutsättningar att bli till
verklighet.
De första framtidsbilderna berör Göteborgs omvärld, det globala energisystemet 2050.
De framtidsbilder om Göteborg som följer därpå är indelade i två scenarier. De båda
scenarierna ska visa på att vätgassamhället beroende på en mängd faktorer kan få
olika stort genomslag. I respektive scenario finns beskrivningar av var i
energisystemet vätgas används som energibärare och bränsle, hur den produceras,
lagras och distribueras. På grund av transporternas ökande andel av
energianvändningen världen över och deras nuvarande starka koppling till fossila
bränslen, läggs viss tonvikt på vätgasens och bränslecellernas genomslag i
transportsystemet.
6.1 Det globala energisystemet 2050
Utifrån de ramar och mål som satts upp blir det naturligt att primärenergin i det
hållbara energisystemet är av förnybart ursprung. Sol, vind och vatten tillsammans
med biomassa kommer att utgöra stommen och på sina håll kompletteras med till
exempel geotermisk energi där det finns lokala förutsättningar. WEA (2000) har gjort
ungefärliga beräkningar på vilka primärenergiresurser som finns inom dessa områden,
se tabell 2 ovan. Dessa utgör utgångspunkt för denna studie och ligger till grund för
framtidsbilderna om det globala energisystemet, se figur 16.
Energitillförsel i det globala energisystemet
[TWh]. Totalt 250 000 TWh
12500
Solenergi (el och värme)
55000
Biomassa
127500
Vind och havsströmmar
Vattenkraft och geotermisk
energi
55000
Figur 16: Den globala förnybara energiresursbasen. Källa: Solstad Göteborg
2050 (2003).
51
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Liksom vi idag handlar med olja på en global marknad, kommer vi troligen att
fortsätta att handla energi över gränserna. Vissa regioner kommer alltid att ha mer
energi än vad som lokalt behövs, oavsett om det är olja, kol, vindkraft eller biomassa.
Göteborg är en del av en värld, en värld som på många sätt blir mer och mer
internationaliserad, där gränser steg för steg suddas ut. Energiförsörjning är
en nationell angelägenhet som tidigare i stor utsträckning sköttes inom
respektive nations gränser. Idag är en trygg energiförsörjning visserligen
fortfarande en nationell angelägenhet, men handeln med energi sker på
större, internationella marknader som bit för bit avreglerats. Utvecklingen
började i Europa med el- och fossilgasmarknaderna.
I Sverige var handeln med el över gränserna i det närmaste obefintlig för bara 15-20
år sedan. Idag handlar svenska energibolag, ibland ägda av större europeiska
energijättar, el på en nordisk marknad och sannolikt kommer denna marknad inom ett
antal år att vara europeisk. För att kunna säga något om det hållbara energisystemet i
Göteborg utgår vi från hur ett globalt hållbart energisystem kan te sig. Det intressanta
i det globala perspektivet är dels vilken primärenergi som nyttjas, med hänsyn till de
ekologiska ramarna, dels hur fördelningen utefter de sociala ramarna ser ut.
Den från solen ständigt flödande primärenergin kan dels tas tillvara direkt genom
solceller som omvandlar fotonerna i ljuset till elektrisk energi eller med andra
fotokemiska, fotobiologiska eller termiska processer som tar vara på solstrålningen.
Det kan även ske indirekt genom att ta tillvara på energin i vindar, havsströmmar,
vågor, biomassa och strömmande vatten.
I vår hållbara värld är det helt naturligt att tillvarata de förnybara resurserna
på ett ansvarsfullt och uthålligt sätt. Acceptansen för till exempel vindkraft
har ökat i takt med att den globala uppvärmningen på olika sätt visat sitt
ansikte, samtidigt som de fossila bränslena blivit en mer och mer osäker
resurs. Den tekniska utvecklingen har gjort att tekniken för den förnybara
energin inte längre utgör något hinder och effektivare användning har gjort
att ökande energipriser inte hindrat tillgängligheten för människor.
6.1.1 Solenergi
Solenergi är idag en marginell energikälla. Satsningar pågår i bland annat Tyskland
och Japan för att skapa en marknad och stötta utvecklingen. I framtiden är det kanske
ett måste att solenergi har en central roll i vårt globala energisystem.
52
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
På låga breddgrader har grus och sand ute i karga öknar fått konkurrens om
solens strålar av solcellsparker och termiska solkraftanläggningar som
genererar enorma mängder elektricitet. Från Afrikas solbrända öknar och
många andra platser kring ekvatorn överförs energi på två sätt till industrioch befolkningscentra både i norr och i söder. Till Europa överförs energin
främst som högspänd likström i kraftledningar. En del el används också för
att elektrolysera vatten till syre och vätgas. Ett antal rörledningar slingrar sig
mot norr för att dyka in under Medelhavets vatten och komma upp igen på
den spanska och italienska kusten. Här distribueras vätgasen vidare ut i
Europa. Ledningarna fungerar samtidigt som en energireserv för att jämna ut
energiflödena från solenergin, som liksom merparten av invånarna är
”aktiva” under dygnets ljusa timmar.
Stora ytor i Nordafrika och i öknar på andra håll i världen är obrukbara för all typ av
jordbruk och de yttre omständigheterna inbjuder inte till speciellt många alternativ för
markanvändningen. I takt med att jordens befolkning ökar och behoven av mark för
mat- och biobränsleproduktion gör brukbar mark till en på alla sätt dyrbar resurs
kommer intresset för att utnyttja annars obrukbar mark att öka. Gigantiska
solcellsparker kan mycket väl tänkas växa fram och kanske leverera en sammanlagd
effekt på 700 GW el under dygnets ljusa timmar (Asplund, ABB 2004), se figur 17.
Figur 17: Ett scenario över en möjlig framtid. ABBs Europe 20XX Scenario för
Europa med enbart förnybar energitillförsel. Källa: Asplund (ABB 2004).
Även andra delar av Afrika och andra områden mellan vändkretsarna kan utgöra bas
för en ny, hållbar energiindustri. Solceller kan eventuellt komma att möta konkurrens
från termisk solkraft av olika typer. Termiska kraftverk som drivs av solstrålning kan
möjligen visa sig fördelaktigare än solceller, både beträffande verkningsgrad och
ekonomi.
53
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
En gasledning med en diameter på knappt 1 meter kan vid ett tryck av 7 MPa överföra
6,5 GW vätgas. Omkring 700 sådana ledningar skulle alltså klara att överföra hela den
effekt som solenergin i Nordafrika genererar. En enda 300 mil lång sådan ledning
fungerar i sig själv som ett energilager för drygt 200 GWh som kan tas ut med en
konstant effekt på 5000 MW under två dygn. Detta endast genom att halvera trycket
från 7 MPa till 3,5 MPa. Ett område med en miljon invånare som var och en har ett
effektbehov på 3 kW har ett totalt effektbehov av 3000 MW.
Norrut, mot Europa, är fortfarande den dominerande riktningen för
kraftöverföringen från de nordafrikanska öknarna. Men även söderut ringlar
sig kraftledningar och gasledningar och förser stora delar av Afrika och dess
växande befolkning med energi av hög kvalitet. Även från Kalahari går
kraftledningar mot Centralafrika som därmed fått tillgång till ett väsentligt
hjälpmedel i kampen mot den tidigare fattigdomen.
Fördelningen av framtidens resurser måste ske betydligt rättvisare än vad fallet är
idag. Vi kan inte längre acceptera att resurser enbart tas ifrån områden, utan relevant
ersättning. Afrikas enorma naturresurser måste komma kontinentens invånare till
godo om det hållbara samhället ska bli verklighet.
Vätgasproduktionen i ökenområdena kräver stora mängder vatten för
elektrolysen. Vattenbehovet och de ekonomiska intressena i energihandeln
har bidragit till den kraftiga utveckling som skett för
avsaltningsanläggningar för havsvatten. Idag finns det därför nya
möjligheter att använda avsaltat havsvatten för konstbevattning. Tidigare
öde områden som torkan hållit i ett fast grepp har i viss mån börjat brukas,
bristen på rent vatten har i en del områden minskat och ökenspridningen kan
till viss del hindras.
Solcellsanläggningar är tänkbara och kan förväntas i de flesta öken- och
halvökenområdena i världen. De kan få stor betydelse bland annat i delar av Asien,
Australien och Nordamerika. Solenergin kan också generera vissa sidovinster genom
det stora ekonomiska värde som genereras och den teknikutveckling som sker.
Solenergin ger förutom energi även tidigare hårt pressade, resursfattiga länder nya
möjligheter till utveckling. Några av världens fattigaste länder finns i dag i dessa delar
av världen. Tillgången på en dyrbar resurs räcker dock inte ensam för att lyfta ett land
ur fattigdom, det har bevisats mer än väl i dagens oljetörstande värld. Utan demokrati
och rättvisa är inga resurser tillräckliga. Handeln med energi kan ändå göra vissa
länder i det hållbara samhället, till vad Saudiarabien, Ryssland och Irak med flera är i
dagens fossilbaserade samhälle.
Solceller har förutsättningar att bidra till energiförsörjningen även utanför storskaliga
ökenanläggningar. De kan integreras på många sätt i samhället och finnas utspridda på
platser såsom hustak, inbyggda i fönster, på busskurer och diverse fordon. Till
exempel översidan på tåg, bussar och flygplan kan förses med solceller för att avlasta
övrig energitillförsel. Tunnfilmssolceller som kan placeras i princip varsomhelst där
det behövs elektricitet kan förhoppningsvis produceras billigt och i stor skala i
framtiden.
54
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
En viktig aspekt när det gäller solcellsteknologi och dess eventuella storskaliga
framtida användning är de ofta giftiga föreningar av sällsynta grundämnen som
solcellernas viktiga halvledare utgörs av. Om utvecklingen inte lyckas hitta lösningar
på sådana problem måste andra vägar finnas.
Solenergi behöver inte bara nyttjas för elgenerering utan kan även i stor omfattning
användas för uppvärmning av vatten för hushållsbehov. Tekniken är väl känd och
okomplicerad, vilket gör den till det naturliga alternativet på platser där behovet av
fjärrvärme eller annan uppvärmningsform inte finns. I Sverige och andra områden
med liknande klimat och övriga förutsättningar kan solvärme bli ett billigt och
funktionellt komplement till annan uppvärmning. På en del håll kan dessutom
solvärme utgöra en del i ett fjärrvärmesystem.
6.1.2 Vindkraft
Vindkraften är en växande energikälla som verkar ha nått en brytpunkt mellan att vara
en marginell företeelse i energisystemet till att faktiskt bidra till energiförsörjningen.
Större vindkraftparker till havs är trenden idag och ser ut att ha bättre förutsättningar
än vindkraft till lands.
I dagens hållbara värld finns vindkraft utspridd i parker utanför de flesta
kontinenternas långsträckta havskuster. I Europa finns de längs med
merparten av atlantkusten från Gibraltar i söder till Nordkapp i norr. Även
på land är spridningen stor, framförallt i jordbruksbygder och på andra
platser där landskapet sedan tidigare på olika sätt exploaterats.
Vindkraftparker har idag byggts på många håll världen runt. I Nordamerika har man
lång erfarenhet av landbaserade sådana och i Europa börjar man så sakta få erfarenhet
av havsbaserade parker. I Sverige har vi kommit en bit på vägen. Motståndet mot
vindkraftparker i Sverige har varit stort. De bästa lokalerna för vindkraftsetablering
sammanfaller tyvärr ofta med starka intressen för naturvård, rekreation och fiske. De
grundflak som passar bäst utgör ofta viktiga biotoper för havslevande organismer och
som lekplats för viktiga fiskarter. De möter även motstånd av rent känslomässiga skäl,
människor i omgivningen vill helt enkelt inte att den vackra horisonten ska brytas av
vindkraftverk.
I framtiden, i takt med att kunskapen utvecklas, kommer förhoppningsvis mer positiva
erfarenheter av vindkraft att dominera argumenten. Förutom att ge förnybar el kan
vindkraftparker kanske också ge ett skydd för de organismer som lever på
grundflaken. De kommer alltid att innebära ett intrång och särskilt under uppförandet
skada miljön. Men väl på plats kan de utgöra ett fysiskt hinder mot storskaligt fiske,
medan fiske i mindre skala underlättats. Fundamenten som vindkraftverken byggs på
kan fungera som konstgjorda rev där fler arter kan etablera sig, men man kan också
tänka sig att de används för fiskodling.
På land finns många tänkbara områden för utbyggnad. I jordbrukslandskap världen
över, där jordbrukare får en välkommen möjlighet till extrainkomster men även längs
vägar, i bebyggelse och i öknar med mera. Förhoppningsvis kan det finnas modeller
och storlekar för många alternativ.
55
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Oerhörda energiresurser finns i vinden. Beräkningar som gjorts visar att världens hela
energibehov i teorin skulle kunna tillgodoses av den vindenergi som flödar bara över
Patagonien i Sydamerika (Winter, 2003). Detta ger också, liksom solenergin,
möjlighet för nya regioner i världen att ta en mer aktiv roll och en central plats i den
hållbara utvecklingen.
6.1.3 Biomassa och vattenkraft
Biomassa är redan idag en globalt sett mycket viktig energikälla, den står för omkring
10 % av den totala energitillförseln. Tyvärr sker en stor del av användningen på ett
ineffektivt sätt i världens utvecklingsländer. Ett kraftigt effektiviserat och ökat
utnyttjande av biomassa för energiförsörjning är därför både möjligt och önskvärt.
Mellan de stora ökenområdena, omkring ekvatorn, breder fortfarande stora
områden av regnskog ut sig. I dessa urskogar lever fortfarande grupper av
ursprungsbefolkningen kvar med delvis nya men ej destruktiva
förutsättningar. Deras kunskap om naturens alla skatter har gjort dem till en
värdefull del i den hållbara industri som söker värdefulla substanser till
läkemedel.
Naturskogarna har till viss del fått ge plats för modernt och anpassat hållbart
jord- och skogsbruk. På plantager odlas snabbväxande trädslag som
regelbundet skördas och används såväl i inhemsk skogs- och energinäring
som för export som energi- och materialråvara. Återföring av aska har blivit
en viktig del i odlingen och de båtar, tåg och lastbilar som transporterar flis
ut till användarna har för länge sedan slutat köra tomma tillbaks. Numera är
transportcykeln såväl som cykeln för många viktiga näringsämnen sluten.
Den rovdrift som sker i skogar runt om i världen men kanske särskilt i regnskogsbältet
måste stoppas och istället utvecklas till en bärkraftig och utvecklande näring. Det kan
betyda ett lyft för befolkningarna i många av världens U-länder eftersom vinsterna
från dagens legala och illegala skövlingar sällan kommer folket tillgodo. De
kvarvarande regnskogarna bör få ett starkt skydd men ändå kunna erbjuda möjligheter
för lokal- och ursprungsbefolkningars fortsatta liv och möjlighet till ett hållbart uttag
av särskilt värdefulla resurser som biologiska substanser för läkemedel.
Biomassa behöver inte bara produceras i tropiska områden. Även i det norra
barrskogsbältet, med tyngdpunkt i Kanada och Ryssland, kan en stor men hållbar
produktion av biomassa utöver det traditionella skogsbruket utvecklas. Biomassa har
förutsättningar att bli en viktig, global energiresurs, från att tidigare mest ha setts som
en restprodukt i skogindustrin eller som ett bränsle för hushållsbehov.
I Norden är vi sedan länge vana med våra två ”hål i väggen”, elektrisk energi överallt
där vi behöver den. Det har vi till stor del den svenska vattenkraften att tacka för.
Våra älvar är nu utbyggda så mycket som vi anser är miljömässigt acceptabelt. På en
del andra håll i världen finns fortfarande stora vattendrag kvar och trots det
omfattande intrång som ett vattenkraftverk med tillhörande reservoar innebär, kan det
vara en acceptabel lösning för energiförsörjningen där idag, precis som det var i
Sverige för 100 år sedan. Men vattenkraft ifrån utbyggda floder och andra vattendrag
är inte den enda möjligheten att utvinna energi från strömmande vatten.
56
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Öresundsbron och Stora bältbron i Danmark har flera saker gemensamt.
Bland annat sträcker de sig båda över vatten som förbinder Nordsjön med
Östersjön. Under brospannen strömmar årligen enorma mängder vatten fram
och tillbaka. Vid den senaste revisionen av respektive bro placerades
turbiner för elgenerering mellan ett antal av fundamenten. Även på andra
håll, till exempel i några av de svenska älvarnas mynningar och i
Kalmarsund, används tekniken som ger ett rent tillskott till den nordiska
elproduktionen.
På andra sidan Atlanten, vid den nordamerikanska ostkusten, finns
gigantiska turbiner förankrade i Golfströmmen. De levererar energi dygnet
runt, året runt oberoende av om det har varit en torr eller regnig sommar.
Den befintliga vattenkraften kommer även fortsättningsvis att ha en betydande roll i
vissa regioner, men byggs på grund av tungt vägande miljöskäl och en allmän opinion
inte ut nämnvärt. Vissa delar av världen, däribland Afrika, kan dock fortfarande
motivera en utbyggnad och få ett viktigt tillskott till energiförsörjningen. Men även i
regioner utan utbyggbart, strömmande vatten kan vattenkraften utvecklas om än på en
annan form. Turbiner med vissa likheter med moderna vindkraftverk skulle kunna
användas för att utvinna den flödande energin i havsströmmar, outbyggda floder och
på platser med stora tidvattenströmmar. Bland annat skulle energin i Golfströmmen
utanför den amerikanska östkusten kunna tas tillvara. Stora förankrade turbiner, var
och en med en effekt av 75 MW, skulle placeras ut för att ge ett långsiktigt och tryggt
tillskott av el (Falkemo, 1980).
I och med övergången till det hållbara samhället kan resursfördelningen över jorden få
en bättre och naturligare balans. Olja blir inte längre den enda riktigt stora och viktiga
energiråvaran som handlas över gränserna, den kommer successivt och till stor del att
konkurrerats ut av en flexibel och mer välfördelad mix av energikällor, energibärare
och bränslen. Stora energitillgångar finns i den del av världen som länge kämpat i den
globala rännstenen. När dessa slutligen kan nyttjas på ett balanserat sätt kommer det
globala samhället att vara en god bit på väg mot hållbarhet.
6.1.4 Vägen dit
En stor del av framtidens energiresurser, de förnybara energikällorna, finns i Uländer. En medveten satsning på energiteknik som prioriterat bistånd kan ge många av
utvecklingsländerna en möjlighet att komma på fötter och fortsätta driva sin egen
utveckling. Så kallad ”leapfrogging”, tekniska grodhopp, kan om det tillämpas på ett
genomtänkt sätt lyfta dessa länder förbi sämre steg på utvecklingsstegen. Framförallt
är det onödigt att utsätta människors hälsa och miljön för onödiga faror med gammal
teknik som orenad kolförbränning, när ny och renare teknik finns. Ett rättvist
handelssystem för energibärare som biomassa och vätgas kan kanske ge en
välkommen inkomstkälla för vissa länder. Men åtgärder måste samtidigt vidtas för att
undvika rovdrift.
Den tekniska utvecklingen drivs i dagsläget främst i väst, men inom vissa
nischområden är det mycket väl tänkbart att även utvecklingsländer kan få en
framträdande roll. Ett exempel på en sådan nisch skulle kunna vara effektiva spisar
för matlagning som idag saknas i många fattiga hushåll i u-länderna.
57
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
För många länder kan omställningen till ett hållbart samhälle bli svår. När hunger och
fattigdom är vardag blir uppoffringar för miljön på kort sikt svåra att motivera. Men
om resurser från dagens storskaliga och många gånger destruktiva skogs- och
jordbruk börjar komma folket tillgodo, kan fler komma på fötter och därefter både
driva och acceptera en övergång till ett hållbart skogs- och jordbruk.
I västvärlden är attityder hos människor av stor betydelse. De måste på bred front
förändras till förmån för ett hållbart samhälle. Värderingar behöver förändras och
förståelsen för vår omgivning öka. Enträget arbete, från början bara från vissa
forskargrupper och miljövänner men efter hand även av politiker och hela nationer,
måste rimligtvis ge resultat för kommande generationer.
Multilaterala överenskommelser om utsläppsnivåer, ekonomiska styrmedel och
gemensamma satsningar på forskning och utveckling är några metoder för att styra
utvecklingen åt rätt håll. Att inte bara se kostnaderna med dessa omställningar, utan
även vinsterna, hör även det i viss mån ihop med ovan nämnda attityd- och
värderingsförändringar.
6.2 Göteborg 2050
Med utgångspunkt i kapitel 4, ramar och mål, i tekniksammanställningen i kapitel 5
och bilden av det hållbara, globala energisystemet här ovan följer nu en diskussion om
tänkbara möjligheter för energisystemet Göteborg 2050, då med särskild inriktning på
vätgasanvändningen. Diskussionen blandas med framtidsbilder från det hållbara
Göteborg 2050. Vissa av framtidsbilderna användas för att belysa var vätgas inte
kommer att vara fördelaktigt.
Framtidsbilderna om Göteborg är indelade i två scenarier. De båda scenarierna ska
visa på att vätgassamhället beroende på en mängd faktorer kan få olika stort
genomslag. I respektive scenario finns beskrivningar av var i energisystemet vätgas
används som energibärare och bränsle, hur den produceras, lagras och distribueras.
Det första scenariot bygger på att vätgastekniken och bränsleceller visar sig
besvärligare än vi idag hoppas och därmed inte når den tekniska mognad och de
kostnadsnivåer som ger det en möjlighet att slå igenom på bred front. Detta scenario
kallas ”nischscenariot” eftersom det baseras på att vätgas och bränsleceller endast
slagit igenom inom en rad särskilt lämpade användningsområden.
Det andra scenariot är en framtid där hela vårt samhälle genomsyras av väte som
energibärare vid sidan av och i kombination med elektriciteten. Bränslecellerna har
tagit plats i alla tänkbara applikationer ifrån en klockas storlek till kraftvärmeverk upp
till flera tiotals megawatt. Vätgas och bränsleceller är i detta scenario en dominerande
teknik i transportsystemet och en viktig del i ett förnybart energisystem med en stor
andel vind- och solel vid sidan av vattenkraften. Detta scenario kallas därför
”totalscenario”.
6.2.1 El- och värmeproduktion
I de båda följande scenarierna är en övervägande del av el- och värmeproduktionen i
Sverige och Göteborgsområdet liksom i övriga världen baserad på förnybara
energikällor.
58
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Ute på Fladens bankar står Göteborg Energis stora vindkraftpark med 50
ståtligt roterande rotorer, producerandes omkring 0,5 TWh utsläppsfri el till
det nordiska elsystemet varje år. Den är inte ensam. Både i norr och söder
längs med västkusten, samt längs med ostkusten, finns liknande parker som
kraftigt har ökat vindkraftens andel i det svenska energisystemet. Även de
stora jordbruksslätterna och vissa, begränsade delar av fjällvärden har
försetts med vindkraftverk i mindre parker.
Vindkraften är också en av grundpelarna i det nya energimedvetande som
människor fått. Lantbrukare och föreningar av olika slag har varit pionjärer i
att skapa sin egen energiförsörjning. För 150 år sedan var kollektivägda
väderkvarnar fortfarande ett ganska vanligt inslag i jordbrukslandskapet.
Mycket har förändrats sedan dess, men nu har det åter börjat snurra i
jordbrukslandskapet och vindkraftverken har blivit den moderna tidens
väderkvarnar.
Inte heller städerna har lämnats orörda. Speciella turbiner placerade på
byggnader och i industriområden lämnar många små och viktiga bidrag till
energiförsörjningen.
Den totala årsproduktionen av vindkraft kan enligt Statens energimyndighet uppgå till
29 TWh om 40-50 år. Detta motsvarar nästan en fjärdedel av den svenska
elanvändningen idag (Energiframsyn, 2002c).
Med 10 miljoner invånare som var och en använder 25 000 kWh energi per år ger ett
totalt behov av 250 TWh energi per år i det svenska energisystemet. I det hållbara
energisystemet kommer vindkraftens 29 TWh att motsvara drygt 11 % av den totala
energitillförseln.
Vindkraftparker som den Göteborg energi planerat att upprätta på Fladen men nekats
tillstånd för, kan med sin totala storlek omkring 50 vindkraftverk med en effekt kring
3 MW i framtiden räknas som medelstor efter svenska förhållanden. Den årliga
produktionen på 0,5 TWh förnybar el är ett välbehövligt bidrag till systemet
(Göteborg Energi, 2003b).
Göteborg Energis kraftvärmeverk i Rya är sedan länge konverterat för drift
med förnybara bränslen. Här eldas biobränslen av olika sorter men i första
hand förgasad biomassa. Anläggningen producerar både fjärrvärme och el
för Göteborgsregionens behov men den viktigaste delen av anläggningen
finns inte i turbin- och pannhuset. Istället är mottagningsanläggningen för
biomassa och den stora förgasningsanläggningen centrum för Göteborgs nya
energiindustri. Förgasningsanläggningen har växt från att enbart försörja
kraftvärmeverket till att producera olika energibärare som metan, DME,
vätgas och metanol för olika syften, däribland som fordonsbränsle.
59
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Biobaserad kraftvärme kan trots att den är relativt väl utbyggd i Sverige idag, få en
betydligt större roll för fjärrvärmeproduktionen i framtiden. Fjärrvärmenät kan byggas
ut och byggas ihop, förtätas och utsträckas till värmeglesare områden. På det viset
skapas ett större värmeunderlag, vilket kan utnyttjas för att öka kraftproduktion totalt,
särskilt under sommarhalvåret. Totalt kan enligt en framtidsstudie från Svensk
fjärrvärme (2003) ca 75 % av värmebehovet i lokaler och bostäder levereras med
fjärrvärme, vilket motsvarar ca 75 TWh/år. Detta ger ett underlag för en produktion av
25-30 TWh el i fjärrvärmesystemet, varav merparten kan vara baserad på biomassa
och bioavfall (Svensk fjärrvärme, 2003).
För Göteborgs del kan fjärrvärmen även i framtiden tänkas stå för en hög andel av
uppvärmningen, här antas 90 %. År 2002 uppgick leveranserna i området till omkring
4000 GWh, eller knappt 6500 kWh per invånare. En halvering av värmebehovet per
invånare innebär 3200 kWh per år, 90 % av detta motsvarar 2900 kWh vilket med en
miljon invånare ger ett totalt fjärrvärmebehov omkring 3 TWh. Det motsvarar en
minskning med 25 % jämfört med idag.
Producerad i ett gaskombikraftvärmeverk som det Göteborg energi bygger i dag, ger
fjärrvärmebehovet även underlag för en elproduktion. Med en elverkningsgrad
omkring 43 % och en värmeverkningsgrad på 49 % innebär 3 TWh fjärrvärme ett
bränslebehov på drygt 6,1 TWh biomassa per år. Då genereras vid sidan av även 2,6
TWh el. Enligt Energimyndigheten (2001) och Svensk bioenergiförening (2003)
ligger den tillgängliga potentialen för biomassa i Sverige på sikt omkring 130-150
TWh respektive 220 TWh per år.
Förgasningstekniken kan vara en väg för att få fram mindre, effektiva kraftvärmeverk
med kombicykler. I framtiden kan uppvärmningsbehovet förväntas minska i och med
att energieffektivare hus byggs och alternativ uppvärmning används. Det minskar
potentialen för fjärrvärme och elproduktion från kraftvärme.
Förgasningstekniken kan användas som ett första steg för att förädla biomassa till
effektivare energibärare som vätgas och metanol. De kan i viss utsträckning komma
att användas direkt som energibärare men kan också omvandlas i kemisk industri till
olika typer av plaster och drivmedel som DME. Stora mängder biomassa behövs vid
sådan produktion, till viss del kan den importeras med fartyg från tropiska
energiskogsplantager. Men som tidigare nämnts kan även andra delar av världen
producera biomassa, exempelvis på de enorma vidderna i östra Ryssland. Även
sorterat avfall kan tas tillvara på detta vis.
Eftersom biobränslen i form av metanol och DME har nästan samma
omvandlingseffektivitet vid produktionen som väte, kommer alla bränslen i denna
studie att räknas som väte.
Liksom tidigare framkommer emellanåt idéer om att bygga ut hela eller
åtminstone delar av de orörda älvarna, men den allmänna opinionen för
skyddet av dem håller i sig och får stöd av att det inte råder någon allvarlig
bristsituation i Sverige. En mindre satsning i början av seklet gav omkring
hundra MW extra ur gamla tidigare nedlagda minikraftverk och liknande
dammanläggningar som rustades och försågs med nya turbiner.
60
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Liksom idag kan vattenkraften i framtiden utgöra en stor del av svensk elproduktion.
Omkring 60 TWh el per år produceras, motsvarande knappt 25 % av den totala
framtida energitillförseln i Sverige och dess betydelse som effektbalans i det alltmer
intermittenta kraftsystemet kommer att öka. Av den anledningen kan några kraftverk
modifieras till pumpkraftverk. I ett pumpkraftverk kan vatten pumpas tillbaks upp i
reservoaren när efterfrågan på el är låg (Energiframsyn, 2002b). Pumpkraften innebär
även en något högre maxeffekt från den svenska vattenkraften, något som är positivt
för effektbalansen, särskilt kalla vinterdagar och andra topplastepisoder.
Det traditionella röda teglet och trista gamla plåttak har blivit mer och mer
sällsynta. På hustak runtomkring i landet har fler och fler blanksvarta tak
börjat synas. Det gäller inte minst i Göteborgsområdet, där taken på
flerfamiljshus och lokaler i allt större utsträckning används för att generera
energi. En del av de svarta panelerna är solceller som producerar elektricitet,
medan andra värmer vatten för uppvärmning och tappvarmvatten. De stora
glasfasaderna på många kontorsbyggnader och liknande döljer en hemlighet:
de har integrerade solceller som bidrar till en ökad större självförsörjning.
Solpaneler för varmvattenproduktion och solceller för el kan i framtiden mycket väl
tänkas bli vanliga som byggelement för olika typer av byggnader. De kan integreras i,
eller rent av utgöra, tak och väggar och samtidigt bidra till en ökad distribuerad
energiproduktion. I ett hållbart Göteborg är det tänkbart att omkring 5 % av
energibehovet täcks av solvärme och omkring 10 % av solel (Solstad Göteborg 2050,
2003).
Solcellerna tillsammans med vindkraften kring hamnen och runtomkring staden och
kraftvärmen kan göra Göteborgsregionen i relativt stor utsträckning självförsörjande
på el. Detta blir en stor förändring mot hur det ser ut idag. Det för med sig en rad
fördelar, till exempel att pressen på det svenska stomnätet minskar, samt att en större
flexibilitet, beredskap och säkerhet finns i försörjningen. Det medför även problem,
såsom att de intermittenta kraftkällorna vind och sol ger upphov till ett behov av
lagringskapacitet samt förbättringar av effektstyrning på elnätet (Energiframsyn,
2002a).
Ur ett svenskt perspektiv kan sägas att vi 2050 liksom idag, i genomsnitt kommer att
vara självförsörjande på el, men avvecklingen av den europeiska elmarknaden medför
ett betydligt större flöde av el över gränserna. Netto blir dock flödet litet, ungefär lika
mycket importeras och exporteras. Med högspänd likström kan el överföras med låga
förluster kors och tvärs mellan olika regioner i Europa. De intermittenta
energikällorna gör att priserna på den europeiska spotmarknaden för el kan komma att
variera relativt mycket, något som gör handeln både lönsam och nödvändig.
6.2.2 Nischscenario
Detta scenario präglas av att trots en starkt driven forskning och utveckling har
vätgasen inte slagit igenom på bred front i energisystemet. Det kan bero på flera
orsaker, främst att tekniken för bränsleceller inte blivit tillräckligt prisvärd, tillgänglig
eller tillförlitlig. Det kan vara den begränsade livslängden på membran och
elektrolyter som blivit avgörande, eller att man inte lyckats få ner behovet av sällsynta
och dyrbara ädelmetaller som katalysatormaterial på elektroder.
61
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Utvecklingen mot ett förnybart energisystem har ändå gått framåt och vind, sol och
biomassa har till största delen tagit över efter kärnkraft och fossila bränslen.
Effektiviseringar av energianvändningen har också haft stor betydelse.
Transportsystemet har blivit hållbart men inte så mycket tack vare en bred användning
av vätgas och bränsleceller. Annan utveckling har haft större betydelse, såsom
förändrade beteenden, förändrad stadsplanering och effektivare fordon bättre
anpassade efter behoven (Löwendahl, 2003).
Något större, regionalt eller nationellt distributionsnät för vätgas är inte aktuellt i
Sverige vid den här tidpunkten. Energiförlusterna är för stora och elsystemet
tillsammans med en delvis ny drivmedelsförsörjning till transportsektorn klarar ännu
av att trygga en hållbar energiförsörjning. Tekniken är ändå mogen och på vissa håll i
Europa kan det tänkas vara motiverat med sådana nät. Moderniserade och utbyggda
gamla industriella vätgasnät men även nybyggda ledningar i Sydeuropa där vätgas
som överförs från solcellsanläggningarna i Nordafrika distribueras.
6.2.2.1 Bränsleceller för lastbalansering och reservkraft
I och med den stora andelen vindkraft i elsystemet kan ett ökat behov av att balansera
effektsvängningar på elnätet uppstå. Även den avreglerade elmarknaden med
omfattande handel mellan länderna kan i viss mån bidra till att möta behovet. De
stora vindkraftparkerna till havs är anslutna till kraftnätet med högspänd likström
(HVDC). Överskottsel från dem och ifrån det europeiska kraftsystemet kan användas
för att elektrolysera vatten och den producerade vätgasen och syrgasen komprimeras
och lagras för att användas vid senare uppkomna behov.
Längs den stora högspänningsledning som ringlande ansluter Göteborg ifrån
norr, finns en transformatorstation. Till transformatorstationen ansluter även
vindkraft från den norra delen av västkusten. Här omvandlas högspänd
likström till växelström för vidare distribution ut på stamnätet och i
distributionsnätet i Göteborgsområdet. Strax intill syns tre runda kullar i
landskapet, ungefär som topparna på tre badbollar nedgrävda på en
sandstrand. Här lagras vätgas i komprimerad form, producerad genom PEMelektrolys när lasten på elnätet varit låg och spotpriserna på el likaså.
Vätgasen kan sedan ledas tillbaks genom de reversibla PEM-bränslecellerna
för att istället generera el, när lasten och priserna är högre och på det sättet
hjälpa till att balansera elproduktionen.
Variationerna i den från vindkraften levererade effekten kan vara relativt stora och
därför krävs någon form av effektreglering. Redan idag, med en mycket låg andel
vindkraft, inträffar situationer där vindkraftverk måste bromsas eller stängas av för att
inte störa balansen i kraftsystemet. Om den överflödiga energin istället används för
produktion och lagring av vätgas på strategiska punkter i kraftnätet nyttjas energin
åtminstone till 50 %. Elektrolys och bränsleceller kan snabbt startas upp för att möta
fluktuationer på nätet.
62
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Med ett energiinnehåll på cirka 1 kWh/m3 skulle 10 000 000 m3 vätgas ha
energiinnehållet 10 GWh. Komprimerad 100 gånger till 10 MPa skulle denna gas
rymmas i ett energilager med volymen 100 000 m3 motsvarande en sfärisk tank med
en radie av knappt 30 m. Denna energi skulle då kunna försörja Göteborgs totala
effektbehov om 3 GW i drygt 1,5 h förutsatt att bränslecellerna dimensioneras för
detta och har en verkningsgrad omkring 50 %.
Bränsleceller är lätta att automatisera och fjärrstyra samtidigt som
underhållsbehovet är relativt litet. Dessa fördelar har gett bränsleceller en
viktig roll som reservkraftverk på många håll. Även frånvaron av utsläpp har
varit en bidragande faktor på till exempel sjukhusområden och i
innerstädernas datorberoende kontorsmiljöer.
Likaså används de vid avlägset belägna installationer såsom telefonmaster
och bebyggelse där kostnaderna för att dra fram och underhålla
kraftledningar är stora. På landsbygden startade denna utveckling efter
kraftbolagens misslyckanden att garantera elförsörjningen under de allt
kraftigare och oftare förekommande höst- och vinterstormar som följt i
klimatförändringarnas fotspår.
Bränsleceller drivna med vätgas erbjuder möjlighet till lokal kraftförsörjning, något
som varken i dagens eller i framtidens moderna samhälle är efterfrågat i någon stor
omfattning. Vårt samhälle har haft råd att säkra kraftförsörjning till merparten av
befolkningen. Men med ökande elpriser och en ökad privatisering och vinstintressen
är det möjligt att vissa delar av samhället kommer i kläm. Ute i skogsbygderna öster
om Göteborg och på en del håll i Bohuslän kanske situationen inte blir bättre än den
är idag. Fler företagare, lantbrukare och andra markägare kan se möjligheter i att ta
sin energiförsörjning mer i egna händer, kanske i form av kooperativ. På så sätt får de
energi till självkostnadspris, en ökad försörjningstrygghet och möjlighet till extra
inkomst genom att sälja sin överskottsenergi vidare. För att säkerställa tillgången
behövs lagringsmöjligheter och reservproduktion. Reversibla bränsleceller kunde här
utgöra en möjlighet. Även egen produktion av väte från biomassa genom rötning av
biomassa kan bli en möjlighet i framtiden.
Bränsleceller kommer i detta scenario inte att slå igenom i stor skala inom
energisektorn. Det beror främst på de fortsatt relativt höga kostnaderna, en begränsad
livslängd under långvarigt användande vid hög belastning samt att traditionell termisk
energiteknik utvecklas. Andelen el har ökat i energisystemet samtidigt som
effektiviseringar minskat svängningarna i efterfrågan och därmed lagringsbehovet.
6.2.2.2 Transportsystemet
Inte heller inom transportsystemet slår vätgasen i detta scenario igenom på allvar.
Detta kan bero på flera saker. Distribution och lagring av vätgas, både på
tankningsanläggningar och i fordonen, kan visa sig bli mer komplicerat och kostsamt
än väntat och därmed inte konkurrera med andra alternativ. Därför används vätgas och
bränsleceller som framdrivningssystem mestadels i storstadsområden och på andra
platser där tankningsmöjligeter och andra förutsättningar inte utgör ett hinder. Det har
inneburit att tekniken är begränsad till mindre flottor om än relativt väl spridda över
landet. Bussar för lokaltrafik, distributionsfordon, taxiverksamhet och bilpooler är
exempel på sådana lokala fordonsflottor.
63
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Busstrafiken i Göteborg är till stor del driven av vätgas och bränsleceller.
Bussarna rullar fram tyst genom staden, det enda som hörs är svagt surrande
och vinande kompressorer och elmotorer. Utsläppen består enbart av
vattenånga och har tillsammans med förbättringar av övriga fordonsparken
och ett ökat kollektivt resande skapat en mycket ren stadsluft.
Busstrafik är ett exempel på transporter som med fördel kan drivas med vätgas och
bränsleceller. De är tysta och ger inte några som helst skadliga utsläpp i
innerstadsmiljöerna. Bränsleceller kan kompletteras med ett batterilager i ett
hybridsystem som gör systemet lämpligare för alla accelerationer och inbromsningar.
Hybridtekniken kan tillsammans med andra tekniska lösningar som biobränslen göra
transportsystemet långsiktigt hållbart.
På väg hem från jobbet stannar jag på tappen. Det var nu två veckor sedan
jag tankade senast, trots att jag använder min tresitsiga stadsbil nästan varje
dag. Det pyser lite när jag ansluter tankmunstycket. Trycksatt DME,
dimetyleter, producerad på Hisingen av förgasad biomassa driver den lilla
högeffektiva dieselmotorn där fram. Ett batteripaket i bottenplattan utgör
energilager till elmotorn. De totalt 60 hk som drivlinan levererar räcker
mycket väl, särskilt på de vägar med automatisk hastighetsbegränsning och
andra aktiva, tekniska säkerhetsfunktioner som finns där jag behöver ta mig
fram.
Bilen kommer att finnas kvar i det hållbara samhället, även om omfattande
förändringar både vad gäller tekniken och dess status måste förändras. Biobränslen
kan få stor betydelse men utan effektiviseringar och nedskalningar av fordonen
kanske de inte räcker till för att försörja transportsektorn. Med olika typer av
hybridteknik2, lättviktsmaterial och betydligt mer behovsanpassade prestanda i bilarna
kan energiförbrukningen förhoppningsvis sänkas till 10-20 % av dagens genomsnitt.
Med utvecklingen av hybridtekniken kommer förhoppningsvis en viss renässans för
batterier. Detta kan på sikt leda till ett uppvaknande för den av många utdömda
elektriska bilen. Dess potential kommer kanske att ge den en viktig plats i de framtida
storstadsområdena. Löwendahl (2003) studerar en mängd möjligheter för hållbara,
kortväga transporter.
Vid centralstationens parkeringsgarage finns en tankstation för vätgas. På
morgonen, när de första snabbtågen anländer från Öresundsregionen, Oslo
och Mälardalen är det rusning i garaget när företagspoolens bilar fördelas på
de behövande. Säljare, tekniker och andra nyckelpersoner rullar ut mot sina
lokala mål för dagens ärenden. Bilarna är tvåsitsiga vätgasbilar anpassade
för olika behov och tillhör en biluthyrare som driver bilpooler både för
privatpersoner och företag.
2
El från exempelvis batterier, förbränningsmotorer, bränsleceller eller nätanslutning i olika
kombinationer.
64
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
På en parkering i Kungälv står ytterligare bilar, i olika utförande passandes
olika behov. Uthyraren har nischat sig på bilpooler med vätgasdrift och har
även här en vätgastapp. Den är ansluten till ett lokalt vätgasnät som förser ett
antal funktioner med gasen.
För busstrafik och andra vätgasdrivna fordonsflottor behövs tillförsel av väte. Det kan
ske genom lokal produktion från biomassa eller elektrolysanläggningar men på vissa
håll även genom biflöden från industriell verksamhet. Sådan produktion planeras
redan idag som ett pilotprojekt inom nätverket SamVäte i Väst (muntlig
kommunikation, Jönsson, 2004), där vätgas ska tas från petrokemiindustrin i
Stenungssund för låginblandning i metanbränsle.
Där lokal produktion inte kan motiveras kan väte levereras med järnväg, båt eller
lastbil. Trots att energiförlusterna i en sådan kedja blir höga, kan de motiveras av
andra skäl. Även ett förhållandevis glest nät av tankningsmöjligheter runt om i landet
möjliggör långväga resor.
6.2.2.3 Vägen dit
Att använda vätgas som energibärare i ett energisystem innebär stor flexibilitet och
många olika möjligheter för omvandling till såväl el som värme. Men för att ersätta ett
fungerande system krävs mer än så. Kraft- och värmeproduktion kan förmodligen
klaras av på ett hållbart sätt även utan vätgas och bränsleceller.
För att få ett genomslag inom de ovan nämnda nischområdena krävs satsningar på i
första hand forskning och utveckling följt av pilotprojekt. På flera områden står vi här
redan idag. Bränsleceller för husbehov och bussar med mera testas både inom EU och
övriga delar av världen. Visar det sig fungera såväl ekonomiskt som tekniskt är steget
inte långt till dessa framtidsbilder.
Azar et al. har i en rapport (2003) dragit slutsatsen att transportsystemet även
fortsättningsvis, trots begränsningar av CO2-utsläppen, kan komma att försörjas med
energi genom fossila bränslen. Åtgärder för att begränsa utsläppen av växthusgaser
görs billigast och enklast inom andra sektorer. Om så är fallet och politiska beslut
fattas i den riktningen kan det vara en rimlig anledning till att vätgasen får svårt att slå
igenom inom bilindustrin. Den kan ändå mycket väl bli aktuell inom vissa nischer, till
exempel bilpooler, buss- och distributionsflottor. Denna utveckling kan påskyndas av
de stora problem med luftföroreningar som drabbar allt fler städer.
6.2.3 Totalscenario
Omkring 2050, när Göteborg är en hållbar stad i en hållbar omvärld, försörjs
merparten av jorden med energi från förnybara energikällor. Dessa
energikällor utgör grunden för en omfattande produktion av vätgas, främst
genom elektrolys av vatten. Vätgasen har blivit en stor global handelsvara
som steg för steg ersatt oljan. Den transporteras i stora tankfartyg över
oceanerna från produktionsanläggningar till användare runt om i världen.
Mindre nät av pipelines för att distribuera gasen har byggts på en del håll
och utbyggnaden fortsätter. Användningen av vätgassamhällets teknik inom
industri-, energi- och transportsektorn har kommit igång och fått en allmän
spridning.
65
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Biomassa i förgasad form, både i form av biologiskt avfall, restprodukter från
skogsindustrin och från jordbruket, kan i så kallade biomassakombinat användas
mycket effektivt för att producera värme, elektricitet och material för användning
inom tillverknings- och kemiindustri. Energi från biomassa kan totalt sett ge ett
väsentligt tillskott till energiproduktionen. Kanske främst i norden och östra Europa
där tillgången på skogsråvara är god, men även på andra håll, då baserat på odlad
biomassa och biologiskt avfall. Totalt sett kan det få en viktig roll som basproduktion
i energisystemet.
Avfall från samhället bör minska för att nå det hållbara samhället. Klokare
förpackningar och enklare sopsortering kan utvecklas vilket på sikt kan öka
möjligheterna att återvinna avfall både i material- och energiåtervinning. Vissa
fraktioner kan i framtiden med fördel föras direkt till förgasningsanläggningar där de
kan utgöra råvara såväl till produktion av ny materialråvara som till produktion av
energibärare och energi via steget som syntesgas.
Energisystem med mycket vindkraft och andra intermittenta, förnybara energikällor
kan lämpa sig väl för vätgasproduktion via elektrolys av vatten. Effektstyrning på
elnätet kan skötas till stor del med reversibla bränsleceller.
6.2.3.1 Vätgas från lokala och avlägsna producenter
Vätgasen som 2050 används i Göteborgsregionen kan produceras både lokalt och på
andra platser i världen. Om vätgasen tar plats i det globala energisystemet i och med
arbetet att ställa om det till hållbarhet, bort från fossilberoendet med förnybar el och
med vätgas i siktet, kommer vätgasproduktion att växa fram världen över. Olika
tekniker utvecklas och när konkurrensen hårdnar drivs effektiviseringsarbetet framåt.
Teknikutveckling har tidigare visat på oanat tempo, exempelvis utvecklingen för
persondatorer under det senaste decenniet. En liknande utvecklingen för solceller och
bränsleceller skulle snabbt kunna ändra förutsättningarna för det hållbara samhällets
utveckling.
Lokal produktion. Här i Göteborg finns en lång tradition av petrokemisk industri, en
industri som utgör en grundpelare i dagens fossilbaserade ekonomi. Även den globala
oljeindustrin börjar se framtiden efter oljan som väsentlig, en förutsättning för sin
egen långsiktiga överlevnad i en värld som står inför såväl sinande oljereserver som
hotande miljöproblem. Förutsättningarna att producera vätgas idag finns inom den
petrokemiska industrin, med fossilgas som bas, något som talar för oljeindustrin som
en framtida föregångare på området.
Vätgas har alltid ingått i raffinaderiprocesser, men omkring 2010 påbörjades
en successiv utökning av produktionen i de Göteborgska raffinaderierna för
att med ett överskott kunna möta en då långsamt framträdande marknads
behov. Från början användes fossilgas och andra lätta kolväten som
reformerades med ånga till vätgas, vatten och koldioxid, men på senare tid
har processen lagts om. Ett nytt bolag har skapats med flera aktörer från
såväl svensk som internationell olje- och kraftindustri som delägare.
66
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
På en samma plats som ett av Göteborgs två tidigare raffinaderier var
beläget finns idag en ”vätgasfabrik”. Anläggningen producerar vätgas,
metan och en rad andra kolvätebaserade produkter ifrån förgasad biomassa.
En stor förgasningsanläggning för biomassa och sorterat avfall finns på
området tillsammans med en stor mottagningsanläggning för biomassa. Fler
och fler av båtarna på Göta älv är idag lastade med flis från de rika skogarna
kring Vänern. En gång om dagen kommer ett systemtåg med en blandning
av flis och avfall till den gamla oljehamnen för att lossa. Tåget hämtar sin
last på ett antal platser runt om i västra Sydsverige. Efter lossningen lastas
såväl tåg som båtar med pelleterade restprodukter, såsom aska, ifrån
förgasningsprocessen för att återföras till markerna.
I en förgasningsanläggning hettas biomassa och avfall upp och delas upp i sina
beståndsdelar, det kallas termisk förgasning. Huvudfraktionerna är ren vätgas och
kolmonoxid, övriga gaser renas effektivt bort och värdefulla mineraler kan tas tillvara.
Kolmonoxiden blandas med het vattenånga och ytterligare vätgas produceras medan
kolmonoxiden byter form till koldioxid. Eftersom koldioxiden i huvudsak har sitt
ursprung i biomassa, innebär utsläpp av denna inget nettotillskott till atmosfären och
den ständigt spökande växthuseffekten förstärks därmed inte av den. Samma process
kan användas för biogas.
Den relativt rena koldioxid som skiljs av i processen kan öppna en möjlighet för att
minska halten av koldioxid i atmosfären, om än ytterst marginellt. Sverige skulle
tillsammans med andra länder kunna komma överens om att gå ett steg längre än att
bara dra ner på nettoutsläppen. Om utvecklingen för koldioxidavskiljning går framåt
kan en potential att avskilja koldioxid från förnybar förbränning uppstå. Genom att
pumpa ner koldioxiden i akvifärer i exempelvis den norska Nordsjön bidrar man då
med en nettominskning av koldioxid. Akvifärerna utgörs lämpligen av de olje- och
fossilgasfält som vi idag tömmer på sitt innehåll. Tekniken för detta finns redan idag
och testas i mindre skala och kan bli lönsam genom den handel med
utsläppsrättigheter som idag ligger i sin linda. Detta scenario ger en möjlighet att i
framtiden göra sig kvitt delar av gamla synder.
I en annan anläggning, belägen längre ut i hamnen, tas överskottsel från det
västsvenska elnätet tillvara för att i reversibla bränsleceller producera vätgas.
Överskottet är en följd av de variationer i eltillförseln som de intermittenta
kraftkällorna vind och sol har medfört. Vätgasproduktionen balanserar
effekten på nätet mot lasten samtidigt som den levererar vätgas ut på det
vätgasnät som binder samman ett antal närbelägna kommuner. Att just
reversibla bränsleceller används betyder också att anläggningen snabbt kan
ställas om för att istället producera el om elbrist skulle uppstå.
Intermittensen hos de nya energikällorna kan med ny teknik vändas från ett problem
till en möjlighet. I ett tidigt skede av utvecklingen kan en viss balanserande
vätgasproduktion ske genom vanlig elektrolys av vatten, men i takt med att tekniken
utvecklas är det mycket tänkbart med anläggningar som utrustas med reversibla
bränsleceller.
67
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Import och export. Den lokala och nationella produktionen av väte kan tänkas bli
otillräcklig, åtminstone under perioder, såsom vintern. Därför kan handel med
omvärlden bli nödvändig, om än inte lika beroendeskapande som oljehandeln är idag.
Anslutningar för vätgasöverföring till Danmark och Norge är möjliga, även om mer
långväga, storskalig transmission troligen även fortsättningsvis kommer att ske
effektivast via elnätet. Det idag utbyggda fossilgasnätet kommer inte att kunna
användas för vätgas utan mycket omfattande ombyggnad. Då är sannolikt nybyggnad
ett rimligare alternativ.
I den yttre hamnen trängs idag de gigantiska containerfartygen med märkliga
sjöfarkoster som mest liknar flytande kameler. Fartyg med ett antal
gigantiska tankar för flytande väte (LH2) besöker hamnen med jämna
mellanrum för att fylla på bergrumslager och leverera väte till det regionala
nätet samt för vidaretransport till lager runt om i landet. Dessa vidare
transporter sker främst med tåg och båt. Det förekommer även att
transporterna går åt motsatt håll, främst under perioder då den nordiska
vatten- och vindkraften genererar mer el än vad dom kan tas hanteras i
elsystemet.
Hit till hamnen levereras vid behov LH2 från produktionsanläggningar i
länderna kring Östersjön. Men de största och mer regelbundna transporterna
som tas emot i de två största svenska importhamnarna kommer oftast från de
stora LH2-hamnarna i Nordafrika. Där elektrolyseras Medelhavsvatten med
el från gigantiska solcellsparker i den nordafrikanska öknen.
Hamnar för att ta emot väte i flytande form från specialbyggda fartyg kan bli
betydelsefulla i ett framtida globalt vätgassamhälle. Lika ofta som vätgas importeras
utifrån är det tänkbart att vi från Sverige kan exportera väte. God tillgång på
vattenkraft, vind och biomassa kan tillsammans innebära ett överskott på förnybar
energi någon gång i framtiden.
Vätgassystemet kan möjligen bli lite grand vad elsystemet utvecklas till idag. Under
perioder med goda vindförhållanden och hög produktion i vattenkraftverken får
Sverige ett överskott av el. Denna används idag för export av elkraft, men eftersom
liknande förutsättningar ofta gäller för våra grannländer Danmark och Norge, så finns
inte alltid behovet i dessa närliggande områden. Då kan överskottet istället lagras som
vätgas, som alltså även kan exporteras till platser där motsatta omständigheter råder.
De nordafrikanska länderna för idag en ur vår synvinkel ganska anonym tillvaro i
världen, för oss utgör de kanske främst en möjlighet till turism. I framtiden kan läget
tänkas vara helt annorlunda. Den stora tillgången på förnybar energi från solen kan ge
förutsättningar för en stark ”grön” tillväxt som ger dem en centralare roll i
världssamfundet. Detta samtidigt som samarbetet med grannarna på den europeiska
kontinenten utvecklas. Därigenom skapas förutsättningar för utvecklingen av ett
högteknologiskt samhälle med forskning och utveckling i framkant, samtidigt som ny
energikrävande basindustri etableras. Kanske kan man i framtiden i stora solugnar i
öknen ta hand om riskavfall som under högt tryck och i höga temperaturer omvandlas
till ofarliga beståndsdelar? Kanske kan till och med kvarlevorna av vår kärnkraft,
världens kärnavfall, transmuteras till mer kortlivat avfall i soldrivna ugnar.
68
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Distribution och lagring. Den vätgas som inte lagras eller förbränns i
kraftvärmeverket kan under högt tryck distribueras ut i ett ledningsnät, som även det
fyller en lagringsfunktion.
Det regionala vätgasnätet täcker ännu bara själva Göteborgsregionen,
Göteborg och de närmaste kommunerna. Ett nationellt stomnät diskuteras
men förlusterna vid långväga transmission är ännu för stora för att motivera
en utbyggnad. Istället distribueras en del vätgas via båt och järnväg till ett
antal platser där behovet är stort. På många håll finns även lokal produktion i
form av elektrolys, förgasningsanläggningar och rötningsanläggningar.
Det är inte bara i Göteborgsregionen som det kan utvecklas lokala nät för
vätgasdistribution. Varhelst vätgas produceras eller används är det tänkbart med
liknande, mindre nät. Möjligheten till lokal produktion genom elektrolys och rötning,
såsom idag sker med biogas, kan bli en fördel för introduktionen av väte som
fordonsbränsle. Transporter av väte bör av praktiska skäl, kopplade till vätets
volymbehov, men även av säkerhetsskäl ske på järnväg och till sjöss, främst i flytande
form. Det är även betydligt effektivare ur energihänseende än lastbilstransporter.
Det distributionssystem för väte som därmed växer upp runt om i landet kan innebära
ett viktigt komplement till det väl fungerande elsystemet. Energilagringen i lager och i
de mindre distributionsnäten kan göra samhället betydligt mindre känsligt vid kortare
avbrott eller bristsituationer i elsystemet.
De gamla cylindriska cisterner som tidigare präglade utsikten över områdena
kring hamnarna och raffinaderierna är idag ersatta av sfäriska dito, delvis
nedsprängda i bergrunden. Här, och i ett fåtal bergrum, lagerhålls en stor
mängd väte både i flytande form och som komprimerad gas. Dessa lager
utgör något av en svensk energibuffert, nödvändig för att täcka upp vid
driftstörningar, eftersom vätgasen blivit en viktig ingrediens i vårt moderna
energisystem.
Väte kan lagras i stor skala i komprimerad form eller som vätska i bergrum och
naturliga akvifärer. Detta ger en möjlighet att klara försörjning även i krissituationer,
tillexempel vid olika problem med infrastruktur eller vid långvarig brist på
vattenkraft. Men även den totalt sett stora bredden av möjligheter för försörjning av
vätgas ger en hög försörjningstrygghet.
6.2.3.2 Väte som drivmedel –från flygplan till mopeder
Väte kan i framtiden användas som fordonsbränsle för alla typer av transporter.
Alltifrån lätta fordon såsom mopeder, till tunga lastbilar, fartyg, flygplan och
järnvägsfordon kan i någon form drivas av väte. Bränslecellens möjligheter till
moduluppbyggnad gör det möjligt att anpassa tekniken så att vätgas kan användas i så
helt olika fordonstyper. Skalfördelar uppnås då också lättare tack vare att marknaden
för bränsleceller sträcker sig över större delar av transportsektorn och andra
energiberoende sektorer. I princip kan samma bränslecellsmoduler användas i en
moped som i ett containerfartyg.
69
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
För flygtransporter finns också en möjlighet till hållbar framdrivning med väte, även
om här återstår en del frågetecken. Flygmotorer drivna av väte har sedan länge testats,
men kravet på stora lagringsvolymer utgör här ett tydligt problem.
På Göteborgs gator rullar tystgående vätgasdrivna bussar sida vid sida med
spårvagnar och minibilar. Cyklar och gångtrafikanter är också ett betydligt
vanligare inslag i stadsbilden idag än förr. Luften i innerstaden har
successivt förbättrats i takt med vätgasens intåg och en väl fungerande
kollektivtrafik tillsammans med utökade begränsningar av biltrafiken i
innerstaden har minskat trängseln och lugnat ner tempot på gatorna. Gamla
grå parkeringsplatser har gett plats för nya bostäder, ett led i att förtäta
bebyggelsen utan att inkräkta på de grönytor som fortfarande berikar staden.
Förutom bussar finns ett antal typer av fordonsflottor som särskilt väl lämpar sig för
framdrivning med bränsleceller. Distributionsbilar som används för varutransporter i
känsliga miljöer, taxi och servicebilar av olika slag med flera. I och med att
framtidens fordon kommer att vara mer ändamålsenliga än vad fallet är idag kommer
de även att vara mindre och lättare. Det är som tidigare nämnts en förutsättning för att
vi ska hålla oss inom det rättvisa energiutrymmet som det hållbara samhället
förutsätter. Därmed kommer utrymmet för stora vätgastankar att bli begränsat och
därmed även räckvidden. För fordon med krav på mycket lång räckvidd kan flytande
bränslen och effektiva förbränningsmotorer därmed fortfarande fylla en viktig funtion.
Lastbilar kan utpekas i den kategorin.
Även på spåren och till havs är det tänkbart med vätgasdrivna fordon.
Rangeringen på Göteborgs stora godsbangårdar sker idag helt med
vätgasdrivna rangerfordon. De gamla bullrande och stinkande dieselloken
har ersatts av nya, tysta och ångande bjässar. På den anrika Bohusbanan upp
till Lysekil och Strömstad går idag motorvagnar med samma
framdrivningsprincip. Vid en stor renovering av banan valde man att ta bort
den gamla slitna kontaktledningen över spåren och att inte satsa
miljardbelopp på en ny, utan istället investera mer i spår och vätgasdrivna
fordon för en snabbare trafik. Likadana tåg används nu även på
Kinnekullebanan mellan Göteborg och Lidköping-Mariestad.
Järnvägsfordon utgör ytterligare en potentiell användare av väte och bränsleceller. Här
finns utrymme för placering av större tankar samtidigt som framdrivningen redan idag
oftast är elektrisk, om än med dieselmotorer som kraftgeneratorer. Järnvägens roll i
det hållbara samhället bör vara självklar. Den är energisnål och med hög kapacitet,
samtidigt som dess infrastruktur tyvärr är mycket kostsam. Banor som idag lider av
bristande underhåll och gammal utrustning riskerar nedläggning på grund av de
avskräckande kostnaderna för upprustning. Genom att avstå från elektrifiering och
istället satsa på bana och vätgasdrivna fordon skulle miljövinsterna klaras till en
förhoppningsvis lägre samhällskostnad.
70
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
I många städer jorden runt lider man idag av alla de problem som bilismen orsakar.
Förutom luftföroreningar är de till synes hopplösa problemen med trängsel och köer
en viktig fråga. I det hållbara samhället finns en möjlighet att reducera dessa problem
om lätta fordon som minibilar, mopeder och eldrivna cyklar slår igenom och tar över
efter dagens stereotypa, dåligt anpassade stora och skrymmande bilar. Dessa kan med
bränslecellsframdrivning bli mycket energisnåla och deras litenhet bidrar till minskad
trängselproblematik. Den största fördelen blir dock utan tvekan den förbättrade luften
i stadsmiljöerna. Redan idag är utvecklingen på väg åt detta håll. Vissa städer i Japan
premierar fordon med begränsade mått och satsningar som den i Göteborg på
fossilgas för fordonsdrift är ett sätt att försöka förbättra luftmiljön.
I vattnen i Göteborgsområdet är det tänkbart med fartyg som använder bränsleceller
vid angöring och under tiden de ligger vid kaj. Detta är något som redan idag
diskuteras inom SamVäte i Väst (muntlig kommunikation, Jönsson, 2004). Även
kollektivtrafiken i skärgården och på älven kan mycket väl tänkas gå över från
förbränningsmotorer till högeffektiva bränsleceller.
I Göteborgs hamn ligger fartygen uppradade längs med kajerna, det blir
något trängre för varje år som går. I och med den hållbara utvecklingen har
lastbilstrafiken minskat i takt med allt högre ställda miljökrav. Mer gods går
idag på sjön och på järnväg. Men till skillnad från förr, präglas inte vyn över
fartygen och hamnen av de svartbruna rökplymer som bolmade upp ur
skorstenarna. Fartygen har fått betydligt renare energiförsörjning.
Den omfattande sjöfarten till och från Göteborgs hamn växer, sakta men säkert.
Redan idag är den Nordens klart största hamn. Den internationella sjöfarten är
traditionellt relativt svagt reglerad. Utsläppen av bland annat försurande kväve- och
svaveloxider är omfattande och i takt med att utsläppen inom verksamheter på land
regleras och åtgärdas växer sjöfartens andel av de totala utsläppen. En hållbar
utveckling förutsätter att den trenden bryts, särskilt om sjöfarten fortsätter växa.
Internationell reglering har medfört att en del nyare fartyg drivs med
alternativa bränslen. Förutom fartyg för transport av flytande väte, som drivs
av ur lasten avkokat väte, har det blivit allt vanligare med att mindre fartyg i
kustfart och fiskefartyg använder vätgas i bränslecellsdrivet maskineri.
Internationella hamnbestämmelser har lett till att de flesta större fartyg som
inte drivs av vätgas eller annan nollemissionsteknik har bränsleceller för
elförsörjning och manövrering i hamn.
Kollektivtrafiken till sjöss i Göteborgsområdet är även den vätgasdriven.
Den omfattande trafiken fram och tillbaks över Göta älv tillhörde
föregångarna i vätgasutvecklingen. Ett lyckat pilotprojekt resulterade i order
på vätgasdrivna drivlinor för ett antal personfärjor till ett friskt satsande
Göteborgsföretag och följdes av fler order bland annat till trafiken i
Themsen i London. Företaget är idag dominerande på bränslecellsdrivna
maskinerier för små och medelstora fartyg i Europa.
71
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Att tänka sig att all sjöfart skulle drivas av alternativa bränslen, förnybara sådana, är
möjligen orimligt. Här finns dock fortfarande väldigt mycket att göra med
reningsutrustning och renare bränslen. Idag går utvecklingen mot allt snabbare fartyg,
främst för persontrafik men även i viss mån för gods. Den utvecklingen har inneburit
kraftigt försämrad energieffektivitet och en snabbfärja står närmast att jämföra med
flyget när det kommer till energiförbrukning per personkilometer.
Flyget är en annan sektor där vätgasen kan möjliggöra en hållbar framtid. Väte har
redan framgångsrikt testats för drift av jetmotorer. Det problem som omgärdar väte,
dess låga densitet, får särskilt stor betydelse i flygplan där bristen på utrymme för
tankar och höga krav på låg vikt med mera är tydligt gränssättande. Framtida
generationer av trafikflygplan behöver kanske inte se ut som de vi har idag. För att
kunna bygga större men med bibehållen lyftkraft diskuteras emellanåt flygplan med
tillplattade flygkroppar, till och med rena flygande vingar. Sådana konstruktioner
skulle kanske erbjuda bättre möjligeter till lagring av väte.
6.2.3.3 Kraftvärme, ett effektivt balansinstrument i det intermittenta
elsystemet
Bränsleceller kan användas för kraftvärmeproduktion i både mindre och större skala.
Så kallade mikrokraftverk, små bränsleceller lagom för att försörja ett hushåll med el
och värme finns redan idag på marknaden, främst i USA. Än så länge drivs de med
fossilgas. Den utveckling som finns mot en ökad andel el i energisystemet,
tillsammans med möjligheterna att reducera uppvärmningsbehovet i våra byggnader,
innebär ett minskat behov av värme i framtiden medan el får större betydelse. Här
passar bränsleceller för kraftvärmeproduktion bra in i systemet med sin höga
elverkningsgrad, uppemot 70 %. Bränslecellskraftverk har relativt snabb respons på
förändringar i driften och dess dellastegenskaper är goda, det vill säga den är lika
effektiv vid lågt som vid högt utnyttjande. Därmed kan produktionen varieras på ett
effektivt och precist sätt. Dessa egenskaper tillsammans gör bränsleceller till en
potentiellt bra kraftvärmeproducent i förhållande till det framtida elsystemet med sin
stora andel av intermittent kraftproduktion och därpå följande effektsvängningar.
I utkanten av Göteborg, i anslutning till en av de omformarstationer som
omvandlar spänningen på det svenska högspända stomnätet för distribution i
staden, finns ett bränslecellskraftvärmeverk. Det utgör tillsammans med
annan elproduktion runt om i staden en strategisk beredskap för att begränsa
effekterna vid störningar i det svenska kraftnätet och för att säkra stadens
elförsörjning.
Reversibla bränslecellskraftverk kan få en betydande roll i ett framtida driftsäkert och
flexibelt energisystem. De utgör både en reservkraftresurs och ett balansinstrument i
kraftnätet, men bör ändå inte tillskrivas för stor plats på grund av de energiförluster
som det trots allt innebär att omvandla energi från el till vätgas till el.
Vid Ryahamnen, inte långt ifrån den stora förgasningsanläggningen, ligger
Göteborg Energis stora kraftvärmeverk. Det har nyligen försetts med en ny
gasturbin och modifierats för att kunna köras på främst vätgas. I
kombination med en toppmodern ångpanna förser den stora delar av
Göteborg med både el och värme.
72
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
En del av den vätgas som produceras i vätgasfabrikerna i hamnen kan föras direkt till
det gasturbinkombikraftvärmeverk som förser staden med både el och värme. En
gasturbin utvecklad för förbränning av vätgas i kombination med en högeffektiv
ångpannecykel kan regleras snabbt och ge en hög elverkningsgrad. Eftersom
uppvärmningsbehovet med fjärrvärme kan förväntas minska något i framtiden, är det
inte otänkbart att processen inte längre används direkt för att producera fjärrvärme.
Istället kan den heta ångan användas vid industriella processer, exempelvis i
förgasningsanläggningen. Spillvärmen därifrån används i sin tur för att värma vattnet i
fjärrvärmesystemet.
Storförbrukare av el kommer sannolikt att finnas även i ett hållbart samhälle, kanske
precis som idag i form av skogs- och metallindustri. Storförbrukare kan ha särskilt
stora intressen av att ha egna reversibla kraftlösningar för att hela tiden kunna betala
det lägsta energipriset. I reversibla bränsleceller produceras vätgas under låglast när
elpriserna är låga, för att sedan producera egen el med vätgasen under topplast. En
sådan lösning leder också till en aktiv roll i elsystemet genom att den bidrar till att
jämna ut lasten. Självklart finns även möjligheten att använda vätgas i de fall det utgör
en biprodukt från verksamheten
6.2.3.4 Reservkraft och avlägsna installationer
Bränsleceller är lätta att automatisera och fjärrstyra samtidigt som underhållsbehovet
är relativt litet. Dessa fördelar kan ge bränsleceller en viktig roll som reservkraftverk
på många håll. Frånvaron av utsläpp kan också bli en avgörande faktor till
bränslecellens fördel, till exempel i innerstadsmiljöer och på sjukhusområden. Likaså
kan de användas vid avlägset belägna installationer såsom telefonmaster och
bebyggelse där kostnaderna för att dra fram och underhålla kraftledningar är stora.
Kanske kan de här fungera tillsammans med ett mindre vindkraftverk eller annan
förnybar energikälla för drift och underhållsladdning. I och med sin flexibilitet kan det
vara en möjlighet att inte bara använda reservkraften i nödsituationer. Reservkraftverk
kan ges en större roll såsom tidigare nämnts om kraftbalansering.
6.2.3.5 Mikrokraftvärme
På en hästgård söder om Göteborg tippas en skottkärra på gödselstacken,
såsom man gjort i alla tider. Skillnaden är att gödselstacken idag består av en
biogasreaktor, där biogas utvinns ur gödslet. Efter att ha passerat en enkel
reningsanläggning matas gasen in i en bränslecell som tillsammans med
solvärme, ett vindkraftverk och en elanslutning försörjer gården med
förnybar energi.
Mikrokraftvärme kan få en motsvarande betydelse som ved- och oljeeldning har i
dagens samhälle. Enskilda hushåll, flerfamiljshus eller mindre samlingar av hus kan
skapa sin egen produktion av såväl el som värme i mindre bränslecellkraftverk.
Bränslet kan mycket väl produceras av egen vindkraft eller inhandlas lokalt av mindre
energiproducenter eller lantbrukare med vätgasproduktion från rötning. De kan även
drivas direkt med biogas, vilket kan vara lämpligt inom jordbruket (Energiframsyn,
2002d).
73
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
6.2.3.6 Batteriets ersättare
På en hylla ligger en handdator och en mobiltelefon sida vid sida, anslutna
med en smal slang till en liten låda i väggen. En liten elektrolysör är i färd
med att omvandla el och vatten till vätgas och tanka upp de små
vätgaslagren i apparaterna för att ge dem nytt liv inför nästa arbetsvecka.
Bränsleceller är i sin funktionsprincip inte helt olika batterier. Medan batterier
regelbundet måste laddas med el, behöver bränsleceller kontinuerligt försörjas med ett
bränsle som regelbundet behöver fyllas på. Mobiltelefoner, handdatorer, bärbara
datorer, kameror med mera är exempel på energikrävande apparater som tidigare
enbart drevs med batterier. Idag finns det alternativ i form av bränsleceller, om än i ett
mycket tidigt stadium av kommersiell utveckling.
Ett annat område där bränslecellen kan tänkas konkurrera med batterier är i
industritruckar och andra eldrivna servicefordon. En av fördelarna med vätgas och
bränsleceller istället för batterier är möjligheten att snabbt tanka upp med ny energi,
genom någon form av vätepatroner.
6.2.3.7 Vägen dit
Att använda vätgas som energibärare i ett energisystem innebär stor flexibilitet och
många olika möjligheter för omvandling till såväl el som värme. Vätgas kan tänkas
ersätta främst fossilgas men även andra, fasta bränslen. Den kan användas för
förbränning i traditionella hetvattenpannor, ångpannor och kombikraftvärmeverk, men
även i mindre anläggningar såsom gasmotorer och gasturbiner för spets- och
reservkapacitet. Vätgas fungerar även som bränsle för olika typer av fordon, maskiner
och i apparater. Det vill säga, vätgas skulle kunna användas som bränsle i den typ av
energisystem som existerar i Göteborg idag, år 2003.
I en övergångsperiod mellan dagens samhälle och det hållbara vätgassamhället kan
fossilgas och vätgas från fossila energiråvaror utgöra en språngbräda. Vätgas kan
blandas in i fossilgas och på så vis steg för steg införas och därmed skapa en första
förutsättning för storskalig vätgasproduktion. Detta kan ses som ett sista steg mot en
total hydrogenisering av våra energibärare. Ända sedan vi började använda bränslen i
form av kol och olja har en successiv skiftning mot energibärare med en allt högre
andel väte i förhållande till kol skett.
Utveckling av bränslecellerna pågår parallellt med denna utveckling och bränsle till
bränslecellerna kan till en början till stor del utgöras av bensin, fossilgas och metanol
beroende på vilken typ av bränslecell och vad den nyttjas till. Bränsleceller för
kraftvärme kan med fördel drivas med fossilgas, medan fordon kan tankas med
exempelvis metanol eller bensin som reformeras till väte direkt i fordonet. Med tiden,
i takt med att produktion och distribution av vätgas byggs ut, kommer bränslecellerna
att drivas med ren vätgas.
För att nå det hållbara vätgassamhället krävs förutom att tekniken kan utvecklas hela
vägen till kommersiell tillgänglighet politisk styrning för att styra bort från fossila
bränslen. Ekonomiska styrmedel är en viktig del för att fasa in den nya tekniken. Men
även satsningar på forskning och utveckling och på pilotprojekt för att överföra
utvecklingen till marknaden.
74
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Om pilotprojekten lyckas kan det vara en av nycklarna till en stark utveckling. EUprojektet CUTE, Clean Urban Transport for Europe, har just genomgått en första,
aktiv fas där bland annat tre vätgasbussar med komplett kringutrustning börjat testas i
Stockholms kollektivtrafik. Fortsatta satsningar främst på kollektivtrafiken kan bli
utmärkta informationspelare och företrädare för den nya tekniken.
Att anpassa dessa system för ett decentraliserat produktionssystem skulle innebära
strukturförändringar. Elnätet måste byggas om för att växelvis klara småskalig
tillförsel respektive användning. Fjärrvärmenätet likaså, kanske skulle en återgång
mot mindre ”fjärrvärmeöar” vara ett lämpligt alternativ.
Troligen skulle behovet av storskalig central fjärrvärmeproduktion under
sommarhalvåret bli obefintligt. Det innebär i så fall förändringar för driftsekonomi
men även för teknik och infrastruktur. Fjärrvärmeanläggningar som står stilla under
längre perioder är inte ekonomiskt hållbara. I Göteborg kommer redan idag en relativt
hög andel av fjärrvärmen från spillvärme i industri och andra verksamheter. Den
utvecklingen kan gärna fortsätta, för att i Göteborg 2050 ha en fjärrvärmeförsörjning
helt ursprungen ur biomassakombinat och andra industrier.
Avfallsförbränning som idag till stor del motiveras med ”energiåtervinning” skulle i
ett sådant system inte ha samma starka drivkrafter. En minskad mängd avfall måste
vara ett mål för en hållbar utveckling och en förbättrad sortering av avfallet ger
möjligheter till ett bättre utnyttjande av avfall som resurs. Vissa kategorier avfall kan
fungera som råvara i den förgasning som både kan ge el, biobränslen, fjärrvärme och
biokemikalier för produktion av nya material.
75
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
7 Diskussion och slutsatser
Vätet kan definitivt fylla viktiga roller i det framtida energisystemet där den förnybara
och intermittenta energiförsörjningen kommer att ställa delvis nya krav. Problemen i
med intermittensen hos de förnybara energikällorna kan lösas genom lagring av energi
från situationer med överflöd till situationer med brist. Väte kan även erbjuda ett
alternativ till dagens energiöverföring som kol och olja mellan regioner med
energiöverflöd respektive brist. Dessa lösningar kan helt eller delvis byggas kring
vätgas. Eftersom energiförlusterna vid produktion och omvandling av väte till och
från el är stora, en kWh el motsvaras av två kWh vätgas, bör dock användning av
vätgas i stor skala ske med måtta. Sådan användning kan då främst motiveras av
lagringsbehovet, ett behov som löses både i stationära lager och i själva
gasledningarna.
Användningen av väte som bränsle är mycket fördelaktigt sett ur utsläppssynpunkt, så
länge primärenergin är förnybar. Den höga effektiviteten hos bränsleceller
tillsammans med vätes höga energidensitet gör, trots bränslets stora volymanspråk,
kombinationen till en tänkbar efterträdare till dagens Otto- och dieselmotorer. Det är
ändå på inget sätt säkert så blir fallet. Hybridtekniker i olika varianter, alternativa
bränslen, förbättringar av den traditionella förbränningsmotorn och förbättringar av
fordonens energieffektivitet överlag kan mycket väl leda till att bränslecellen aldrig
riktigt slår igenom och att transportsystemet ändå kan göras hållbart.
Användningen av väte och bränsleceller i kraftvärmetillämpningar och för ren
elförsörjning är en nisch som kan komma att bli både smal och bred. För avlägsna
installationer och samhällen där annan energiförsörjning är problematisk kan det
mycket väl bli ett alternativ, kanske även på relativt kort sikt. Efter den kraftiga
stormen i början av 2005 ligger det nära till hands att fundera på hur ny teknik hade
kunnat underlätta för alla de tusentals hushåll som i många veckor levt utan vare sig el
eller telefoni.
För användning av bränsleceller motsvarande dagens närvärme är det mer tveksamt.
En positiv faktor är att det innebär möjlighet till distribuerad elproduktion, något som
med ökade elpriser kan bli mer och mer attraktivt. Redan idag erbjuds
mikrokraftvärmeverk för installation i hus och flerfamiljshus. Det kan innebära
fördelar och flyttar energiförsörjningen närmare människan. Detta kan ha en positiv
effekt på människors medvetande om energiförsörjning i stort och förhoppningsvis ge
en mer återhållsam inställning till energianvändning, en av de centrala punkterna på
vägen mot det hållbara samhället.
Det hållbara vätgassamhället är ett samhälle med ett energisystem baserat på förnybar
energi. I framtiden kan vätgasproduktion genom elektrolys med el från förnybara
energikällor som vind, sol och vatten tillsammans med produktion ur biomassa utgöra
en av grundpelarna i ett sådant system. För att behovet av primärenergi ska vara så
litet som möjligt, distribueras denna energi i första hand som elektrisk energi, vår
effektivaste energibärare. Inom vissa delar av systemet används väte som
energibärare, då främst för energilagring och i mobila applikationer såsom fordon.
76
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
I en övergångsperiod mot ett vätgassamhälle kommer förmodligen väte att framställas
genom reformering av lätta kolväten. Dessa är de mest lättillgängliga vätebärare vi har
och dessutom den billigaste och helt dominerande tekniken för vätgasframställning
som används i nuläget. Det finns flera sätt att producera vätgas, inte minst i biflöden i
industriella processer. Den vätgas som idag används inom svensk industri är många
gånger resultatet av ett biflöde, en restprodukt, vid annan produktion. Så kommer det
troligen att förbli även i den närmaste framtiden och den produktionen kan utgöra en
möjlighet för utvecklingen av lokala fordonsflottor, kraftvärmeproduktion eller andra
applikationer innan vätesamhället nått sin fulla mognad.
Den gigantiska infrastruktur och fungerande ekonomi som är uppbyggd kring våra
fossila bränslen skulle kunna ge möjlighet till en snabbare och smidigare infasning av
väte som energibärare i vårt framtida energisystem. Utvinning och storskalig
överföring av olja och gas, raffinaderier och distributionskanaler för fossila produkter
har utvecklats de senaste hundra åren och det tar tid att ersätta ett sådant system,
särskilt när det måste ske parallellt. Delar av det kan relativt enkelt bitvis reformeras
för att istället inriktas mot vätgas, exempelvis raffineringsprocesser. Andra delar av
infrastrukturen har inte samma möjlighet, exempelvis infrastrukturen för fossilgas
som av förespråkare ofta deklareras som en genväg till vätgassamhället.
Enligt Anna Karlsson på Nova Naturgas kan en låginblandning på upp till 8 % i
fossilgas göras utan att behöva justera tekniken. Detta kan vara fördelaktigt för att
stimulera produktion av vätgas i ett startskede, men är på sikt en återvändsgränd. Är
den inblandade vätgasen producerad genom ångreformering av fossilgas är den
dessutom olämplig ur energieffektivitetssynvinkel. Marknadens intressenter är väl
medvetna om detta men använder det ändå som ett argument för att stärka sin
miljöprofil. Argumentet är möjligheten till en smidig övergång till förnybar vätgas
som en språngbräda mot ett hållbart energisystem. Omfattande modifieringar krävs
för att överföra ren vätgas och då är det sannolikt bättre att bygga ny, anpassad
infrastruktur specifikt för detta ändamål. Därmed bör motsvarande inslag i dagens
debatt om fossilgasens utbyggnad i Sverige tydligt klaras ut.
Genom att människor får energiproduktionen mer nära inpå sig ökar det allmänna
medvetandet och intresset för energi. Människor ser i framtiden energiproduktion
överallt i form av solpaneler för uppvärmning, solceller och vindkraft i mindre skala
hemma hos lantbrukare, idrottsföreningar och genom olika samfälligheter. Detta
tillsammans med att den avreglerade marknaden och kraven på förnybar energi
pressar upp priserna, gör även människor mer benägna att tänka på sin förbrukning,
effektivisera och spara energi. Människor i Sverige har länge varit vana att få sin
billiga el i obegränsad mängd ifrån våra älvar och kärnkraftverk. Så snart priserna
ökar och det talas om effektbrist vänder även den allmänna opinionen till förmån för
exempelvis den kärnkraft som vi redan bestämt ska avvecklas. Denna fas behöver
överbryggas för att nå en medvetenhet om det hållbara samhällets gränser i form av de
ekologiska ramar, inom vilka vi utefter våra sociala krav ska bygga ett samhälle med
en fungerande ekonomi.
77
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Fjärrvärme är idag ett mycket bra sätt att värma upp byggnader i tätbebyggt område.
Det ger möjlighet till storskalig, centraliserad värmeproduktion som kan kombineras
med elproduktion eller industriell verksamhet. För kraftvärmeproduktion finns en rad
möjliga bränslen, bland annat förnybar biomassa och biogas. Dessa kan dessutom ofta
kompletteras med andra bränslen, såsom kol, olja och fossilgas. Det utgör utöver detta
en enkel och relativt problemfri uppvärmningslösning för den enskilde fastighetseller husägaren.
Fjärrvärme medför på sikt, i en långt gången hållbar utveckling, ett antal potentiella
problem. Genom att fjärrvärme är en enkel och relativt billig lösning för uppvärmning
minskar incitamenten att spara, liksom vi historiskt i Sverige använt onödigt mycket
elenergi. Detta incitament kommer sannolikt inte att öka med den pågående trenden
mot att energibolagen erbjuder sina produkter mer i form av kompletta lösningar för
inomhusklimat och liknande. Det innebär att energibolaget säljer tjänster istället för
produkten fjärrvärme.
Ju större värmeunderlag man har i ett fjärrvärmenät desto större potential för
elproduktion i kraftvärmeverken. Detta är, helt riktigt, en strävan hos elproducenter
idag för att öka energieffektiviteten. Risken finns att fjärrvärmenätet därmed
överdimensioneras, att man undviker energieffektiviserande åtgärder för att bibehålla
eller utöka fjärrvärmeunderlaget.
I det hållbara samhället är byggnader betydligt mer energieffektiva än idag. Under de
ljusare årstiderna värms en stor del av byggnader och tappvarmvatten i regionen med
solens hjälp. El produceras också i solceller. I detta läge är behovet av fjärrvärme
möjligen mycket begränsat. Även vintertid är sannolikt fjärrvärmebehovet då
betydligt lägre. Annan distribuerad kraftvärmeproduktion i mindre, fastighetsbaserade
anläggningar och närkraftvärmesystem kan ytterligare minska behoven av centralt
producerad kraftvärme. Bränsleceller drivna av vätgas, pelletspannor och
biogaseldade minigasturbiner skulle alla kunna erbjuda lokal uppvärmning.
Hur framtidens energisystem i detalj kommer att ta sina former är uppenbarligen inte
lätt att förutspå. Klart står i varje fall att förnybar energi måste vara den huvudsakliga
energikällan för att vi ska undvika de problem som vi idag ställs inför i vårt
fossilbaserade globala energisystem. Väte har förutsättningar att ta viktiga positioner i
energisystemet, även om det alltid kommer att krävas noggrant övervägande för att
finna de optimala lösningarna. Alternativen finns och kan mycket väl visa sig
fördelaktigare.
Avslutningsvis kan jag bara konstatera att utvecklingen är inspirerande och
fascinerande. Jag hoppas att denna rapport kan bidra till att inspirera fler till att följa
den.
78
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Referenser
Rapporter och artiklar
Azar, C., Lindgren, K., 1998. Energiläget 2050. Göteborg, 1998.
Azar, C., Lindgren, K. & Andersson, B. A., 2003. Hydrogen or Methanol in the
transportation sector? Department of Physical Resource Theory, Chalmers University
of Technology and Göteborg University.
Azar, C. & Schneider, S. H., 2001. Are uncertainties in Climate and Energy Systems a
Justification for Stronger Nearterm Mitigation Policies? Presentation vid The Pew
Center Workshop of Climate Change Policies, 11-12 oktober 2001.
Azar, C. & Schneider, S. H., 2002. Are the economic costs of stabilising the
atmosphere prohibitive? Commentary, Ecological Economics 42 (2002), sid. 73-80.
Bain, A. och Vorst, W. D. V., 1999. The Hindenburg tragedy revisited; the fatal flaw
found. International Journal of Hydrogen Energy. Vilket nummer?
Barret, S., 2003. Hydrogen energy partnership for London. Fuel Cells Bulletin,
volume 2003, issue 3. Mars 2003, sidorna 10-12.
Bernes, C., 2003. En varmare värld. Växthuseffekten och klimatets förändringar.
Naturvårdsverket och SWECLIM (SMHI).
Bossel, U., Eliasson, B. och Taylor, G., 2003. The Future of the Hydrogen Economy:
Bright or Bleak? Tillgänglig på www.efcf.com/reports 2004-09-29.
Cherry, R. S., 2003. A Hydrogen Utopia. International Journal of Hydrogen Energy
29 (2004), sid. 125-129.
Contadini, J. F., Diniz, C. V., Sperling, D. och Moore, R. M., 2000. Design and
energy requirements for future marketing activities of gaseous hydrogen fuel for fuel
cell vehicles. Papper vid the Second International Symposium on Technological and
Environmental Topics in Transports, 26-27 oktober 2000 – Milano, Italien.
Elvingson, P., 2001. Luften och miljön. Göteborg 2001.
ISBN: 91 88376 14 1
Energiframsyn Sverige i Europa, 2002:
a) Ekström, Å., et al., 2002. Överföring och lagring av energi.
b) Hovsenius, G., et al., 2002. Vattenkraften i Sverige.
c) Leijon, M., et al. 2002. Vindkraft till lands och till sjöss.
d) Persson, A., et al. 2002. Energianvändning i bebyggelsen.
Akhtarzand, M., et al. 2003. Energiframsyn Sverige i Europa. Energi 2050 – närmare
solen, 2003.
79
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Energimyndigheten, 2001. Energimyndighetens klimatrapport 2001. Eskilstuna,
september 2001.
Falkemo, C., 1980. Vågenergiboken – energi ur havsvågor, Ingenjörsförlaget.
FN, 2001. UN World Populations Prospects, The 2000 Revision. UN Department of
International Economics and Social Affairs.
FN, 2003. UN World Populations Prospects, The 2002 Revision. UN Department of
International Economics and Social Affairs.
FN, 2004. Review and Appraisal of the Progress Made in Achieving the Goals and
Objectives of the Programme of Action of the International Conference on Population
and Development: 2004 Report. FN, oktober 2004. ISBN: 9211513987.
Foley, J., 2001. H2: Driving the future. IPPR 2001.
Gaudermann W. J. et al., 2004. The Effect of Air Pollution on Lung Development from
10 to 18 Years of Age. The New England Journal of Medicine, vol. 351, nr. 11.
20040909.
Goldemberg J., Johansson T. B., Reddy A. K. N., Williams .R H., 1985.Basic needs
and much more with one kilowatt per capita. AMBIO Vol. 14 sid. 190-200.
Göteborg energi, 2003a. Årsredovisning med Miljöredovisning 2002. Göteborg Energi
AB, 2003.
Göteborg Energi, 2004. Rya kraftvärmeverk. Informationsbroschyr. Tillgänglig på
www.goteborgenergi.se 2004-11-24.
Göteborgs Stad, 2003. Ansökan från Göteborgs
Klimatinvesteringsprogram 2004-2007. Göteborgs stad.
stad
om
bidrag
för
Hammerschlag, R., och Mazza, P., 2004. Carrying the Energy Future – Comparing
Hydrogen and Electricity for Transmission, Storage and Transportation. Juni 2004.
Holdren, J. P.,1996. Some observations on the Energy Future. Pugwash Newsletter,
januari 1996. Pugwash Meeting No. 211.
Hunt, A., Abraham, J.L., Judson, B. och Berry, C.L., 2003. Toxicologic and
Epidemiologic Clues from the Characterization of the 1952 London Smog Fine
Particulate Matter in Archival Autopsy Lung Tissues. Environmental Helth
Perspectives, vol. 111, nr. 9, juli 2003.
IEA, 2003a. Moving to a hydrogen economy: dreams and realities, 2003.
IEA/SLT(2003)5.
IEA, 2003b. Key world energy statistics 2003, International Energy Agency, 2003.
80
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
IPCC, 2001. Climate Change 2001: Synthesis Report – Summary for Policymakers.
Intergovernmental Panel on Climate Change, 2001.
Karlström, M., 2004. Environmental Assessement of Polymer Electrolyte Membrane
Fuel Cell Systems. Chalmers University of Technology, Göteborg 2004.
Keith, G. och Leighty, W., 2002. Transmitting 4000 MW of New Windpower from
North Dakota to Chicago: New HVDC Electric Lines or Hydrogen Pipeline. Draft
report: 2002-09-28. Synapse, Energy Economics, Inc. 2002.
Lovins, A. B., 2003. Respons på Tromp T. K. et al., 2003. Brev till Science, 2003-1010, vol. 302, s. 226-227.
Larsson, A., 2000. Supplying Input to Lifestyle Scenarios: The Energy System in
Göteborg Today and in 2050, Master of Science Thesis, mars 2000.
Macfie, D., 2002. Vätgas och bränsleceller – Ny energi för världen, Statens väg- och
transportforskningsinstitut. ISBN: 91-972788-0-7
Nakicenovic, N., Grübler, A. och McDonald, A., 1998. Global Energy Perspectives.
Cambridge, Cambridge University Press.
Naturvårdsverket, 2004. Om Klimp. Information om klimatinvesteringsprogrammet.
Tillgängligt 2004-11-25 på
www.naturvardsverket.se/dokument/hallbar/invprog/klimp/pdf/omklimp.pdf.
NyT, nov 2004. Ny Teknik, 2004-11-17. Mer sopor ska brännas i Europa.
OECD, 2002. OECD Environmental Data, Compendium 2002. Air. OECD, 2002.
Palm, T. et al, 2000. Green heat and power Eco effective solutions in the 21st century.
Bellona report no 3:1999, Bellona foundation. ISBN 82-993138-8-0. ISSN 08063451.
Regeringen, 2001. Sveriges klimatstrategi. Regeringens proposition 2001/02:55.
Stockholm, 29 november 2001.
Robinson, J.B., 1982. Energy Backcasting; A proposed method of policy analysis.
Energy Policy, december 1982.
Robinson, J.B., 1990. Future under glass, A recipe for people who hate to predict.
Futures, oktober 1990, sid 820-842.
Socialstyrelsen, 2001. Miljöhälsorapport 2001. Stockholm 2001.
ISBN: 91-7201-495-4
STEM, 2003a. Energiläget 2002, svensk energistatistik, Statens energimyndighet,
2003.
81
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
STEM, 2003b. Vätgas och bränsleceller, informationsbroschyr, Statens
energimyndighet, 2003.
SVK 2000. Miljöutredning, Svenska kraftnät, maj 2000.
Svensk bioenergiförening, 2003. Fokus Bioenergi, bioenergi – en översikt. Nr 1 2003.
Svensk fjärrvärme, 2003. Fjärrvärme i framtiden – prognos och potential för
fjärrvärmens fortsatta utveckling i Sverige.
Swiss Federal Institutes of Technology, 2002. Steps towards a 2000 watt-society –
Developing a White Paper on Research and Development of Energy-Efficient
Technologies, Jochem, E. et al.
Sørensen, B. et.al, 2003. International Journal of Hydrogen Energy online 2003-0913. Hydrogen as an energy carrier: scenarios for future use of hydrogen in the
Danish energy system, tillgänglig online från 2003-05-06.
Tromp, T. K. et al., 2003a. Potential Environmental Impact of a Hydrogen Economy
on the Stratospere. Rapport i Science 2003-06-13, vol. 300, s. 1740-1742.
Tromp, T. K. et al., 2003b. Respons på bl.a. Lovins, A.B., 2003. Respons i Science
2003-10-10, vol. 302, s. 228.
WEA, 2000. World Energy Assessement – Energy and the challenge of sustainability.
USA, 2000. ISBN: 92-1-126126-0
WEC, 2000. Energy for Tomorrow´s World – Acting Now. World Energy Council,
mars 2000.
Winter, C-J., 2003. On the HYway – sustainable assets in Germany´s energy state´s
portfolio, International Journal of Hydrogen Energy, volym 28, nummer 5, sid. 477481. Maj 2003.
Rapporter från Göteborg 2050
Swahn, J., 2004. Klimat och Energimål. Förslag på klimat- och koldioxidutsläppsmål,
samt mål för andel förnybar energi för Göteborgsregionen år 2050 och 2100.
Göteborg 2050, maj 2004.
Löwendahl, E., 2003. Fräscha färdval – en backcastingstudie för hållbara och
framtida kortväga persontransporter i Göteborgsregionen. Examensarbete i
Naturvetenskaplig problemlösning, Göteborgs universitet, maj 2003.
Norén, C., 2004. Mat Göteborg 2050 – En framtida hållbar livsmedelskedja.
Examensarbete i Naturvetenskaplig problemlösning, Göteborgs universitet, 2004.
82
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Solstad Göteborg 2050, 2003. ”Solstad Göteborg 2050. Ett hållbart energisystem med:
Effektiv energianvändning, Förnybar energi, Ändrad livsstil, Energieffektiv
stadsplanering, Energilagring, Vätgassamhället.” Göteborg 2050, juni 2003, reviderad
september 2003.
Swahn, J., 2005. Backcasting. Göteborg 2050, 2005 (väntas våren 2005).
Muntlig kommunikation
Asplund, Gunnar, utvecklingschef ABB Ludvika, 2004.
Johansson, Jan, 2004, driftchef för Nova Naturgas ledningsnät i Sverige, 2004-09-29.
Tekniska specifikationer på det svenska naturgasnätet.
Jönsson, Hanna, projektansvarig i SamVäte i Väst, 2004. Vätgasutveckling i
Västsverige.
Karlsson, Anna, Nova Naturgas Göteborg 2004. Vätgas i naturgasnätet?
Webdresser
Aker Kvaerner, 2004.
www.akerkvaerner.com/internet/mediacentre/pressreleases/all/1997/ak_pr_3305.htm,
2004-09-23.
BMW Clean Energy, 2003.
http://www.bmw.com/bmwe/pulse/enterprise/cleanenergy3, 2003-11-07.
EU-kommissionen, 2003. http://europa.eu.int/comm/energy_transport/en/cut_en.html,
2003-11-07.
Göteborgs Hamn, 2003. www.portgot.se, 2003-10-27.
HyNet, 2004. www.hynet.info, 2004-11-24. Information om väte som energibärare.
Hydrogen, Properties. The European Hydrogen Energy Thematic Network.
IPHE, 2004. www.iphe.net, 2004-12-04. International Partnership for Hydrogen
Economy.
Kungälv Energi, 2004. www.kungalvenergi.se, 2004-11-25. Information om
fjärrvärme i Kungälv. Kungälv Energi AB.
Milleniumcell, 2003. www.millenniumcell.com, 2003-09-17
Mölndal Energi, 2004. www.molndalenergi.se, 2004-11-25. Fjärrvärmekarta som
underlag för figur 1. Information om Riskullaverket. Mölndals Energi AB.
Naturvårdsverket, 2004. www.naturvardsverket.se, 2004-11-15.
Figur 8: http://www.naturvardsverket.se/dokument/fororen/klimat/klimat/pdf/s91.pdf
83
R. Hedman
Göteborg 2050 – Det Hållbara Vätgassamhället
februari 2005
Powerball, 2003. www.powerball.net, 2003-09-17.
Proton Energy, 2004. www.protonenergy.com, 2004-09-24.
Regeringen, 2004. http://www.regeringen.se/sb/d/4848/a/35593, 2005-02-23. Beslut
om avveckling av Barsebäcks andra reaktor.
SCB, 2004. www.scb.se, 2004-11-14. Energistatistik, årlig energistatistik (el, gas och
fjärrvärme). Statistiska Centralbyrån.
http://www.scb.se/templates/tableOrChart____24270.asp
SNF, 2004-09-21. www.snf.se, Svenska Naturskyddsföreningen. Palmolja – ger
bismak i vår mat. http://www.snf.se/verksamhet/skog/regnskog-palmolja.htm
Svensk Fjärrvärme, 2004. www.fjarrvarme.se, 2004-11-30. Årsstatistik 2002.
US Forest Service, 2004. www.fs.fed.us, 2004-10-17.
84