Meget af verdens energi kommer fra fossile brændstoffer. Kunne vi erstatte det hele med vedvarende energi?

Hvordan dannes fossile brændstoffer, hvorfor frigiver de kuldioxid, og hvor meget af verdens energi giver de? Og hvad er de vedvarende energikilder, der kan erstatte fossile brændstoffer?

Fossile brændstoffer blev dannet over millioner af år fra rester af planter og dyr fanget i sedimenter og derefter omdannet af varme og tryk.

Det meste kul blev dannet i karbonperioden (360-300 millioner år siden), en tid med padder og store sumpede skove. Fossilisering af træer flyttede enorme mængder kulstof fra luften til undergrunden, hvilket førte til et fald i atmosfærisk kuldioxid (CO₂) niveauer - nok til at bringe Jorden tæt på en fuldstændig frossen tilstand.

Denne ændring i klimaet, kombineret med udviklingen af ​​svampe, der kunne fordøje dødt træ og frigive dets kulstof tilbage til luften, bragte kuldannende periode til ophør.

Olie og naturgas (metan, CH₄) blev dannet på samme måde, ikke fra træer, men fra havplankton, og over en længere periode. New Zealands Maui oliefelt er relativt ungt og stammer fra eocæn for omkring 50 millioner år siden.

Brændende begravet solskin

Når fossile brændstoffer afbrændes, reagerer deres kulstof med ilt og danner kuldioxid. Den energi, Solen oprindeligt leverede, lagret i kemiske bindinger i millioner af år, frigives, og kulstoffet vender tilbage til luften. Et simpelt eksempel er afbrænding af naturgas:et molekyle metan og to ilt molekyle kombineres for at producere kuldioxid og vand:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Afbrænding af et kilo naturgas frigiver 15 kWh energi i form af infrarød stråling (strålevarme). Det er et betragteligt beløb.

For at stoppe konstant forværring af klimaændringer er vi nødt til at stoppe med at brænde fossile brændstoffer til energi. Det er en stor ordre, fordi fossile brændstoffer giver 84 procent af al den energi, der bruges af den menneskelige civilisation. (New Zealand er mindre afhængig af fossile brændstoffer med 65 procent.)

Der er mange mulige kilder til vedvarende eller kulstoffattig energi:atomkraft, vandkraft, vind, sol, geotermisk energi, biomasse (afbrænding af energianlæg) og biobrændsel (fremstilling af flydende eller gasformigt brændstof ud af anlæg). En håndfuld tidevandskraftværker er i drift, og eksperimenter er i gang med generering af bølge- og havstrømme.

Men blandt disse er de eneste to med kapacitet til at skalere op til den svimlende mængde energi, vi bruger, vind og sol. På trods af en imponerende vækst (fordobling på mindre end fem år), giver vind kun 2,2 procent af al energi og sol 1,1 procent.

Overgangen til vedvarende energi

En frelsende nåde, som antyder, at en fuldstændig omstilling til vedvarende energi kan være mulig, er, at meget af energien fra fossile brændstoffer går til spilde.

For det første står udvinding, raffinering og transport af fossile brændstoffer for 12 procent af al energiforbrug. For det andet bliver fossile brændstoffer ofte afbrændt på meget ineffektive måder, for eksempel i forbrændingsmotorer i biler. En verden baseret på vedvarende energi ville have brug for halvt så meget energi i første omgang.

Den potentielle sol- og vindressource er enorm, og omkostningerne er faldet hurtigt. Nogle har hævdet, at vi kunne gå over til fuldt ud vedvarende energi, herunder transmissionsledninger og energilagring samt fuldt syntetiske flydende brændstoffer, inden 2050.

Et scenarie ser New Zealand bygge 20GW solenergi og 9GW vindkraft. Det er ikke urimeligt - Australien har bygget så meget på fem år. Vi burde skynde os. Vedvarende kraftværker tager tid at bygge, og industrier tager tid at skalere op.

Andre faktorer at overveje

Skift til vedvarende energi løser problemerne med brændstof og klimaændringer, men ikke problemerne med eskalerende ressourceforbrug. At bygge et helt nyt energisystem kræver meget materiale, noget af det sjældent og svært at udvinde. I modsætning til brændt brændstof kan metal genbruges, men det hjælper ikke, når man bygger et nyt system for første gang.

Forskning konkluderede, at selvom nogle metaller er knappe (især kobolt, cadmium, nikkel, guld og sølv), "er det usandsynligt, at et fuldt vedvarende energisystem vil opbruge metalreserver og ressourcer frem til 2050." Der er også muligheder for at erstatte mere almindelige materialer med et vist tab af effektivitet.

Men mange metaller er meget lokaliserede. Halvdelen af ​​verdens koboltreserver er i Den Demokratiske Republik Congo, halvdelen af ​​lithium er i Chile, og 70 procent af de sjældne jordarter, der bruges i vindmøller og elektriske motorer, er i Kina.

Spildfuldt forbrug er et andet problem. Nye teknologier (robotter, droner, internet) og økonomisk vækst fører til øget brug af energi og ressourcer. Rige mennesker bruger en uforholdsmæssig mængde energi og modellerer overdreven forbrug og spilder andre stræber efter, inklusive de nye rige i udviklingslandene.

Forskning, der analyserer husholdningernes emissioner på tværs af europæiske lande, viste, at den øverste 1 procent af befolkningen med det højeste CO2-fodspor producerede 55 tons CO₂-ækvivalente emissioner hver, sammenlignet med en europæisk median på 10 tons.

Forskere har advaret om de velhavendes forbrug, og der er livlig debat om, hvordan man kan reducere det og samtidig bevare et stabilt samfund.

En måde at vende disse spørgsmål på er at starte fra bunden og spørge:hvad er den mindste energi, der kræves til grundlæggende menneskelige behov?

En undersøgelse betragtede "anstændigt liv" for at omfatte behagelige boliger, nok mad og vand, 10.000 km rejse om året, uddannelse, sundhedspleje og telekommunikation for alle på Jorden - tydeligvis ikke noget, vi har formået at opnå indtil videre. Den fandt ud af, at dette ville kræve omkring 4.000 kWh energi pr. person om året, mindre end en tiendedel af, hvad newzealændere bruger i øjeblikket, og en mængde, der let kan forsynes med vedvarende energi.

Alt det kulstof under jorden var energimodent til at plukke. Vi valgte det. Men nu er det tid til at stoppe.