Från den gröna trädgården på höghusets tak blickar du mot horisonten. Luften är ren och fräsch och så klar att vindkraftsparken långt borta avtecknar sig tydligt mot himlen. Under dig flyter trafiken ljudlöst fram på el och väte och när du berättar för dina barnbarn och barnbarnsbarn om bullret och avgaserna som fanns i staden förr i tiden tittar de oförstående på dig. Året är 2050.
Det finns många skäl till att vi behöver ersätta fossila bränslen som kol, olja och gas med hållbara energikällor som sol-, vind- och vattenkraft. Luftföroreningar och klimatförändringar är två skäl – och ekonomi är ett tredje.
I den här lilla drömsekvensen har omställningen lyckats. Den gröna omställningen är dock inte bara en dröm. En internationell forskargrupp har räknat på vilka planer som behöver sättas i verket för att ställa om världen till hållbar energi på bara några årtionden.
En grön omställning är möjlig i alla länder före år 2050, visar en ny rapport. Det krävs inte ens någon ny teknik. Vind-, sol- och vattenkraft kan lösa uppgiften.
I en artikel i tidskriften Joule beskriver forskarna, som leds av ingenjören Mark Z. Jacobson vid Stanford University i USA, ingående hur de flesta av planetens länder kan nå upp till hundra procent hållbar energi år 2050. Den upplyftande slutsatsen är att en grön omställning är möjlig i alla länder, inte bara när det gäller elen i stickkontakterna, utan i alla energiförbrukande sektorer som bostäder, transporter, jordbruk och industri.
Omställningen kan faktiskt ske helt utan fusion och andra nya energislag. Det räcker med den gröna teknik som vi redan har, och i slutändan kommer det att bli betydligt billigare än att fortsätta använda fossila bränslen.
Vindkraftverk lönar sig snabbt
Mark Z. Jacobson och hans kollegor har räknat på alla de 139 länder som har publicerat siffror från sina energisektorer. För de flesta länderna är facit förvånansvärt nog att de kommer att klara sig med mindre energi per person år 2050 än i dag, inte för att varje enskild person använder energikrävande produkter och tjänster i mindre omfattning, utan för att den gröna tekniken får ut mer av energin.
UTVINNING: Sol, vind och vatten kan driva världen
Solen genererar energi i subtropiska områden
Var: I subtropiska områden, där solen står högt på himlen året runt och man har många soltimmar.
Hur: Solens strålning omvandlas till el i en solcell eller till värme genom att exempelvis hetta upp salt.
Utmaningar: Solceller förutsätter halvledarteknik, som i sin tur kräver sällsynta metaller.
Vinden används i tempererade zoner
Var: Mest effektivt i de så kallade västvindsbältena i planetens tempererade zoner, där det alltid blåser.
Hur: Energin i vinden fångas av vindkraftverks rotorer och driver en generator.
Utmaningar: Vindkraftverk tar mycket plats i landskapet och de ger ifrån sig ett surrande ljud som kan uppfattas som störande.
Vattenkraften utvinns längs floder
Var: Kräver en stabil och massiv vattenström som i stora floder på planetens mellersta breddgrader.
Hur: Energin i rinnande vatten omsätts till el med hjälp av en turbin och en generator.
Utmaningar: Kräver dammar, som förändrar flodens naturliga lopp och därmed påverkar naturen.
Att placera ut vindkraftverk och solceller är också betydligt mer energieffektivt än att bygga nya kraftverk. Forskarna talar om en energikällas energiavkastning (EROI), det vill säga hur mycket energi den producerar i förhållande till energiförbrukningen vid produktionen. Ibland kallas energiavkastning också koldioxidskuld.
För vindkraftverk är EROI-förhållandet imponerande 44:1, visade en studie som leddes av ingenjören Michaja Pehl vid tyska Potsdam Institute for Climate Impact Research. Ett vindkraftverk producerar alltså 44 gånger mer energi under sin livslängd än det krävs för att bygga och placera ut det. Med en förväntad livslängd på 20 år har det kompenserat för sig själv, eller betalat sin koldioxidskuld, på under ett halvår.
För solpaneler är förhållandet 26:1, för kärnkraftverk 20:1 och för koleldade kraftverk 9:1, väl att märka utan att räkna med koldioxidutsläppen vid själva kolförbränningen.
44 gånger mer energi än det krävs för att bygga och placera ut ett vindkraftverk genererar det under sin livslängd. Ett kolkraftverk betalar bara tillbaka energin nio gånger om.
Trots att energiförbrukningen per person blir mindre när världen drivs av miljövänlig energi är emellertid det totala behovet enormt, eftersom världens befolkning fortsätter att växa. Enligt FN:s senaste beräkning, från år 2019, är den mest sannolika siffran 9,74 miljarder invånare i världen år 2050.
Med den siffran och den beräknade energiförbrukningen för varje världsmedborgare började Stanfordforskaren och hans medarbetare räkna på vad som krävs för att täcka energibehovet i varje enskilt land.
Energibehovet jämförde forskarna sedan med landets tillgängliga hållbara energikällor, så att man i exempelvis Island huvudsakligen använde jordvärme, medan Danmark satsade på vindkraft och Saudiarabien använde solkraft.
Eftersom produktionen från hållbara energikällor fluktuerar tänker sig forskarna att länder, regioner och kanske så småningom hela världen ska ha ett gemensamt elnät, så att de olika energikällorna kan komplettera varandra.
DISTRIBUTION: Grön energi kräver fler förbindelser
Ju större områden som samsas om de miljövänliga energikällorna, desto effektivare används energin. Därför behöver länder, regioner och kanske hela planeten gemensamma högspänningsledningar. Denna utmaning är tydlig i USA, som i dag inte har något sammanhängande elnät.
1. Grön energi kan förse hela landet med el
Elnätet behöver kunna leverera så mycket el att efterfrågan tillgodoses. För det krävs en kombination av energikällor som tillsammans ger en jämn produktion. USA har potential för vindkraft (blått) i norr, solkraft (gult) i söder och vattenkraft (prickar) längs landets floder.
2. Tredelat elnät
USA:s elförsörjning är i dag uppdelad på tre separata nät: ett i öster, ett i väster och ett i delstaten Texas. Förbindelserna dem emellan är alltför svaga för all den el som ett miljövänligt nät skulle producera när produktionen är som högst.
3. Nord–sydlig ledning skapar samarbete
För att USA ska kunna närma sig hundra procent hållbar energi behöver landets norra och södra delar sammankopplas med fler högspänningsledningar. Det skulle göra det möjligt att utväxla energi, så att vindkraften i norr och solkraften i söder kan komplettera varandra.
4. Öst–västlig ledning jämnar ut belastning
Förbindelser mellan landets östra och västra delar skulle utbyta energi tvärs över USA:s fyra tidszoner. Då hade spetsbelastningen, till exempel under de lokala morgontimmarna, jämnats ut. Solcellerna i Florida är ju i full gång innan invånarna i Los Angeles stiger upp på morgonen.
Forskarnas beräkningar visar att omställningen till miljövänlig energiproduktion varken kräver nya energikällor eller stora effektivitetsförbättringar av dem som redan är i bruk. Den enda energiform där forskarna hoppas på och räknar med ett genombrott är våg- och tidvattenkraft, som ännu bara används i mycket liten omfattning.
Känd teknik löser problemen
Även på förbrukningssidan förlitar sig forskarna huvudsakligen på känd teknik för den miljövänliga energin. Uppvärmning med naturgas och olja kan till exempel ersättas av elradiatorer, värmepumpar eller varmt vatten som hämtas långt ner i marken.
Även stora delar av transporterna på land är relativt enkla att ställa om, till antingen elfordon eller fordon som drivs med väte, som kan produceras genom klyvning av vattenmolekyler med el från hållbar energi.
LAGRING: Väte sparar den gröna elen
1. Överskottsel skapar väte
Elproduktion från exempelvis vindkraftverk varierar beroende på hur mycket det blåser.
Vid överproduktion kan överskjutande el användas för att klyva vatten (H2O) i syre och väte i en process som kallas elektrolys.
2. Syre fångar koldioxid från industri
Väte (H2), som är enkelt att förvara i tankar, kan användas som energilager. Syre (O2) kan i sin tur användas i en process som fångar koldioxid från exempelvis cementproduktion, som i dag står för en stor del av koldioxidutsläppen.
3. Väte omvandlas till naturgas
Med hjälp av koldioxid som fångas vid cementproduktion eller på biogasanläggningar kan väte (H2) omvandlas, eller metaniseras, till naturgas (CH4). Den syntetiska naturgasen kan pumpas rakt in i naturgasnätet.
4. Väte blir till bränsle och el
Väte kan även användas som klimatneutralt, föroreningsfritt bränsle i bilar samt omvandlas till flygbränsle. Eller så kan det bli till el igen när behovet uppstår genom att man vänder på elektrolysprocessen.
Omställningen kommer dock även att föra med sig en rad stora utmaningar. Mark Z. Jacobson pekar själv på att det kommer att bli svårt att utveckla elflygplan, eller möjligen bränslecellsplan. Inte heller fartyg och lastbilar kan omedelbart ställas om till el. Tillsammans står flygtrafiken, fartygstrafiken och de långa varutransporterna för sex procent av planetens koldioxidutsläpp.
Biobränsle flyttar tyngre laster
Problemet är att dagens batterier inte är tillräckligt effektiva för att kunna driva flygplan, fartyg och lastbilar. Ett ton bränsle till jetflygplan innehåller 14 gånger mer energi än ett lika tungt batteri. Däremot går det att producera så kallat biobränsle, som kan ersätta en del av det råoljebaserade bränslet.
Nackdelen med traditionella biobränslen är att de till stor del kommer från växter som majs, sojabönor, raps och linfrön och därmed tas från livsmedelsproduktion. Biobränsle kan emellertid även produceras av organiskt avfall, till exempel spillvattenslam.
I Europa har det italienska energibolaget ENI kommit långt med produktion av biodiesel, som kan användas som bränsle i fartyg utan någon anpassning av motorerna.
Biobränslet kan även raffineras ytterligare, till ett mer energitätt bränsle som kan användas till flygplan. Processen producerar samtidigt naturgas och rent vatten, så att inget går till spillo.
Just naturgas föreslår flera forskare som ett möjligt övergångsbränsle som kan förbinda dagens energisystem med framtidens medan den hållbara tekniken växer sig tillräckligt stor för att kunna ta över. Det är bland annat slutsatsen i en analys av energisystemen i Iran, Norge, Indien och Storbritannien från år 2019, gjord av dataanalytikern Amir Safari och hans kollegor vid Universitetet i Sørøst-Norge.
Fördelarna med naturgas, som i dag utgör 28 procent av energiförbrukningen från fossilt bränsle, är att det räknat per energienhet både är det minst förorenande och det minst klimatpåverkande fossila bränslet.
Miljontals människor dör av luftföroreningar
Vägen från världens nuvarande energisystem till en nästan hundraprocentigt grön energiförsörjning är med andra ord utstakad. Och trots att vi säkert kommer att stöta på hinder och tråkiga överraskningar längs vägen är priset för att fortsätta som tidigare så högt att världen i praktiken inte har något val. Det visar bland annat en studie gjord vid amerikanska Harvard University, som publicerades i februari 2020.
8,7 miljoner människor dör varje år av föroreningar med fina partiklar, som kommer från förbränning av fossila bränslen.
I projektet gick forskarna igenom de förtida dödsfallen i hela världen och hittade dem som var kopplade till luftföroreningar med fina partiklar från förbränning av fossila bränslen. Siffran är chockerande: Varje år dör 8,7 miljoner människor för tidigt.
Problemet är störst i Asien, där Kina och Indien är de två länder där flest påverkas av ohälsosam luft. Många storstäder runtom i världen överskrider dock fortfarande gränsvärdena för vissa av de mest problematiska och sjukdomsalstrande partiklarna, bland annat från trafiken. Bara i USA drabbas 200 000 människor om året av förtida död till följd av luftföroreningar.
Trots att luftföroreningarna kostar miljontals liv är de långt ifrån det enda stora problemet med de fossila bränslena. Ett annat är så klart de klimatförändringar som orsakas av växthusgaserna som släpps ut tillsammans med de farliga partiklarna.
Sedan förbrukningen av fossila bränslen tog fart på 1800-talet har temperaturen stigit med cirka en grad. Om denna utveckling fortsätter kan jorden bli 3,5 grader varmare år 2100, med kostsamma konsekvenser i form av exempelvis översvämningar och torka.
Trots internationella avtal om att få ner utsläppen av bland annat koldioxid är planeten fortfarande på väg mot en temperaturökning på minst tre grader år 2100 – lokalt en hel del mer än så – om inte utsläppen minskar markant och snabbt.
Omställning kan uppnås på 30 år
Enligt Mark Z. Jacobson och hans forskargrupp är en grön omställning i princip det enda sättet att nå de mycket ambitiösa klimatmål som världen satte upp på klimatmötet COP21 i Paris år 2015. Där kom politiker och ämbetsmän från nästan alla världens länder överens om att målet var att hålla den globala uppvärmningen under två grader, helst kring en och en halv grad. Den första graden är dock redan ett faktum.
Förutom att de orsakar problem med luftkvaliteten och klimatet är kol, olja och gas ändliga resurser. Lagren av olja kommer till exempel att ha tagit slut redan omkring år 2070. Men det är inte allt. Resurserna blir också allt svårare att komma åt, eftersom alla lättillgängliga källor har tömts sedan länge.
Därmed stiger priset på oljan – och kostnaderna för att använda den – vilket innebär att oljan kommer att bli ett oekonomiskt alternativ redan innan resursen faktiskt tar slut.
Lyckligtvis har forskarna nu presenterat en grön räddningsplan. Deras beräkningar visar att omställningen från en svart till en grön planet kan klaras på cirka 30 år. Men då finns det ingen tid att spilla.
