Det Globala Energisystemet
Sommarkurs, Föreläsning 8: Energi i samhället
Ångströmlaboratoriet, Uppsala, 2011-06-17
Mikael Höök, teknologie doktor
Globala Energisystem, Uppsala Universitet
Vad var egentligen energi igen?
• Energi är förmågan att utföra arbete och
därigenom påverka sin omgivning
• Energi krävs för att göra precis allt mellan
himmel och jorden här i världen
• Transporter, matproduktion, tillverkning, komfort
Energi och ekonomi
• Energi utför arbete
• Utan arbete blir det inte mycket till ekonomi
• 1 fat olja motsvarar 25 000 timmar mänskligt
tungt kroppsarbete
• Eller ~12 personer som arbetar heltid ett helt år
• Olja kan utvinnas för så lite som 1 dollar/fat
• I praktiken gratis energi!!!
En liter bensin
• En liter bensin motsvarar den
energi som krävs för att lyfta en
Volvo-bil till toppen av
Eiffeltornet
• Skulle du lyfta en bil till
Eiffeltornets topp för 15 kr?
• Olja är extremt billigt i
förhållande till arbetet den ger
Oljeslavar
50 liter bensin motsvarar 1000 personers dagsverke
85 miljoner fat per dag motsvarar omkring 233 miljarder
människors arbete under ett år
Energikostnaden
• 1 fat bensin (=159 liter) innehåller 6.12 GJ and
kostar runt 100 dollar (640 kr)
• Bensin är den billigaste vätskan man ka köpa i
USA
• 300 kg kol motsvarar ett fat olja och kostar kring
18 dollar
• 156 kubikmeter natur gas ger samma
energimängd som ett fat olja och kostar kring 40
dollar
Fossil energi är extremt billigt
• Jämfört med kostnaden för muskelarbete är
fossil energi oerhört billigt
• Det är inte konstigt att maskiner som drevs med
fossil energi enkelt konkurrerade ut tungt
kroppsarbete vid den industriella revolutionen
• Än idag ger billig fossil energi oss förmågan att
uträtta vad som tidigare skulle ha krävs miljoner
eller miljarder människors slitgöra
Energi driver världen
Sattelitbild över världens energikonsumtion
BNP-densiteten
Energi i ekonomin?
• Där det används mycket energi genereras mycket
ekonomiskt värde
• Kanske inte så konstigt? Arbete brukar ju ge pengar
• Hur ser det ut i mer detalj då?
• Vilka sektorer använder mest energi?
Energianvändning per sektor
Oljeanvändningen per sektor
Gasanvändning per sektor
Kolanvändning per sektor
Elanvändning per sektor
Industrin i detalj
Energin inom industrin
Metallindustrin
• Stålverk och metallproduktion
kräver mycket energi
• Speciellt aluminium
• Smältning, pressning,
rullning, härdning, rostning,
elektrolysering med mera
• Många energiintensiva
processteg för att få fram
önskade legeringar
Kemisk industri
• Stora mängder energi krävs
för att värma kemikalier och
få dem att reagera med
varandra
• Haber-Bosch (ammoniak)
• Bunsen (svavelsyra)
• Hydrogenering (vätetillskott)
• Cumene (ger fenol & aceton)
Papper/pappersmassa
• För pappersindustrin är i regel elkostnaden större än
kostnaden för träråvara
• Dra ut träfibrerna på kemisk eller mekanisk väg
Pappersbruk
Pappersmassa
Ballast
Grus, sand, krossberg och dylikt används i
stora mängder för vägkonstruktion,
utfyllning, dränering och i betongtillverkning
I Sverige kör varannan
lastbil ballast
Allt detta utvinns och
transporteras av
dieseldrivna maskiner
Effektivisering
• Industrin har ständigt förbättrat sin teknik och
gjort stora effektiviseringar
• Men det finns gränser för vad ny teknik kan
leverera och man kan aldrig komma under de
fysikaliska gränserna för vilken energi som krävs
• Att värma ett kilo vatten kostar alltid 4.18 kJ eller
mer där effektiva tekniker behöver mindre
extraenergi än dåliga
Effektivitetsvinster
Transporter
Mycket viktig del i samhället då nästan allt transporteras långa
sträckor, speciellt inom den globaliserade ekonomin
Transportsektorn
• Mer än 95% av all energi inom transportsektorn
kommer från olja och oljeprodukter
• Resten är främst elektriska tåg
• Bensin, diesel och jetbränsle är de vanligaste
drivmedlen
• Fartyg använder diesel eller eldningsolja
Vad levererar raffinaderierna?
Källa: Nygren et al (2009) Aviation fuel and future oil production scenarios. Energy Policy, Volume 37, Issue 10,
October 2009, Pages 4003-4010
Situationen i USA
Lätta lastbilar växer snabbt – door-to-door-leveranser
“Utvecklad” transport
• Bil/lastbil utgör det mesta av
transporterna i i-länderna
• Vägtransporterna ökar för varje år
“Outvecklad” transport
• Andra länder har andra lösningar
• Ofta petroleum-effektiva
Kommersiell sektor
Bostadssektorn
Uppvärmning kräver mycket energi
Teknologi gör det möjligt att bo bekvämt i kalla klimat
om man bara har energi
Norra Europa, Ryssland och Nordamerika konsumerar
stora mängder värme (speciellt vintertid)
Uppvärmning av hem
• Naturgas
• Oljepannor
• Ved/pelletspannor
• Fjärrvärme
• Direktverkande el
• Värmepumpar
• Solvärme
• Lågenergihus
Oljepanna för en villa
Effektiv uppvärmning
• Uppvärmning konsumerar mycket av
en byggnads energi
• Effektiva uppvärmningssystem och
låga värmeförluster kan skapa enorma
energibesparingar i byggnader
• Energieffektiva byggnader är ett väldigt
outvecklat område
Jordbruk
Jordbrukets energiförbrukning
Den gröna revolutionen
• Mellan 1950 och 1984, då den gröna revolutionen
transformerade jordbruket världen över, ökade
spannmålsproduktionen med 250%
• Detta är en enorm ökning av den tillgängliga
matmängden för samhället
• Denna nya energimängd kom inte från ökad
solinstrålning eller ökad mängd jordbruksmark
Agrikemikalier
• Drivkraften bakom den gröna revolutionen kom
från fossil energi
• Kvävegödning (från naturgas via Haber-Bosch)
• Pesticider, fungicider, insekticider och syntetiska
tillväxthormoner (görs från olja)
• Fossildriven konstbevattning och otaliga
jordbruksmaskiner
Mekaniserat jordbruk
Energi & jordbruket
• För varje kalori mat vi äter så har 3-4 kalorier
fossil energi sprayats på fälten som gödning
• Den gröna revolutionen och den snabba
befolkningstillväxten efter 1950-talet är ett
resultat av att göda jordbruksmarkerna med
petrokemikalier
• Jordbruk har ändrats mer under de senaste 50
åren än under de föregående 2000 åren
Spannmålsproduktionen
Att föda världen
• Mekaniserat jordbruk med
syntetiska gödningsmedel ger mat
för omkring 3000 persons/km2
• Avancerat ekologiskt jordbruk med
naturliga gödningsmedel ger mat
för omkring 200 persons/km2
• Utan fossil energi kan det bli svårt
att mätta alla munnar
Källa: Emanuelsson et al (2002), Det skånska kulturlandskapet
Livskvalité och Energi
• En hög levnadsstandard kräver hög
energiförbrukning
• Kylning av mat, klimatkontroll, elektricitet,
sjukvård, belysning och mycket annat som gör
livet lättare att leva kräver mycket energi
• Produktion av medicin, överskott av mat, fri
transport av varor och personer går bara med
överskott på energi
Energianvändning och HDI
Annan påverkan
• Förutom direkt användning påverkar energin
samhället via flera andra mekanismer
1. Energipolitik
2. Energisäkerhet
3. Utsläpp och föroreningar
Energipolitik
• Som vi tidigare såg är energikostnaden viktig för
många industriella processer
• Energiintensiv industri flyttar till platser där
energin är billig
• Flertalet svenska industrier har förlagt eller hotat
om att förlägga produktionen till andra länder
som ett resultat av höga energipriser
Billig energi ger fler jobb
• Genom att hålla låga energipriser kan man ofta
skapa eller behålla jobb inom sitt land
• Låga priser på drivmedel och energi efterfrågas
ofta av väljare som inte vill få för dyra räkningar
för att leva
• Billig energi är viktigt för att behålla sin industri
– Subsidier till kolbrytning i England och Tyskland
– Subsidier till bränslen i många länder
Aktivism kring energi
Energisäkerhet
• En säker tillgång på energi till rimligt pris är
viktigt för att ha en stabil ekonomi och en
nationell säkerhet enligt många politiska
doktriner
• Olja är vad som driver det moderna samhället
och här återspeglas det tydligast
• Nästan alla länder behöver olja men få har stora
egna nationella reserver
Carterdoktrinen
• “Let our position be absolutely clear: An attempt by any outside
force to gain control of the Persian Gulf region will be regarded
as an assault on the vital interests of the United States of
America, and such an assault will be repelled by any means
necessary, including military force”
Jimmy Carter
USA:s president
Mellan 1977-1981
Oljeimport
Oljeexport
Libyens oljeexport
• National Oil
Company (NOC)
dominerar
produktionen med ett
antal mindre bolag
med på arenan
• OPEC-medlem som
styrs av kvotsystemet
Nigeria
• Stor resursbas, men ostabila förvållanden håller
tillbaka expansion
• Oljan exporteras främst till USA och Europa
MEND-gerillan
• Nigeria har stora problem med gerillaattacker
och sabotage som håller tillbaka produktionen
Angola
• Mer än 90% av oljan går till USA och Kina
• Produktionen sker i joint-ventures med
internationella oljebolag
Sudan
• Domineras av asiatiska intressen
• Oljan är koncentrerad till södra och oroliga delarna
Sammanfattning
• Kina, USA med flera har inget val än att vända
sig till Afrika för att kunna få sin efterfrågade olja
• Olja finns bara på vissa platser och dit måste
man om man vill ha oljan
Olja är en krigsmagnet
• Många konflikter är relaterade till olja
• Andra Världskriget hade många
petroleumrelaterade konflikter World War 2 had
many oil-related elements in it
• Darfur i Sudan, är inte bara en etnish/religiös
konflikt utan även en tvist om stora oljetillgångar i
syd som regeringen i norr inte vill dela med folket
i syd eftersom man tillhör olika folkgrupper
Oljan och Darfur
Irak-krigen
• Gulfkriget började med att Kuwait tjuvborrade in på
irakiskt terrirotium och utvann deras olja, Irak
svarade då på denna ekonomiska attack genom att
invadera
• FN och NATO ingrep och besegrade Irak
• Ett olja-för-mat-program instiftades så att irakisk
olja kunde nå världsmarknaden trots att
sanktionerna fortfarande var närvarande
Brinnande oljefält
Bush-administrationen
• Nära anknuten till oljebolag
• Hade energisäkerhet som ett viktigt mål
• Såg demokratiseringen av mellanöstern som ett sätt
att säkra olja åt USA
Condoleezza Rice var
en av Chevrons
oljetankrar, men
döptes snabbt om då
Condi blev minister
Störtandet av Saddam
• USA och dess allierade hävdade att Irak hade
massförstörelsevapen och invaderade ett tag efter
9/11
• De lyckades inte hitta några massförstörelsevapen
men säkrade däremot flera oljefält
• De nya oljelagarna var viktiga hörnstenar för den
nya irakiska regeringen
• Rykten om oljekartor under krigets planering
Var oljan en orsak?
Kostnaden för USAs krig
• Kostnaden för USA:s krig i Irak har uppskattats till:
800 000 000 000 dollar (enligt costofwar.com)
• Irak har oljereserver motsvarande 115 miljarder fat,
• Med ett oljepris på 100 dollar/fatet är Iraks olja värd:
11 500 000 000 000 dollar
• Alltså har kriget bara kostat runt 7% av oljans värde
och hela projektet är en rätt bra ekonomisk affär
Kina säkrar olja
Putin och rysk energiexport
• Ryssland har stora reserver med fossil energi
• Allt fler blir beroende av den ryska energin
Svensk oljeimport
Källa: Nygren et al (2009) Aviation fuel and future oil production scenarios. Energy Policy, Volume 37, Issue 10,
October 2009, Pages 4003-4010
Rysk export till Kina
Sammanfattning
• Vi rör oss från en era med billig och lättillgänglig
energi mot en era av dyr och svårtillgänglig
energi
• Detta återspeglas i det ökade globala intresset
för energisäkerhet
• Ökade investeringar i militära styrkor och närvaro
vid resursrika områden
Energi och miljö
• Förbränning genererar alltid koldioxid samt
potentiellt andra oönskade utsläpp
• Dessa kan vara miljöfarliga och orsaka stora
problem
• Koldioxid och andra växthusgaser har pekats ut
som ansvariga för att ändra jordens klimat och
göra det varmare
• NOx, SOx och andra substanser ger surt regn
som kan skada skogar och byggnader
Miljöproblem
• Smog och dis
• Surt regn
• Landskapspåverkan från
gruvdrift
• Klimatförändringar
• Förgiftning av land och mark
Koldioxid
• All förbränning ger koldioxid
• CO2 och andra gaser kan fånga in värmestrålning
och leda till global uppvärmning
Förbränning påverkar atmosfären
Miljörörelsen
• Miljörörelsen har fått mycket politisk
makt och gjort miljöfrågor till
vardagsfrågor i många länder
• Al Gore, IPCC och 2008 års Nobel
pris
• Kyoto, Köpenhamn med mera
IPCCs prognoser
Kyotoprotokollet
• År 1997 inträdde ett antal länder i
Kyotoprotokollet och enades om att minska
koldioxidutsläppen
• Ett fåtal länder skrev inte på, däribland USA och
Australia som hävdade att det skulle skada deras
ekonomier
• Kina, Indien och flera andra u-länder hade inga
krav på sig i protokollet då ekonomisk tillväxt
sågs som viktigare
Framtida klimatförändringar
• Förutspås via en rad datormodeller
• The Special Report on Emission Scenarios från
IPCC är en central pelare
• Den prognosticerar framtida utsläpp utifrån ett
antal antaganden om framtida priser, ekonomi,
befolkningstillväxt och dylikt
• Resursbegränsningar inkluderas inte märkligt nog
Ändlighet vs uppvärmning?
IPCC vs peak oil
Källa: Sivertsson, IPCC
IPCC vs peak gas
Källa: Sivertsson, IPCC
IPCC vs peak coal
Källa: Höök et al (2010), IPCC
Sammanfattning: miljö
• Det finns många åsikter om miljön och klimatet
och hur man måste sluta med fossil energi
• Peak Oil och resursernas ändlighet kräver
samma lösning, men omöjliggör däremot en
påtaglig människoskapad global uppvärmning
såvida inte klimatet är känsligare än vad man
tidigare trott
• Andra mer lokala miljöproblem måste också
lösas, däribland surt regn, förgiftning och smog
Tack för uppmärksamheten!
Läs mer om forskningen här:
Globala Energisystem: http://www.fysast.uu.se/ges/
ASPO: http://www.peakoil.net eller http://www.asposverige.se
