energikilder

Energipotensialet i bølger er stort. Bildet er tatt ved Jølle på Lista, 26. desember 2016 i forbindelse med ekstremværet Urd.

Av /NTB Scanpix.

Energikilder omfatter alle materialer eller naturfenomen som kan omdannes til (for mennesker) nyttige energiformer, som varme, elektrisitet og mekanisk energi. Energikilder blir også omtalt som energiressurser.

De samlede energikilder på Jorden er svært store, men ikke alle er tilgjengelig på en slik måte at de kan komme samfunnet til nytte. Utnyttelsen begrenses av teknologiske og økonomiske forutsetninger, noe som endrer seg over tid. Summen av alle energikildene som til enhver tid er økonomisk drivverdige omtales som energireserver.

Energibegreper

Fra naturens hånd forekommer energikildene som primærenergi. Noen primære energikilder kan utnyttes direkte, men de fleste må omdannes til sekundære energiformer, det vil si energivarer som er lagt til rette for bruk, og som kan transporteres og omsettes.

Eksempler på primære energikilder som har vært brukt direkte er kull, trevirke og torv. Vannfallsenergi og vindenergi ble før i tiden utnyttet direkte, men skal den utnyttes og distribueres i stor skala, må den konverteres til et omsettelig produkt som for eksempel elektrisk energi. I dag er det mest vanlig å omdanne all primærenergi til salgbare produkter slik som for eksempel petroleumsprodukter, trekull, pellets og briketter.

Energi og tilgangen på energikilder har på 2000-tallet fått økt offentlig oppmerksomhet. Det skyldes samfunnets avhengighet av energi, og at et høyt energiforbruk utløser store miljøproblemer i form av luftforurensninger og klimaendringer (se klimadebatten). Utnytting av energikilder som er spredt over stor arealer krever store miljøinngrep. Dessuten er energiforbruket i stor grad er basert på uttak av lagerressurser av begrenset mengde. Et viktig kriterium for energikilder er derfor om den er fornybar eller ikke-fornybar.

Fornybare energikilder

Karakteristisk for fornybare energikilder er at tilgang til ressursen inngår i naturens eget kretsløp. Uttak av ressursen blir dermed kontinuerlig fornyet. Kjente eksempler på fornybare energikilder er vannfallsenergi, solenergi, bølgeenergi, vindenergi og bioenergi.

De fleste fornybare energikilder har sin opprinnelse fra solenergien. I sin enkleste form opptrer solenergi i form av direkte solstråling som enten nyttes til varmeformål eller ved omforming til elektrisk energi. Fotosyntesen drives av solenergi og sørger for at tilfanget av bioenergi fornyes. Her regnes også trevirke som fornybart, selv om fornyelsen kan ta opp til en menneskealder. Solenergi ligger også til grunn for vindenergi, som er luftmasser satt i bevegelse fra Solas oppvarming, og vannfallsenergi, som oppstår som følge av Jordens hydrologiske kretsløp (se hydrologi), som også drives av soloppvarmingen.

Av fornybare energiressurser som ikke har sin opprinnelse fra solenergi nevnes geotermisk energi og tidevannsenergi (se tidevannskraftverk). Geotermisk energi er en varmestrøm fra jordens indre og således å betrakte som en lagerressurs, men i menneskelig tidsskala er denne strømmen å anse som evigvarende og derfor kan regnes som fornybar. Det samme gjelder for tidevannsenergi, som oppstår av at Månens gravitasjon skaper varierende nivåforskjeller i havoverflaten, som følge av at jordrotasjonen og Månens rotasjon rundt jorden er i ufase (ubunden rotasjon). Denne svekkes også på lang sikt, men i denne sammenheng er svekkelsen ubetydelig.

Ikke-fornybare energikilder

De ikke-fornybare energikildene er basert på ressurser som finnes lagret i naturen. Mange av disse har også sin opprinnelse fra solenergien, men i et menneskelig tidsperspektiv blir de ikke fornyet og må derfor anses som en lagerressurs.

Fossile brensler er en form for lagret solenergi ved at de stammer fra biologisk materiale som er dannet gjennom fotosyntesen. Det gjelder kull, råolje, naturgass og torv. Torv klassifiseres av de fleste FN-organer som fossilt brensel. Siden det skjer en langsom fornyelse av torvmyrene (de vokser med 0,5–1 mm per år) har land med stor torv-industri likevel valgt å klassifisere torv som «langsomt fornybar».

Av andre ikke-fornybare energikilder nevnes kjerneenergi, som fremkalles ved spalting av atomer i en prosess som utvikler varme, se fisjon. Denne energiressursen begrenses av forekomsten av det fissile grunnstoffet uran, men det fertile grunnstoffet thorium kan også brukes selv om dagens utnyttelse av dette grunnstoffet til energiformål er svært lite. Ubrukt vil disse radioaktive grunnstoffene over tid langsomt brytes ned av seg selv (se desintegrasjon), men her er tidsskalaen milliarder av år.

Energistatistikk

Hvor mye energi som kan hentes ut av en energikilde måles i den internasjonalt standardiserte energienheten joule. Ved kjøp og salg av energivarer er det også vanlig å benytte egne handelsenheter, for eksempel tonn olje og kilowattime elektrisk energi. I internasjonal energistatistikk brukes ofte energienheten million tonn oljeekvivalent (Mtoe). Dette skyldes oljens store betydning for verdensøkonomien og at det ofte kan være hensiktsmessig å representere hva et gitt energiforbruk vil innebære i oljeforbruk.

I perioden 1990 til 2018 økte verdens forbruk av primærenergi med i gjennomsnitt cirka 1,8 prosent per år til 588 exajoule (EJ) i 2018. 81 prosent av dette forbruket har fossil (det vil si råolje, kull og naturgass) opprinnelse. Siden oljekrisen i 1973 har denne andelen gått ned fra cirka 87 prosent.

Egenskaper ved energikilder

Energiressursene karakteriseres av hvor kostbare de er å utvinne og hvor egnet de er til ulike formål. Hvor mye energi som kan utvinnes per vekt- eller volumenhet er viktig. Generelt gjelder at energiressurser med høy konsentrasjon av energi, både er billigst å utvinne og enklest å ta i bruk. For eksempel har fossile brennstoffer vært rimelig å utvinne og en gjennomgående høyere energitetthet enn for eksempel trevirke og torv, og disse brennstoffene dominerer derfor energimarkedet i dag. Mange fornybare energikilder har en spesielt lav energitetthet og er derfor vanskelig å utnytte. Det gjelder for eksempel solenergi og vindenergi som krever at forholdsvis store arealer må beslaglegges hvis denne energien skal innvinnes. Vannfallsenergien er i utgangspunktet svært spredt (som nedbør), men naturen selv konsentrerer energien ved å samle vannet fra nedbøren i sjøer og vassdrag.

Verdens energiressurser

Bioenergi

Trevirke og annen biomasse er den eldste energiformen som menneskeheten har tatt i bruk. I mange utviklingsland er ved fremdeles viktig og denne ressursen, brukt i husholdning til koking og andre varmeformål, blir for en stor del hentet inn direkte, uten å gå veien gjennom et kommersielt marked. I en del industriland er det et økende kommersielt forbruk av bioenergi, hvor den utnyttes til varmeforsyning og i noen grad til elektrisitetsproduksjon. I et globalt perspektiv står bioenergi for cirka 10 prosent av det samlede energiforbruket.

Bioenergi i form av biodrivstoff er drivstoff som er fremstilt av biologisk materiale og som er produsert for å kunne erstatte konvensjonelt drivstoff basert på fossil energi, for eksempel råolje. I en periode før 2010 var den årlige veksten i produksjonen av biodrivstoff på nesten 15 prosent, men denne veksten er senere flatet ut. Den globale produksjonen av biodrivstoff i 2018 var 3,5 EJ (82 Mtoe), og besto i hovedsak av 2,24 EJ etanol og 1,0 EJ biodiesel. Markedet domineres av to store produsenter, USA (45 prosent) og Brasil (22 prosent). Produksjon av biodrivstoff er omstridt fordi mye energi går tapt under produksjonsprosessen, som derfor av mange ikke blir ansett som bærekraftig.

Kull

Disse togene frakter kull fra North Antelope Rochelle Mine i Wyoming, USAs største kullmine.
.
Lisens: CC BY SA 2.0

Kull finnes over store deler av verden, men er ulikt fordelt. USA er den største kullnasjonen og her finnes 27,6 prosent av verdens påviste kullreserver. Andre store kullnasjoner er Russland (18,2 prosent), Kina (13,3 prosent) og Australia (8,9 prosent). Det årlige forbruket av kull på verdensbasis ligger på cirka 8 milliarder tonn, som i 2018 tilsvarte et energiforbruk på 158 EJ. Med dagens forbruk vil de påviste reservene vare i omtrent 114 år. Kina har det største kullforbruket i verden, som i 2018 utgjorde 81,8 EJ. Til sammenligning var kullforbruket i India 17,1 EJ, og i USA 11,4 EJ.

Bruk av kull anses som et betydelig miljøproblem. I forbrenningsprosessen dannes en rekke forurensende stoffer som svoveldioksid (SO₂), nitrogenoksider (NOx) og karbondioksid (CO₂). Disse bidrar til blant annet drivhuseffekt og sur nedbør.

Olje

Råolje er den viktigste energiressursen i verden, med et årlig uttak på rundt 35 milliarder fat. Påviste reserver vil vare i 49 år med denne oljeutvinningen. I 2018 var forbruket av råolje 185 EJ, som utgjorde 32 prosent av verdens energiforbruk.

Resterende oljeressurser er ulikt fordelt i verden og i mindre grad tilgjengelig hos de store forbrukernasjonene, noe som fører til omfattende internasjonal handel av oljeprodukter. Eksportlandene domineres av landene i Midtøsten og Afrika som til sammen står for 57 prosent av verdens samlede oljeeksport, mens Europa og Kina er store importører med til sammen 48 prosent av markedet (2018). Av de påviste oljereserver i verden finnes 48,4 prosent i Midtøsten, mens bare cirka 1 prosent i Europa (eksklusive Russland).

Olje bundet i oljesand og oljeskifer forekommer i store mengder som godt kan tenkes å overgå det som finnes i mer konvensjonelle oljekilder. Omkostningene ved fremstilling av olje fra sand og skifer har vært forholdsvis høye, og det har derfor ikke vært vanlig å ta med slik olje i oppgaver over kjente eller anslåtte oljereserver.

Naturgass

Naturgass var lenge ansett som en lite omsettbar vare. Ved atmosfæretrykk krever gass cirka 1000 ganger mer volum enn eksempelvis tilsvarende mengde olje. For å lagre og transportere gass har en derfor vært avhengig av mer kompliserte innretninger enn det som kreves for behandling av olje. Dette har ført til at mye gass har blitt reinjisert eller brent av i forbindelse med uttak av råolje. Utbygging av gassrørledninger og terminaler for håndtering av LNG har i den senere tid åpnet nye muligheter for eksport av gass over store avstander, og gjort at naturgass nå har fått en økende betydning i verdens energihandel.

Årlig uttak av naturgass er rundt 3,5 terakubikkmeter (3,5·10¹² m³), som tilsvarer en energimengde på rundt 138 exajoule (EJ). Kjente reserver vil vare i om lag 55 år med dette forbruket. I praksis kan «gassalderen» vare lenger da det har vært en sterk økning av påviste reserver. Fra 1992 til 2020 økte de påviste gassreservene fra 117 terakubikkmeter til 200 terakubikkmeter.

Handel med naturgass skjer for det meste gjennom gassrørledninger. I 2018 ble det til sammen importert naturgass tilsvarende 48,2 EJ, hvorav 43 prosent gikk til Europa. Største eksportør var Russland med 10,5 EJ, mot Norges 4,5 EJ.

Andelen naturgass eksportert i form av LNG har de siste årene økt, og i 2020 utgjorde den 354,7 millioner tonn (Mt), tilsvarende 16 EJ. De største eksportlandene er Qatar, Australia og USA, mens landene i Øst-Asia står for rundt 70 prosent av importert LNG.

Kjerneenergi

Kjerneenergi er energi som frigjøres ved fisjon av et fissilt stoff som for eksempel uran. Uran er svært utbredt over hele Jorden, men forekommer vanligvis bare i små konsentrasjoner som ikke er kommersielt nyttbart. I en kjernereaktor har uranbrenselet en svært høy energitetthet. Hvert kilogram (kg) uran som er anriket til 3 prosent innhold av ²³⁵U og utnyttet til elektrisitetsproduksjon gir cirka 170 000 kWh, noe avhengig av gjenvinning av brukt brensel og virkningsgrad i omformingen til elektrisk energi. Det er 50 000–60 000 ganger mer enn om 1 kilogram kull skulle vært brukt til samme formål.

Forekomster som kan utvinnes til en kostnad under 119 $/kg uran er estimert til 5,5 millioner tonn. Utover det er det antatt at ytterligere 35 millioner tonn kan utvinnes til en høyere kostnad. Australia har den høyeste andelen av de påviste reservene (31 prosent). I tillegg er det antatt at havvann inneholder hele 4,6 milliarder tonn uran. Det er teknisk mulig å utvinne uran fra havet, men denne teknologien er foreløpig ikke kommersialisert. Årlig tas det ut cirka 65 000 tonn uran til kraftproduksjon.

På verdensbasis er 454 kjernereaktorer i operativ drift med en samlet kapasitet på 395 GW. Produksjonen i 2018 var på 2,66 PWh, som svarer til 10,5 prosent av den samlede elektrisitetsproduksjonen i verden. Bruk av kjernekraft er omstridt. Noen land har vedtatt å avvikle kjernekraften, men i 2018 var totalt 57 nye reaktorer med en samlet kapasitet på 62 GW under oppføring. Størst produksjon av kjernekraft har USA (800 TWh), mens størst andel kjernekraft har Frankrike (75 prosent).

Kjernekraftverk i normal drift gir svært små utslipp av forurensninger, bortsett fra at temperaturøkningen i vannet som brukes til kjøling kan være et problem om sommeren når kjølevannet hentes fra elver. Miljøproblemene er knyttet til håndteringen av de materialene som dannes under fisjonsprosessen. Disse er radioaktive og må skjermes fra omgivelsene. Noen av disse stoffene (transuranene) krever meget lang lagring under sikre forhold. Imidlertid vil disse transuranene også kunne brukes som brensel i fremtidige reaktorer.

Torv

Torv er dannet av levende, organisk materiale som for eksempel moser og mindre busker, men regnes av de fleste som en ikke-fornybar energikilde da fornyelsen skjer svært langsomt. Ressursen er lite kartlagt, men antas å være stor. WEC har anslått forekomstene til å være mellom 6000 og 9200 milliarder kubikkmeter. Det utgjør mellom 300 og 430 milliarder tonn (Gt) karbon og et teoretisk energiinnhold på 8 550 exajoule (EJ). Som energiressurs blir imidlertid bare en mindre del, i størrelsesorden 500 EJ, ansett å være økonomisk utvinnbar. Til sammenligning er verdens årlige forbruk av primærenergi om lag 600 EJ (2019).

Registrert årlig produksjon og forbruk av torv er i størrelsesorden 30 millioner tonn (2018). Sannsynligvis tas en del torv ut direkte av forbruker som ikke-kommersiell energi. De langt største forekomstene er i Canada. De største brukerlandene er Finland, Russland, Irland, Hviterussland og Sverige. Torv brukt i industriell skala begynte rundt 1920. Egenskapene ved torv for utnyttelse til energiformål varierer sterkt. Karboninnholdet er 50–60 prosent av tørrstoffet. Fuktigheten i torv, fibersubstansen og innholdet av røtter, trestumper og stein skaper problemer i industriell bruk. Til bruk som brensel for industriformål faller torv kostnadsmessig ugunstig ut sammenlignet med for eksempel olje.

Vannfallsenergi

Vannfallsenergi representerer globalt sett det langt største tilskudd av fornybar, kommersiell energi og står for rundt 16 prosent av verdens produksjon av elektrisk energi. Størst produksjon av vannkraft har Kina, Brasil, Canada, USA, Russland, India og Norge.

Omkring en tredjedel av verdens registrerte vannkraftressurser er utbygd. En del av de økonomisk nyttbare ressurser kan bli vernet på grunn av miljøhensyn. Til gjengjeld er vannkraftpotensialet dårlig undersøkt i en del utviklingsland.

Vindenergi

Vindparken Stamåsen i Sverige.
.
Lisens: CC BY NC ND 2.0

Vindenergi blir i stadig større grad utnyttet til produksjon av elektrisk energi. Totalt installert ytelse i verdens vindkraftverk var 600 GW i 2018. Årlig produksjon vokste i gjennomsnitt med 22 prosent fra 2006 til 2018, da produksjonen var 1 273 TWh, hvilket utgjorde 3,8 prosent av verdens samlede elektrisitetsproduksjon. Europa (særlig Tyskland, Spania og Danmark) var lenge ledende i utbyggingen av vindkraft, men markedet domineres nå av Asia med Kina som det største vindkraftlandet med en produksjon på 366 TWh i 2018.

Også i Norge satses det på vindkraft. Norge er med sin lange kystlinje rik på utnyttbare vindressurser, og det forventes at vindkraft vil få økt betydning i årene fremover. Det norske kraftsystemet, som er dominert av regulerbar vannkraft, kan lett la seg kombinere med en betydelig økning av en vindkraftproduksjon som ikke er regulerbar. Vindkraft har imidlertid ikke vært konkurransedyktig. Utbyggingen av vindkraft i Norge har derfor lenge vært avhengig av offentlig støtte gjennom ordningen med elsertifikater.

Solenergi

Dunaskaya solkraftpark nær Odessa i Ukraina.
.
Lisens: CC BY SA 2.0

Sola utgjør en svært stor energikilde og den energistrømmen som treffer Jorden tilsvarer cirka 15 000 ganger verdens samlede energiforbruk. Likevel utgjør solenergi en svært liten andel av verdens energiproduksjon i dag. Dette skyldes at det lenge har vært høye kostnader med å ta den i bruk.

I 2010-årene har det skjedd en sterk vekst i bruk av solenergi til generering av elektrisk energi. Veksten har skjedd parallelt med en kraftig reduksjon i utbyggingskostnadene. Samlet installert ytelse var 300 GW i 2018. Fra 2010 har gjennomsnittlig årlig økning i produksjonskapasiteten vært på over 40 prosent. Verdens samlede produksjonen av solkraft var 557 TWh i 2018, hvorav Kina bidro med 177 TWh.

Geotermisk energi

Ved dette kraftverket i Reykjanes hentes det ut geotermisk energi.

.
Lisens: CC BY 2.0

Geotermisk energi utvinnes ved å tappe varme fra Jordens indre. Det er økonomisk interessant der jordskorpen er tynn, det vil si der temperaturen i grunnen øker sterkt med dybden. I den norske berggrunnen øker temperaturen bare med cirka 30 °C per kilometer dybde, som gjør det mindre interessant å utnytte denne varmekilden. Geotermisk energi utnyttes allerede i mer enn 60 land og undersøkelser pågår i flere. Globalt tas det ut cirka 44 PJ per år (2018) til oppvarmingsformål.

Der forholdene er gunstige brukes geotermisk energi også til produksjon av elektrisk energi. Globalt er det installert 13,9 GW (2019) varmekraft basert på denne energiressursen, som i 2018 bidro med en produksjon på 89 TWh. USA har den største kapasiteten (cirka 30 prosent).

Geotermiske kraftverk opererer med en mye høyere brukstid enn andre fornybare energikilder som solkraft og vindkraft. Kraftverkene kan kjøres kontinuerlig og er ikke avhengig av tilfeldige eller regelmessige endringer i naturen.

Tidevannsenergi

Tidevannsenergi er en energiform der energien genereres av bevegelsen i vannstrømmen mellom høyvann og lavvann eller av nivåforskjellen mellom flo og fjære. Selv om tidevannskraft har vært utnyttet av menneskene i hundrevis av år har aldri energiproduksjon på basis av tidevann slått helt igjennom. Potensialet for tidevannskraft på verdensbasis er anslått til å være 450 TWh, i Norge omkring 2 TWh (Statkraft).

Saltkraft

Saltkraft er en ny form for fornybar energi som kan omgjøres til elektrisk energi. Det globale potensialet er beregnet til 1600–1700 TWh årlig (Statkraft), som tilsvarer 6 prosent av verdens samlede kraftproduksjonen i 2019. Saltkraftverk kan i prinsippet bygges alle steder hvor ferskvann renner ut i havet. Det avgir verken støy eller forurensende utslipp og kan for eksempel integreres i eksisterende industrianlegg. Det er bygget prototyper av kraftverk basert på saltkraft, men foreløpig har det ikke vært mulig å bringe teknologien opp til et kommersielt nivå.

Omgivelsesenergi – Varmepumper

Varmen som finnes i omgivelsene har lav temperatur og er i utgangspunktet ikke å anse som en nyttbar energiressurs. Med varmepumper kan denne energikilden likevel oppgraderes til et temperaturnivå som gjør den anvendelig til en rekke varmeformål. Varmekilden kan være uteluft, jord, sjø, og lignende, men også spillvarme som slippes ut fra industrielle prosesser. Avhengig av temperaturløftet kan avgitt varmeenergi være flere ganger energien som brukes til å drive varmepumpen.

Ressursen er i praksis ubegrenset, og rent teknisk er det mulig å dekke mesteparten av et et lands behov for oppvarming (og kjøling) fra denne energiressursen, men anvendelsen begrenses av økonomiske og hensiktsmessige forhold.

Nøkkeltall – lagerressurser

Påviste reserver av de viktigste ikke-fornybare energiressursene per 2016:

Energivare sorter Reserve¹⁾ Sorter R/P²⁾ Sorter Energitetthet sorter
Brun-/Kull 948 gigatonn 115 år 10-27 MJ/kg
Olje 230 gigatonn 49 år 41-47 MJ/kg
Naturgass 186·10¹² m³ 53 år 35-41 MJ/m³
Sum fossil ≈30 000 exajoule ≈70 år
Uran 6 megatonn 102 år 20 TJ/kg ³⁾

¹⁾ Påvist økonomisk utnyttbar reserve

²⁾ R/P Forholdet mellom påvist reserve og dagens produksjon (uttak)

³⁾ Frigjort varme ved spalting av ren U235 (teoretisk)

Kilder: BP Statistical Review of World Energy, 2013, Key Word Energy Statistics 2013, IEA og World Nuclear Association

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg