Quantumrun

MYNDAGREIÐSLA: Quantumrun

Endurnýjanlegar orkugjafir vs. thorium og samrunaorka: Future of Energy P5

David Tal, útgefandi, framtíðarfræðingur
@DavidTalWrites
LinkedIn

Þri, 09 - 15:2020

Rétt eins og hvernig sól framleiðir ekki orku allan sólarhringinn, virkar hún heldur ekki of vel á sumum stöðum í heiminum miðað við aðra. Treystu mér, koma frá Kanada, það eru sumir mánuðir þar sem þú sérð varla til sólar. Það er líklega miklu verra á Norðurlöndunum og í Rússlandi - kannski skýrir það líka hversu mikið magn þungmálms og vodka er þarna uppi.

En eins og getið er um í fyrri hluta í þessari Future of Energy röð er sólarorka ekki eini endurnýjanlega leikurinn í bænum. Reyndar eru til margvíslegir endurnýjanlegir orkukostir þar sem tæknin þróast jafn hratt og sólarorka og kostnaður og raforkuframleiðsla er (í sumum tilfellum) að slá sólarorku.

Aftur á móti ætlum við líka að tala um það sem ég vil kalla „endurnýjanlegar orkugjafar“. Þetta eru nýir og ótrúlega öflugir orkugjafar sem gefa af sér enga kolefnislosun, en aukakostnaður þeirra á umhverfið og samfélag hefur enn ekki verið rannsakaður (og gæti reynst skaðlegur).

Á heildina litið er punkturinn sem við munum kanna hér að þó að sól verði ríkjandi orkugjafi um miðja öld, mun framtíðin einnig samanstanda af orkukokteil endurnýjanlegrar orku og algildiskorta. Svo við skulum byrja á endurnýjanlega því NIMBYs um allan heim hata af ástríðu.

Vindorka, það sem Don Kíkóti vissi ekki

Þegar spekingar tala um endurnýjanlega orku, þá molast flestir í vindorkuverum samhliða sólarorku. Ástæðan? Jæja, meðal allra endurnýjanlegra orkugjafa á markaðnum eru risastórar vindmyllur mest áberandi - þær standa út eins og þumalfingur meðfram túnum bænda og einangrað (og ekki svo einangrað) útsýni yfir sjávarsíðuna víða um heim.

En á meðan a raddkjördæmi hatar þá, sums staðar í heiminum eru þeir að gjörbylta orkublöndunni. Það er vegna þess að á meðan sum lönd eru blessuð með sól, eru önnur vindur og mikið af honum. Það sem einu sinni var an eyðileggjandi regnhlífar, gluggahlerun og háreyðileggjandi pirring hefur verið ræktað (sérstaklega undanfarin fimm til sjö ár) í orkuver endurnýjanlegrar orkuframleiðslu.

Tökum sem dæmi Norðurlöndin. Vindorka hefur verið að vaxa svo hratt í Finnlandi og Danmörku að þeir eru að éta upp hagnaðarmun kolaorkuvera sinna. Þetta eru kolaorkuver sem áttu að vernda þessi lönd fyrir „óáreiðanlegri“ endurnýjanlegri orku. Nú ætla Danmörk og Finnland að koma þessum virkjunum, 2,000 megavöttum af óhreinum orku, út úr kerfinu. eftir 2030.

En það er ekki allt gott fólk! Danir hafa farið í svo mikla sókn í vindorku að þeir ætla að hætta kolum algjörlega fyrir 2030 og færa allt hagkerfi sitt yfir í endurnýjanlega orku (aðallega frá vindi) eftir 2050. Á sama tíma hefur ný vindmylluhönnun (td. einn, tvö) eru að koma út allan tímann sem gætu gjörbylt iðnaðinum og hugsanlega gert vindorku jafn aðlaðandi fyrir sólrík lönd og þau eru fyrir vindrík.

Búskapur á öldunum

Tengt vindmyllum, en grafin djúpt undir sjónum, er þriðja mest efla form endurnýjanlegrar orku: sjávarfalla. Sjávarfallamyllur líkjast vindmyllum, en í stað þess að safna orku úr vindi, safna þær orku sinni frá sjávarföllum.

Sjávarföll eru ekki nærri eins vinsæl og laða ekki að sér eins mikla fjárfestingu, eins og sól og vindur. Af þeirri ástæðu mun sjávarföll aldrei verða stór þátttakandi í endurnýjanlegum blöndunni utan nokkurra landa, eins og Bretlands. Það er synd vegna þess að samkvæmt breska sjóframsýnisnefndinni, ef við fanguðum aðeins 0.1 prósent af hreyfiorku sjávarfalla jarðar, væri það nóg til að knýja heiminn.

Sjávarfallaorka hefur einnig nokkra einstaka kosti umfram sól og vind. Til dæmis, ólíkt sól og vindi, ganga sjávarföll í raun allan sólarhringinn. Sjávarföll eru næstum stöðug, svo þú veist alltaf hversu mikið afl þú framleiðir á hverjum degi - frábært fyrir fyrirsjáanleika og skipulagningu. Og mikilvægast fyrir NIMBY-fólkið þarna úti, þar sem sjávarfallabæir sitja á botni hafsins, eru þeir í raun úr augsýn, úr huga.

Endurnýjanleg raforka í gamla skólanum: vatns- og jarðhiti

Þér gæti fundist það skrítið að þegar talað er um endurnýjanlega orku gefum við ekki miklum útsendingartíma í sumt af elstu og útbreiddustu gerðum endurnýjanlegra orkugjafa: vatns- og jarðvarma. Jæja, það er góð ástæða fyrir því: Loftslagsbreytingar munu brátt veðra aflgjafa vatnsafls, á meðan jarðhiti verður óhagkvæmari í samanburði við sól og vind. En við skulum kafa aðeins dýpra.

Flestar vatnsaflsstíflur heimsins eru fóðraðar af stórum ám og vötnum sem sjálf eru fóðruð af árstíðabundinni bráðnun jökla frá nálægum fjallgörðum og í minna mæli grunnvatns frá rigningarsvæðum hátt yfir sjávarmáli. Á næstu áratugum munu loftslagsbreytingar draga úr (bræða eða þorna) vatnsmagnið sem kemur frá báðum þessum vatnsbólum.

Dæmi um þetta má sjá í Brasilíu, landi með eina grænustu orkublöndu heims, sem framleiðir yfir 75 prósent af orku sinni með vatnsafli. Undanfarin ár hefur dregið úr úrkomu og vaxandi þurrkar olli reglulegum rafmagnstruflunum (bruntout og blackouts) stóran hluta ársins. Slíkar orkuveikleikar munu verða mun algengari með hverjum áratugnum sem líður og neyða lönd sem eru háð vatnsaflsvirkjunum til að fjárfesta endurnýjanlega dollara sína annars staðar.

Á sama tíma er hugtakið jarðhiti nógu grundvallaratriði: undir ákveðnu dýpi er jörðin alltaf heit; bora djúpa holu, falla í lagnir, hella vatni í, safna heitu gufunni sem rís upp og nota þá gufu til að knýja hverfla og framleiða orku.

Í sumum löndum eins og Íslandi, þar sem þau eru „blessuð“ með fjölda eldfjalla, er jarðhiti gríðarlegur framleiðandi ókeypis og grænnar orku – hann framleiðir næstum 30 prósent af orku Íslands. Og á völdum svæðum í heiminum sem hafa svipaða jarðhitaeiginleika er það þess virði að fjárfesta í. En víðast hvar annars staðar eru jarðvarmaver dýr í byggingu og þar sem sól og vindur lækka í verði á hverju ári mun jarðhiti bara ekki geta keppt í flestum löndum.

Algildið endurnýjanlegt

Andstæðingar endurnýjanlegra orkugjafa segja oft að vegna óáreiðanleika þeirra þurfum við að fjárfesta í stórum, rótgrónum og óhreinum orkugjöfum – eins og kolum, olíu og fljótandi jarðgasi – til að útvega stöðugt magn af orku til að mæta þörfum okkar. Þessir orkugjafar eru kallaðir „grunnálag“ aflgjafar vegna þess að þeir hafa jafnan þjónað sem burðarás í orkukerfi okkar. En í sumum heimshlutum, sérstaklega löndum eins og Frakklandi, hefur kjarnorka verið aðalálagsaflgjafinn.

Kjarnorka hefur verið hluti af orkusamsetningu heimsins frá lokum síðari heimsstyrjaldar. Þó það tæknilega framleiði umtalsvert magn af núllkolefnisorku, hafa aukaverkanirnar hvað varðar eitraðan úrgang, kjarnorkuslys og útbreiðslu kjarnorkuvopna gert nútíma fjárfestingar í kjarnorku næstum ómögulegar.

Sem sagt, kjarnorka er ekki eini leikurinn í bænum. Það eru tvær nýjar tegundir af óendurnýjanlegum orkugjöfum sem vert er að tala um: Þóríum og samrunaorku. Hugsaðu um þetta sem næstu kynslóð kjarnorku, en hreinni, öruggari og mun öflugri.

Þóríum og samruni handan við hornið?

Þóríumkljúfar ganga fyrir tóríumnítrati, auðlind sem er fjórum sinnum meiri en úraníum. Þeir framleiða líka miklu meiri orku en úraníumknúnir kjarnakljúfar, framleiða minna úrgang, ekki er hægt að breyta þeim í vopnasprengjur og eru nánast bræðsluþolnir. (Horfðu á fimm mínútna útskýringu á Thorium reactors hér.)

Á sama tíma ganga samrunakljúfar í grundvallaratriðum fyrir sjó — eða til að vera nákvæmur, sambland af vetnissamsætunum tritium og deuterium. Þar sem kjarnakljúfar framleiða rafmagn með því að kljúfa atóm, taka samrunaofnar blaðsíðu úr leikbók sólarinnar okkar og reyna að bræða saman frumeindir. (Horfðu á átta mínútna skýringu á samrunaofnum hér.)

Báðar þessar orkuframleiðslutækni áttu að koma á markaðinn seint á fjórða áratug síðustu aldar — allt of seint til að raunverulega skipta máli á orkumörkuðum heimsins, hvað þá baráttu okkar gegn loftslagsbreytingum. Sem betur fer gæti það ekki verið raunin of lengi.

Tæknin í kringum thorium reactors er að mestu leyti þegar til og er í virkri elt af Kína. Reyndar tilkynntu þeir áform sín um að byggja fullkomlega virkan Thorium reactor á næstu 10 árum (um miðjan 2020). Á sama tíma hefur samrunaafl verið langvarandi vanfjármagnað í áratugi, en nýlega fréttir frá Lockheed Martin gefur til kynna að nýr samrunakljúfur gæti líka verið eftir aðeins áratug.

Ef annar hvor þessara orkugjafa kemur á netið á næsta áratug mun það senda höggbylgjur um orkumarkaði. Þóríum og samrunaorka hefur tilhneigingu til að koma gríðarlegu magni af hreinni orku inn í orkunet okkar hraðar en endurnýjanlegar orkugjafar þar sem þeir þurfa ekki á okkur að halda til að endurtengja núverandi raforkukerfi. Og þar sem þetta eru fjármagnsfrek og miðstýrð orkuform munu þau vera mjög aðlaðandi fyrir þessi hefðbundnu veitufyrirtæki sem vilja berjast gegn vexti sólarorku.

Þegar öllu er á botninn hvolft er þetta kast. Ef þóríum og samruni koma inn á viðskiptamarkaði á næstu 10 árum gætu þau tekið fram úr endurnýjanlegum orkugjöfum sem framtíð orkunnar. Lengra en það og endurnýjanlegir orkugjafar vinna út. Hvort heldur sem er, ódýr og nóg orka er í framtíðinni okkar.

Svo hvernig lítur heimur með ótakmarkaða orku í raun út? Við svörum loksins þeirri spurningu inn sjötta hluti af Future of Energy seríunni okkar.