"Godhet utan vishet och utan
gränser är bara en annan
form av ondska."
(John Paterson)

"Det är synd att 99% av
journalisterna skall fördärva
förtroendet för en hel yrkeskår"
(Okänd)

"Ormar äro älskliga varelser,
om man råkar tillhöra samma
giftgrupp"
(Artur Lundkvist)

"När försiktigheten finns överallt,
finns modet ingenstans."
(den belgiske kardinalen Mercier)

"Den som gifter sig med
tidsandan blir snabbt änka."
(Goethe)

"Civiliserade är de kulturer
och individer som respekterar
andra."
(Hört på Axesskanalen)

"Det tragiska med vanligt
sunt förnuft är att det
inte är så vanligt."
(Albert Einstein)

"Halv kristendom tolereras
men föraktas.
Hel kristendom respekteras
men förföljs."
(Okänd)

Senast ändrad: 2024 08 18 13:06

Allt är inte guld som glimmar

Vindkraft, elbilar etc — den sanna historien

Del 6 av en serie i sju delar.

Man kan inte bedriva jordbruk, fiske etc och föda nästan 8 miljarder människor med någon idag tillgänglig teknologi utan att använda fossila bränslen. Transporter är en avgörande faktor när det gäller att förse människor med mat och transporter är till 90% beroende av fossila bränslen.
            Läst på Internet

 

(Artikeln är lång. Mer detaljerade och tekniska diskussioner finns i stycken med indrag. Den läsare som inte är tekniskt intresserad, eller som inte är intresserad av detaljer, kan hoppa över dessa stycken.)

(Note: at the top of the page you can choose translation of this article to other languages, but don't expect the translation to be perfect — "Välj språk" means "Choose language")

 

Introduktion

I texten nedan diskuteras olika klimatsmarta lösningar i samband med energiproduktion (produktion av el, framdrivning av fordon som bilar, fartyg, flygplan etc, etc). Här finns två grundläggande aspekter att ta hänsyn till; utsläpp av växthusgaser och energiåtgång. Vi måste således ta reda på dels hur mycket koldioxid (och eventuella andra växthusgaser) som släpps ut, dels hur mycket energi som går åt, under respektive energikällas hela livscykel. Denna innefattar tillverkning, drift och avveckling (se nedan för närmare detaljer). I denna bedömning kan man anlägga flera perspektiv. När det gäller energin (t ex framdrivning av fordon, uppvärmning av hus etc) räcker det inte med att det som driver respektive anordning är klimatneutralt. Även om elbilar och elektriska tåg i sig inte har några utsläpp, måste man också titta på hur elen produceras. Handlar det om fossil el, ja då har men bara flyttat problemet någon annanstans. I stället för att det kommer koldioxid ur bilens avgasrör kommer det lika mycket koldioxid ut ur det fossila kraftverkets skorstenar (ja kanske ännu mer, eftersom vi har energiförluster i generatorerna i kraftverket och också förluster i kraftledningarna som transporterar elen till tågets strömavtagare etc).

Vi måste också undersöka verkningsgraden hos de olika klimatneutrala lösningarna. En s k direktdriven vätgasbil, för att ta ett exempel, har en vanlig förbränningsmotor som konverterats för att gå på vätgas i stället för bensin eller diesel. Eftersom verkningsgraden vid framställning och kompression av vätgasen är ca 0,56 och motorns verkningsgrad vid vätgasdrift är 0,25, blir resultatet att hela systemets verkningsgrad blir ca 0,14 (14%), vilket är lägre än verkningsgraden hos en gammaldags ångmaskin. Dvs verkningsgraden är helt enkelt urusel. Ett system som har låg verkningsgrad förbrukar mer energi för att uträtta samma arbete som en maskin med högre verkningsgrad, och kommer därför att belasta våra resurser mer (så att vi kanske måste starta upp kolkraftverk för att klara den högre belastningen. En fördel med direktdrivna vätgasbilar är i alla fall att de huvudsakligen släpper ut vattenånga. Och det låter ju bra. Problemet är att vattenånga också är en växthusgas (vi har dessvärre mycket bristfälliga kunskaper när det gäller vattenångans roll som växthusgas).

Det är således många aspekter som måste bedömas om man vill göra en ärlig utvärdering av respektive energisystems klimatpåverkan och användbarhet. Nedan försöker jag göra en sådan bedömning.

 

Förnybar, fossilfri och klimatsmart energi — vad menas?

I. Förnybar energi kommer från källor som ständigt förnyas. Dessa källor tar således aldrig slut utan kommer alltid att finnas tillgängliga. Exempel på förnybar energi är solkraft, vindkraft, vattenkraft och bioenergi (från biobränslen, dvs olika typer av växtoljor, metan från skogsbruk etc). Det som kännetecknar alla dessa energislag är att de har solen som yttersta orsak, dvs så länge som solen lyser, så kommer de hela tiden att förnyas (inom överskådlig framtid — solen förväntas "brinna" med ungefär samma styrka som idag i ytterligare flera miljarder år). Vissa förnybara energikällor släpper ut koldioxid och andra växthusgaser men har ofta något mindre klimatpåverkan än fossila energikällor (se förklaring under punkt III).

II. Fossilfri energi innebär att energin som används inte kommer från fossila bränslen. Till fossila bränslen, som kännetecknas av att de inte förnyas, räknas kol, olja och gas och i någon mån torv. Den senare utgör ett gränsfall, eftersom torv nybildas. Då fossila bränslen inte nybildas i samma takt som de för närvarande förbrukas, riskerar de att ta slut. Till de fossilfria energislagen räknar man förnybar energi (enligt punkt I ovan), kärnkraft och även återvunnen värme (där man t ex använder spillvärme från industrier till att värma bostäder eller producera elektrisk energi). Även avfallsförbränning räknas ibland som fossilfri energi, eftersom den till viss del är förnybar (hela tiden produceras ju nya sopor). Förnybar energi utgör således en äkta delmängd av fossilfri energi.

III. Klimatneutral energi innebär att produktionen av denna energi inte påverkar klimatet (dvs inte släpper ut växthusgaser eller inte har något nettoutsläpp av växthusgaser). Här ingår solkraft, vindkraft, vattenkraft och kärnkraft. Det är framförallt denna typ av energi föreliggande artikelserie handlar om. Observera att vissa förnybara bränslen producerar koldioxid och därmed påverkar klimatet! En bil eller ett flygplan som drivs av t ex rapsolja eller metan (dvs av förnybara och fossilfria bränslen) släpper givetvis ut koldioxid. Ett biobränsle kompenserar dock för en del av (eller i bästa fall 100% av) sina koldioxidutsläpp, eftersom när den växt som bränslet framställs ur växer, så absorberar denna växt stora mängder koldioxid från atmosfären. När ett biobränsle används har det så att säga redan betalat en del av (eller eventuellt hela) sitt koldioxidavtryck. Detta gör att totala nettoutsläppet blir mindre än för fossila bränslen, vilka växte för miljoner år sedan och därför inte har absorberat någon koldioxid från dagens atmosfär. Klimatneutral energi utgör, precis som förnybar energi, en äkta delmängd av fossilfri energi och det finns bränslen som både är fossilfria och förnybara men som samtidigt (lite grand beroende på hur man utnyttjar dessa bränslen) bidrar till att förstöra klimatet (t ex rapsolja).

Mängddiagrammet visar hur de olika energityperna hänger ihop. Energi kan delas upp i fossil (1) och fossilfri (2) energi. Förnybar (3) och klimatneutral (4) energi är äkta delmängder av fossilfri energi, eftersom alla förnybara och klimatneutrala energier är fossilfria. 5 (det streckade området) utgör snittet (som man säger i mängdläran) av 3 och 4, dvs innehåller energier som både är förnybara och klimatneutrala (område 5 tillhör således i sin helhet både 3 och 4). Kol och olja tillhör 1. Rapsolja och andra biobränslen tillhör 3 men inte 4, eftersom de är förnybara men inte klimatneutrala. Kärnkraft tillhör 4 men inte 3, eftersom kärnkraft är klimatneutral men inte förnybar. Vattenkraft, vindkraft och solkraft tillhör 5 (och därmed också 3 och 4), eftersom dessa tre energityper är förnybara såväl som klimatneutrala. Energikällorna i 5 utgör således idealet. En intressant fråga är om det finns någon energi som är fossilfri men samtidigt varken är klimatneutral eller förnybar, dvs som ligger inom 2 men utanför 3 och 4 (de små cirklarna). Jag kan inte komma på något just nu. Om du som läser detta har svar på denna fråga, är jag tacksam om du hör av dig (så får jag ändra i figuren ovan).
Observera att numreringen i diagrammet (1-5) inte har något med numreringen av paragraferna före diagrammet (I, II, III) att göra. Läsaren ombeds också att observera att klimatet och miljön är två separata frågeställningar (även om det kan finnas kopplingar mellan dem) och i diagrammet har vi helt bortsett från miljöaspekten.

Sammanfattning: Den stora fördelen med förnybar energi är att den aldrig tar slut. Vissa förnybara energilkällor släpper dock ut koldioxid och är därför inte klimatneutrala. Fossil energi har nackdelen att den så småningom tar slut. Plus att den alltid släpper ut koldioxid och därmed aldrig är klimatneutral. Kärnkraft är klimatsmart, eftersom den inte släpper ut någon koldioxid men är inte förnybar, eftersom mängden kärnbränsle är begränsat (det senare kan dock diskuteras, se bilagan om kärnkraft). Klimatneutral energi har, som namnet antyder, fördelen att den inte påverkar klimatet, men är inte alltid förnybar.

Generellt handlar föreliggande artikel till största delen om produktion av energi. I praktiken handlar artikeln om produktion av elektrisk energi, eftersom denna energityp utgör ren energi när det gäller distribution och konsumtion. Huruvida elenergi är ren även vid sin produktion beror på hur den produceras. Läsaren ombedes att hålla detta i minnet vid läsandet av föreliggande text.

När man diskuterar energiproduktion är det viktigt att skilja mellan energiproduktion i ett visst givet ögonblick och (total) energiproduktion under t ex ett år. Det första skulle man kunna kalla effektproduktion och det andra energiproduktion. På liknande sätt kan man tala om effektbrist respektive energibrist. Ett land kan ha tillräcklig energiproduktion (dvs producerar hela sitt årliga energibehov under ett år) samtidigt som landet kan ha otillräcklig effektproduktion, dvs att man tidvis inte kan producera all energi som behövs just då. T ex vid tillfällen med svaga vindar, frånvaro av sol och liknande. Detta kan leda till allvarliga problem för länder som till stora delar förlitar sig på mindre pålitliga energikällor som vindkraft och solkraft utan att ha tillräcklig backupkapacitet (kolkraft, kärnkraft etc). Problemet kan ytterligare förvärras om ett land har otillräckliga resurser för att distribuera den energi som produceras (vilket för närvarande är fallet i Sverige — t ex så är kapaciteten att överföra elektrisk energi mellan norra och södra Sverige synnerligen begränsad).

Ett sista påpekande: 2/3 av all elektrisk energi som produceras globalt (2021) kommer från fossila bränslen. Elbilar som laddar sina batterier med fossil el släpper ut lika mycket koldioxid (genom de fossileldade kraftverkens skorstenar) som bensin- och dieselbilar (genom sina avgasrör). Vätgasbilar som körs med vätgas framställd med hjälp av fossil el släpper ut mycket mer koldioxid än bensin- och dieselbilar på grund av den mycket låga verkningsgraden vid tillverkning och komprimering av vätgas (vilket diskuteras i detalj nedan). Elektriska tåg släpper också ut koldioxid om de drivs av fossil el. Etc, etc. Läsaren ombedes att hålla detta i åtanke under den fortsatta läsningen.

 

Vindkraft

(För den läsare som vill tränga djupare in i olika sätt att producera el rekommenderar jag skriften Elproduktion — tekniker för produktion av el, utgiven av Kungliga Ingenjörsvetenskapsakademien (IVA). Här ges en utomordentlig översikt av nästan alla olika existerande metoder för att producera elektrisk energi.)

Media målar ofta upp en rosenskimrande bild av hur elbilar, elddrivna flygplan, tåg, vind- och solkraftverk, stålframställning genom vätgas (i stället för kol) och tygpåsar (i stället för plastpåsar) etc kommer att lösa problemen med ökande koldioxidutsläpp och därmed rädda mänskligheten från en snar undergång. Och drömma kan man ju. Det finns emellertid en krass verklighet (något man kanske blir varse när man vaknar ur sin ljuva dröm och märker att man kissat på sig). Inom fysiken brukar man säga "Vetenskapens stora tragedi är en underbart, vacker hypotes slaktad av vederstyggliga fakta".

När man pekar på de positiva effekter man får genom att ersätta konventionella energikällor med "rena" energikällor, presenterar man väldigt sällan hela bilden. Man talar gärna om hur mycket elektrisk energi ett vindkraftverk eller en solpanel kan leverera utan att släppa ut några växthusgaser. Men inte lika gärna om att det alltid finns ett pris att betala. För att avgöra hur bra eller dåligt ett system är, måste man givetvis titta på helheten. Man måste göra ett fullständigt årsbokslut.

Den kontroversielle M-politikern Hanif Bali skrev i Expressen den 2/10 2022 en drapa med rubrik Miljöpartiets dröm är lika utopisk som enhörningar. Bali skjuter skarpt i sitt inlägg och vissa påståenden är kanske något överdrivna. Han skriver bl a när det gäller batterier som backup för vindkraft när det inte blåser, "Batterierna skulle bara klara av att ersätta ett enda medelstort landbaserat vindkraftverk i två timmar. Och kostnaden? 100 miljoner kronor". När jag räknar på ett vindkraftverk på 3,5 MW får jag det till att för 10 timmars backup skulle man behöva 460 Teslabatterier à 200 000 kr, dvs kostnaden blir drygt 90 miljoner. Kostnaden blir således lite mer förmånlig än vad Bali anger. Han tar också upp problemet med att få fram tillräckligt med koppar, litium och kobolt om vi vill elektrifiera hela vårt samhälle, inkluderande vår fordonsflotta. Och i detta fall står vi inför verkliga, monumentala problem som inte bara kan viftas bort.

Man kan inte bara beundra ett vindkraftverk som står där och snurrar utan att fråga sig varifrån detta vindkraftverk kommer. Ett modernt, stort vindkraftverk är en enorm pjäs, ca 115-120 m hög och varje rotorblad (vinge) är 55 m lång och väger 12 ton! Nästa generation vindkraftverk, som just nu har börjat byggas i Skottland, kommer att vara 200 m höga och ha 80 m långa rotorblad! För att tillverka sådana enorma anläggningar krävs stora kvantiteter material som metaller och plast och betong etc plus en massa energi.

Grundbeståndsdelen i betong är cement. Cementindustrin är en av världens största klimatbovar och står för ca 8% av de antropogena koldioxidutsläppen!

Råvarorna skall tas fram, vilket innebär att vi måste bryta malm och mineraler (och innan brytningen kan påbörjas måste malmen och mineralerna ha hittats och sedan måste vi ta oss ner under markytan kanske flera kilometer etc, etc). Allt detta kräver stora mängder energi och ger därmed utsläpp. Sedan måste råvarorna transporteras, kanske över halva jordklotet, och så måste de förädlas (järnmalmen måste t ex bli stål, något som kräver stora energimängder och också ger mycket utsläpp — här måste man också räkna in energiåtgången och utsläppen i samband med att de fartyg som transporterar råvarorna och de ugnar där stålet förädlas etc konstruerades). De olika delarna till vindkraftverket måste sedan tillverkas och därefter transporteras till den plats där kraftverket skall ställas upp, och slutligen monteras. Ett modernt vindkraftverk är en enorm pjäs och utsätts för stora sidokrafter när det blåser starkt och kräver därför ett mycket kraftigt fundament, innehållande stora, stora mängder betong och armeringsjärn (bara plattan väger 250 ton och själva tornet 200 ton och uppåt, beroende på hur stort kraftverket är).

2015 välte ett 400 ton tungt vindkraftverk i Korsberga, Lemnhult (strax söder om Vetlanda i Småland). Enligt haverirapporten var orsaken ett fel i ett bultförband plus att flera monteringsföreskrifter inte följts.
Den 23/11 2020 välte ett 230 m högt vindkraftverk på Aldermyrberget utanför Jörn (i närheten av Skellefteå). Tornet tycks ha vikt sig någon meter över marken. Haveriutredningen lär visa vad som var den exakta orsaken. Det havererade kraftverket var precis färdigställt och hade ännu inte tagits i drift.
Ovanliga händelser, ja. Men man får tydligen räkna med att detta kommer att inträffa då och då. Eftersom områdena runt vindkraftverken inte är avspärrade, finns här en risk, låt vara liten, för allmänheten.

För själva monteringen måste man ha enorma kranar och jag misstänker att man också använder helikoptrar för vissa moment (och för att konstruera, tillverka och driva kranarna, helikoptrarna etc går det också åt energi och blir utsläpp som måste räknas in i totalbilden). Det måste byggas en väg (låt vara en enkel väg, men den måste hålla för mycket tunga transporter) fram till den plats där vindkraftverket skall monteras (vilken kanske ligger långt från det allmänna vägnätet — se t ex de två bilderna på vindkraftverk nedan). Det färdiga och fungerande vindkraftverket måste sedan underhållas under sin hela livstid, vilket innebär reparationer och byte av slitdelar etc. Den genomsnittliga underhållskostnaden under ett vindkraftverks livstid brukar uttryckas som 20% av kWh-kostnaden. När underhåll pågår måste kraftverket ställas av, dvs levererar ingen energi under denna tid. Dessutom har ett vindkraftverk en begränsad livslängd. Normalt är denna 20-25 år (certifierad livslängd för svenska vindkraftverk är 20 år). Med stor sannolikhet kommer framtida teknikutveckling att förbättra denna siffra anvsevärt. Livslängden beror på placeringen av vindkraftverket. Svåra vindförhållanden, korrosion pga saltvatten (vid vindkraftverk placerade i kustnära vatten) etc kan reducera livslängden avsevärt. Även om rotorn på ett vindkraftverk ser ut att rotera långsamt (10-30 varv/min), så blir bladspetsarnas hastighet (på grund av rotorns stora diameter) mellan 200 och 600 km/h. Detta skapar stor friktion mot partiklar i luften och gör att glasfibern i rotorbladen så småningom delamineras (glasfiberlagren separeras från varandra). Partiklar i form av sandkorn är det största problemet. Det blir som sandblästring ungefär. Eller snarare, det blir exakt som sandblästring, speciellt när det gäller rotorbladspetsarna (vid blästring ligger partikelhastigheten på runt 380 km/h och bladspetsarna kan röra sig med upp till 600 km/h). Delamineringen gör att bladen till en början blir mindre aerodynamiskt effektiva och till slut måste de bytas ut, vilket är en stor och dyrbar operation (eftersom varje rotorblad är 55 m långt och väger 12 ton!).

Även om rotorerna roterar långsamt (10-30 varv/min) måste själva generatorn av olika skäl rotera med betydligt högre fart (600-1800 varv/min). Rotorns rotation växlas således upp 60 gånger, vilket kräver en växellåda. Denna utsätts för stora påfrestningar och måste bytas i snitt vart 7:e år. Växellådan på de största vindkraftverken väger 86 ton! Och kostar därefter. För att undvika problemen med växellådor försöker man utveckla vindkraftverk utan växellådor. Problemet är att generatorn då får en diameter på flera meter. Framtiden ligger förmodligen i vindkraftverk utan växellådor men vägen dit är förmodligen inte utan problem.

Redan idag är många av de tidigare vindkraftverken i vårt land mogna för skrotning. Och då börjar hela processen om igen, med råvaror etc. Ersättningen av utslitna vindkraftverk kan givetvis göras mer effektiv genom återanvändning av så mycket som möjligt från skrotade vindkraftverk.

I praktiken visar det sig att stora delar av vindkraftverk, litiumbatterier och solpaneler är svåra att återvinna. Betong går i princip att återanvända som ballast i ny betong, men detta utnyttjas för närvarande inte i någon nämnvärd grad. Koppar och andra metaller i generatorer etc går givetvis att återanvända. Detsamma gäller för många plastmaterial. Men för vissa komponenter så finns för närvarande inga tekniker för återvinning. I USA används t ex skrotade solpaneler som fyllnadsmaterial (vilket inte känns så bra eftersom dessa innehåller metaller som kadmium) och i Sverige grävs skrotade vindkraftverks rotorblad ner. I framtiden måste vi kunna återanvända betydligt mer av de fossilfria energikällor som skrotas.
Ett stort vindkraftverk i Tyskland under montering.

Om man verkligen vill avgöra hur effektiv vindkraft är ur utsläppssynpunkt, i jämförelse med andra energikällor, måste man självklart ta hänsyn till alla negativa energi- och utsläppsposter i samband med vindkraft. Frågan är således hur länge ett nytt vindkraftverk måste snurra innan man har kompenserat för all energi som gick åt och alla utsläpp som producerades under konstruktionen, tillverkningen och monteringen av vindkraftverket. Även energi- och utsläppskostnaden för kraftverkets demontering och skrotning måste räknas in. Dvs hur lång tid tar det tills vindkraftverkets eget energi- och klimatavtryck är nollställt? Ett år, två år?

En mått som ofta används i sammanhanget kallas ERoEI (Energy Returned of Energy Invested). ERoEI är lika med förhållandet mellan hur mycket energi ett system producerar under hela sin livslängd och den mängd energi som gick åt för att bygga, driva och avveckla systemet. Enligt professor Per Fahlén (professor emeritus på Chalmers och ledmot i Kungliga Ingenjörsvetenskapsakademin) så är ERoEI för vindkraft lika med 4 (ibland säger man fyra till ett, dvs 4:1) och för kärnkraft lika med 75!!! Siffrorna gäller på elsystemnivå (dvs man tittar på hela systemet; kraftverk, distributionsnät, eventuella behov av reservkraft och distributionsnät för denna etc). Enligt professor Fahlén så har man tidigare krävt ett ERoEI större än 7 för att ett system skall anses vara acceptabelt (i denna korta artikel presenteras lite mer fakta om ERoEI). Enligt nyare definitioner har man emellertid sänkt detta krav till 3. Något som känns som en efterhandsrekonstruktion (för att inte vindkraft skall falla bort som alternativ), eller med andra ord som ett politiskt/ideologiskt beslut (dvs inte ett ingenjörstekniskt beslut). Man låter helt enkelt kartan bestämma verkligheten. Klicka här för att se en intervju med professor Fahlén (58 min). Denne kallar i intervjun svensk vindkraftspolitik för, "planlös, laglös och lönlös [i intervjun motiveras detta närmare]". Det är f ö intressant att notera att professor Fahlén är emeritus (dvs pensionerad profesor). Han kan således säga vad han tycker utan att riskera att förlora forskningsanslag eller t o m sitt jobb.

ERoEI för vindkraft är således 4:1, dvs utav all el som produceras under vindkraftverkets livstid går 1/5 åt till att bygga, driva och avveckla systemet, medan 4/5 blir nettoproduktion (1 del bygg-, drifts- och avvecklingskostnader och 4 delar nettoproduktion blir tillsammans 5/5). Ett vindkraftsverks certifierade livslängd är 20 år. Under en 1/5 av denna tid arbetar vindkraftverket enbart för att kompensera för den energi som gått/går/kommer att gå åt för att bygga, driva och avveckla vindkraftverket. 1/5 av 20 år är lika med 4 år. Dvs under de första 4 åren levererar ett vindkraftverk ingen energi alls utan kompenserar bara för sin egen existens. Under de följande 16 åren blir all levererad energi lika med nettoenergi. De sammanlagda kostnaderna för ett vindkraftverk måste således slås ut på 16 år. Detta är en kort tid, vilket med nödvändighet kommer att leda till ett högt elpris jämfört med idag (speciellt om man räknar in alla statliga vindkraftsubventioner i kostnaderna).

ERoEI tar uppenbarligen bara hänsyn till energiaspekten. Vad detta får för konsekvenser när det gäller miljö och klimat varierar. Generellt kan man säga att ökat energiuttag ger ökat utsläpp av miljö- och klimatfarliga ämnen. Om all energi som används vid byggandet, driften och avveckligen av vindkraftverket är klimatneutral så är också vindkraftverket klimatneutralt. Men än så länge är det nog bara en vacker dröm att så skulle vara fallet. Bygget av ett vindkraftverk ger stora utsläpp av växthusgaser. Bara framställningen av cementen i betongplattan, vilken väger flera hundra ton, ger stora, stora utsläpp av koldioxid. Grävmaskiner, dumpers och alla andra fordon involverade i monteringen av vindkraftverket drivs till nästan 100% av förbränningsmotorer. Samma sak gäller fartygen som transporterar råvarorna. Och sedan måste vi bygga hundratals eller tusentals kilometer av stora kraftledningar för att kunna transportera den elektriska energin till konsumenten. Läsaren kan ju fundera en liten stund över hur mycket energi som går åt, och hur mycket utsläpp som åstadkoms, för att tillverka en enda kraftledningsstolpe modell större. Etc.

Media tycks vara monumentalt ointresserade av att redovisa den här typen av avkylande fakta (i den följande texten redovisas en motsvarande analys för en representativ elbil).

Vindkraftverket monterat och klart med ett annat i bakgrunden. Den tjocka cylindern längst ned är ett vattenmagasin. Observera att denna cylinder är 40 m hög! Tornet är 178 m högt och den totala höjden upp till rotorbladens topp är 264,5 m. När vindkraftverket producerar överskott av energi pumpas vatten upp i tornets vattenmagasin. När det blåser dåligt kan detta vatten användas för att få el genom en vattenturbin. Här har vi således ett kombinerat vind- och vattenkraftverk.

En ytterligare faktor i ekvationen är vinden. Ett vindkraftverk utan vind är bara ett monument (och dessutom ett fult och störande sådant). Blåser det för mycket eller för lite levererar det ingen ström. Våra svenska vindkraftverk är anpassade för svenska förhållanden och levererar elektrisk energi när vinden ligger i intervallet 4-25 m/s (maximal effekt uppnås vid 12-14 m/s). Vid vindar på över 25 m/s stängs kraftverket av på grund av säkerhetsskäl. I olika delar av världen blåser det olika mycket, dvs vindkraft är ett bättre respektive sämre alternativ beroende var på jorden vi befinner oss. I Sverige blåser det förhållandevis lite jämfört med många andra delar av världen (även om det tydligen för närvarande, dvs just nu, eventuellt bara tillfälligtvis, blåser mer än för några år sedan) och man räknar med att ett svenskt vindkraftverk per år levererar 40% av fullkapacitetsproduktionen (dvs vad som skulle levereras om det blåste 12-14 m/s hela tiden). Nere i "roaring forties" (latitud 40° syd) blåser det kuling och uppåt nästan hela året. Stiltje är det kanske en dag per år. Där vore vindkraftverk betydligt mer effektiva än i Sverige (de måste givetvis då dimensioneras för dessa starka vindar).

Ett allvarligt problem med vindkraft är att denna kräver backup, dvs andra elproducerande system, vilka kan fylla på när det blåser för lite eller för mycket eller inte alls. Backupen kan komma från solkraft eller kärnkraft eller vattenkraft. Eller att man lagrar överskottsenergin från vindkraftverken på olika sätt (vilket än så länge enbart finns i liten skala). Eller kolkraft (vilket är mycket vanligt i södra Europa). Många länder, t ex Tyskland och Japan, håller just nu på och lägger ner kärnkraften (som inte släpper ut några växthusgaser). Båda dessa länder kommer att ersätta kärnkraften med kolkraft (åtminstone kortsiktigt). Japan har t ex nyligen aviserat att man planerar att bygga 22 nya stora kolkraftverk under de kommande fem åren. Även Sverige håller på och avvecklar kärnkraften allteftersom de gamla anläggningarna faller för åldersstrecket. Vi tänker oss att ersätta dessa med huvudsakligen vindkraft (problemen med detta diskuteras nedan i bl a avsnittet om energilagring och backup).

Vissa länder har inte bra förutsättningar för vattenkraft eller för solkraft. Vill man då inte ha kärnkraft som backup till vindkraften, ja då återstår i princip bara kol-olje-gaskraft (vilka alla tre bränner fossila bränslen). I framtiden kommer förmodligen lagrad energi att få stor betydelse (batterier, vatten som pumpas upp i dammar etc).

En ytterligare nackdel med vindkraftverk är att generatorerna inte roterar med konstant varvtal. Eftersom vi har frekvensen 50 eller 60 Hz (hertz) i våra växelströmsnät, måste vindkraftverk leverera dessa respektive frekvenser med stor noggrannhet.

De flesta länder (bl a hela Europa) har 50 hz växelström. Endast 43 av världens länder (där USA, Canada och Brasilien ingår) har 60 hz. Båda dessa frekvenser är tekniskt sett i stort sett likvärda och vilken frekvens som valts i ett land förklaras av historiska och affärsmässiga faktorer.

Frekvensen beror på en generators varvtal, dvs vill man ha en konstant frekvens från en generator måste denna rotera med konstant varvtal. Men eftersom det blåser olika mycket, kommer rotorn (dvs "propellern" som driver generatorn) att rotera olika fort. Därmed levererar generatorn en frekvens som varierar. Vilket inte kommer att fungera. Det finns olika tekniker att hålla frekvensen konstant. Man kan t ex vrida rotorbladen eller bromsa rotorn så att den alltid roterar med samma varvtal. Men då får man väldigt låg verkningsgrad. Ett annat sätt är att man har hydraulisk/mekaniska slirkopplingar, så att även om rotorn roterar med olika varvtal, så har generatorn alltid samma varvtal (detta system används på trafikflygplan). Men slirkopplingar har relativt dålig verkningsgrad. Det vanligaste idag är att man låter frekvensen från generatorn (vanligtvis av typ synkron trefas permanentmagnetgenerator) variera allt eftersom vinden ökar eller minskar (s k wild frequency). Sedan likriktar man strömmen och växelriktar den därefter elektroniskt till 50 eller 60 hz. Numera har sådana anläggningar hög verkningsgrad (över 90%), men en del energi tappar man tyvärr. Kostnaden för omformaren (likriktning/växelriktning) är dessutom mycket hög (nästan halva priset på kraftverket).

Den observante läsaren kanske undrar varför vindkraftverk inte använder likströmsgeneratorer och sedan växelriktar strömmen till 50 hz. Då slipper man ju det första steget (likriktningen). Eller varför har man inte likström rakt av (både i generatorer, kraftledningar och hushåll)? Svaret på den första frågan är att trefas växelströmsgeneratorer är oerhört mycket mer effektiva än likströmsgeneratorer.
Även bilar, som ju helt och hållet har likström, har av detta skäl växelströmsgeneratorer (trefas). Den producerade växelströmmen likriktas sedan, dvs omvandlas till vanlig likström, och likströmmen från de tre faserna kopplas ihop till en enda ledare. Förlusterna vid likriktningen tjänar man in flera gånger om.
Svaret på fråga två är att i stort sett alla eldistributionssystem i världen idag är uppbyggda kring trefas växelström (i elektricitetens barndom var likström vanligt och på Östermalm i Stockholm fanns det områden som hade kvar likströmsnätet ända fram till slutet av 1950-talet). Den normalbegåvade läsaren inser rimligtvis att det måste finnas synnerligen goda skäl till att hela världen enats om detta system (den som vill veta mer om trefas och växelström rekommenderas att läsa min artikel Trefassystemet — för fotgängare).

En viktig faktor inom eldistribution är det man kallar svängmassa. Vid obalans mellan tillförd och använd energi i ett elnät (vilket kan uppstå vid snabba förändringar i elförbrukningen) kan nätfrekvens och spänning förändras. Detta kan skapa stora störningar i nätet och även leda till att nätet måste stängas ned. Stora generatorer (som man har vid vatten-, kärn- och fossilkraft) har stort tröghetsmoment (stor rotationströghet, dvs ändrar inte varvtal så lätt, eftersom det finns stor lagrad energi i rotationsrörelsen — observera att den genererade spänningens frekvens är direkt relaterad till generatorernas varvtal). Man säger att de har stor svängmassa. Att ha stora, tunga generatorer ger en mekanisk självreglering/stabilisering av nätet vid snabba belastningsvariationer. Man kan också stabilisera nätet elektroniskt genom att via elektroniska reglerkretsar lagra energi (t ex i stora batterier), som snabbt kan tillföras eller dumpas från nätet vid behov, men sådana anläggningar kostar mycket pengar. Därför har de stora kraftverken en enorm fördel, eftersom regleringen är en gratis bieffekt av de stora generatorerna. Vindkraft och solkraft har ingen svängmassa alls (generatorerna på vindkraftverken är inte direktkopplade till nätet utan via omformare — se ovan) och om man enbart har den typen av elproduktion måste man således investera i kostnadskrävande elektronisk stabilisering av nätet (vilken inte är lika effektiv som svängmassa). Alltså är det en mycket stor fördel att i ett elnät ha många tunga generatorer (den som vill läsa mer om svängmassa kan klicka här). Att skapa ett elnät som enbart bygger på vind- och solkraft innebär med andra ord allvarliga nackdelar.

Kostnaden för att bygga ett stort vindkraft är mycket stor. Ett landbaserat vindkraftverk, med en effekt på 6,5 megawatt, som är omkring 240 meter högt, beräknas kosta 75 miljoner kronor. Kostnaden för att ansluta ett vindkraftverk till allmänna elnätet ligger på ungefär samma storleksordning som kostnaden för själva vindkraftverket (om man räknar in alla poster). Havsbaserade vindkraftverk producerar ofta mer energi än landbaserade men är ännu dyrare att bygga och ännu dyrare att ansluta till elnätet (av uppenbara skäl). Något som sällan redovisas är att ägaren av ett havsbaserat vindkraftverk inte är den som står för anslutningskostnaden (möjligen gäller detta också landbaserade kraftverk), utan denna betalas av Svenska Staten, dvs av svenska folket (dvs av dig och mig). Merparten av de svenska vindkraften (64%) ägs av utländska aktörer. Den största är det kinesiska statliga kärnkraftföretaget China General Nuclear Power Corporation (CGN). De privata aktörerna tjänar således massor med pengar på de höga elkostnaderna och betalar ingenting för att ansluta sina kraftverk till elnätet. Deras investering ligger således på ungefär hälften av totala kostnaden, medan de sedan kan exportera den el de producerar i Sverige till andra länder där de får bättre betalt. Anslutningskostnaden ingår dessutom i en annan budget än den som rör själva kraftverken och redovisas sällan när man talar om fördelarna med vindkraft. Inkompetens? Eller kanske en medveten strategi för att maskera vindkraftens verkliga kostnader för svenska folket? Eller förmodligen snarare en kombination av inkompetens (som det ju inte råder någon brist på bland våra politiker) och fulspel (moral däremot, verkar vara en bristvara hos våra politiker). Dessutom kan man fundera över om det verkligen är så klokt att låta Kina äga en allt större del av energiproduktionen i Sverige. Vi blir på så sätt väldigt sårbara för påtryckningar (ungefär som Europa och den ryska gasen). I USA har man förbjudit CGN att äga energiproduktionsenheter. Investerar Kina hundratals miljarder i vindkraft i Europa av idealistiska skäl? Dvs för att hjälpa till att motverka den globala uppvärmningen. Eller handlar det om strategiskt tänkande, där man skaffar sig allt större inflytande över hela världen?

Just nu pågår en debatt om huruvida den kommunala vetorätten mot att bygga vindkraftverk skall tas bort. Tidigare löd vindkraftverk under samma bestämmelser som andra anläggningar av olika typer. Dvs för att få tillstånd måste man har miljötillstånd, bygglov etc. Dvs flera olika kontrollinstanser granskade den anläggning som skulle byggas. Detta krav är numera borttaget när det gäller vindkraftverk, som således spelar sitt eget spel. Det var därför man införde kommunal vetorätt. För att åtminstone ha en demokratisk kontrollinstans, där politikerna skulle ha möjlighet att kontrollera vad som byggs. Tar man bort den kommunala vetorätten finns således ingen kontrollinstans kvar när det gäller nya vindkraftverk. Med tanke på hur stora pengar det handlar om, vore det synnerligen farligt att helt släppa detta fält fritt.

Något som sällan nämns (ja som vindkraftförespråkarna och kraftbolagen försökt tysta ner) är att vindkraftverk dödar mängder av insekter och fåglar. Man hade i åratal noterat att vindkraftverk tappade i effektivitet under åren. Detta visade sig bero på att döda insekter avlagras på rotorbladen och stör luftströmningen. I Tyskland gjordes en studie av detta (när studien gjordes hade Tyskland 25 000 vindkraftverk). Studien visar att så mycket som 1200 ton insekter dödas per år av vindkraftverken i Tyskland. Studien visar också att detta kan påverka vissa insektspopulationers överlevnad under en 15-årsperiod (speciellt för insekter som flyger i höjdområdet 20-220 m, vilket gäller de flesta insekter). Man tror också att insekter kan attraheras av vindkraftverken på grund av rotorbladens färg och den värme som rotorerna avger och de blinkande varningsljusen (för att varna lågt flygande flygplan). Vindkraftverken kan också vara en bidragande faktor till bidöden. Dessutom dödar vindkraftverk mängder av fåglar. Det finns studier som visar att enbart i USA så kan antalet vindkraftdödade fåglar och fladdermöss per år ligga mellan 13-39 miljoner! Enligt en studie som Spanska Ornitologsällskapet gjort genom att räkna fågelkadaver på 136 olika platser, så dödar Spaniens 18 000 vindkraftverk varje år 6-18 miljoner fåglar och fladdermöss! Och som sagt, detta har man försökt tysta ner. Vindkraftsbolagen av ekonomiska skäl och vindkraftsentusiasterna av ideologiska skäl. Det Spanska Ornitologsällskapets rapport påpekar att även en liten ökning av mortaliteten för arter vars populationer är små, kan driva dessa arter till utrotning. Man skriver också att de "experter" som har i uppdrag att undersöka fågeldöden vid vindkraftverk oftast minimerar effekterna. "De tjänar det uppdrag som getts dem, nämligen att tillåta byggandet av vindkraftverk där förespråkarna vill ha dem, utan hänsyn till fågelaktiviteten i området". Kanske är vindkraften idag ett lika stort hot mot våra fåglar och insekter som gifterna inom jordbruket var på 1960-talet (kanske behövs en ny Rachel Carson idag).

Ett ytterligare problem med vindkraftverk är att de avger störande buller. Det handlar om lågfrekventa ljud (infraljud) som varierar i styrka och som ofta hörs mer inomhus än utomhus. En del som blir störda säger att det ”känns i kroppen”. Andra drabbas av sömnrubbningar. Enligt vissa rapporter kan bullret vara störande ända upp till ett avstånd av 10 km, beroende på typ av mark och vindar. Följande artikel från Göteborgsposten tar upp problemet. Den intresserade läsaren kan läsa mer om vindkraftverkens miljöpåverkan genom att googla på t ex "vindkraftverk påverkan på omgivningen". Man hittar hur mycket som helst i ämnet (allt är dock inte seriöst). Teknikutveckling pågår givetvis hela tiden och man arbetar på att designa vindkraftverk som har mindre skadlig inverkan på insekts- och fågelliv och som är tystare. Att konstruera vindkraftverk som inte utgör en fara för fåglar och insekter torde vara en svår nöt att knäcka. Antagligen får man nöja sig med att skademinimera. Förmodligen blir det ett pris att betala för detta genom att sådana kraftverk kommer att vara mindre effektiva.

 

Solkraft

Och så har vi solkraft. Jo då, men... Problemet här är att solen inte lyser på natten, dvs halva dygnet (i snitt) måste solkraften ersättas av andra energikällor. Och i vissa länder är det ofta molnigt under långa perioder. Detta gäller under stora delar av vinterhalvåret i Sverige. Där solen dessutom är över horisonten under en ganska kort tid och där den dessutom står lågt. Solkraftanläggningar levererar inte speciellt mycket energi under sådana förhållanden (bäst utbyte får man när solinstrålningen är vinkelrät i förhållande till solpanelen — avancerade solkraftanläggningar har paneler som "följer solen" genom att ändra kompassriktning och elevation). Om det samtidigt blåser för lite eller för mycket fungerar inte heller vindkraftverken. Ett land som har många vind- och solkraftanläggningar måste således ha omfattande backupanläggningar (kärnkraft, vattenkraft, kolkraft, energilagring) eller köpa el utifrån (vilken kanske i sin tur är kolproducerad) för att garantera en jämn leverans.

Solinstrålningen utgör en enorm energikälla. Tar vi all energi som människan producerar från fossila bränslen, kärnkraft och vindkraft under ett helt år, så är detta mindre än den totala solenergin som faller in mot jorden under 7 sekunder!!! Dvs om vi effektivt skulle kunna utnyttja solkraften, så har vi här en nästan outtömlig energikälla. Vindsystemen på jorden drivs av solstrålningen. Denna skapar temperatur- och tryckskillnader i jordens atmosfär, vilka i sin tur driver de stora vind- och havsströmsystemen (formen på dessa system beror i hög grad också på den av jordrotationen skapade Corioliskraften — se del 5 av denna serie). Vindkraft är således i själva verket solkraft. Vattenkraft likaså, eftersom solen får vatten i hav och vattendrag att avdunsta, vilket sedan faller ned som nederbörd över land och fyller kraftverkens vattenmagasin. Även fossila bränslen är ytterst sett solkraft (dessa kommer ju från växter som dog för hundratusentals eller miljoner år sedan och som omvandlats till kol och petroleum). Och också när vi eldar en brasa med ved så är det solen som lyser i den öppna spisen. Den enda mänskliga energikälla som inte kommer från solen är kärnkraften (vilken också är den kraft som driver solen). Dvs ytterst sett så kommer all energi som människan använder från kärnkraft. Solen är helt enkelt en gigantisk fusionsreaktor (se bilagan om kärnkraft), som tillsammans med jordens kärnkraftverk (fissionskraft), genererar all energi på jorden.
Kuriosa: Varje 1,5 miljontedel av en sekund avger solen mer energi än mänsklighetens totala energikonsumtion under ett helt år (enligt NASA)!

När det gäller solkraft har vi givetvis precis samma problem som diskuterades ovan i samband med vindkraftverk — dvs kostnaden i energi och utsläpp för att tillverka en anordning/anläggning som omvandlar solljus till användbar energi. Tar vi en konventionell solcell (som direkt omvandlar solljus till elektricitet — kallas fotovoltaiskt system), så har det tidigare varit så att det gått åt mer energi att tillverka en sådan cell än man fått tillbaka under hela dess livslängd. Därför har solpaneler (dvs en uppsättning av solceller) inte varit någon lösning på energiproblemet men däremot varit mycket användbara i speciella sammanhang. Jag hade t ex solpaneler på min segelbåt, vilket gjorde att man inte behövde starta motorn då och då för att ladda batterierna. Det solpanelen levererade räckte till för belysning och annan el som användes ombord. Men så seglade vi största delen av tiden i tropikerna, där solen står högt och där det sällan är molnigt. Under senare decennier har man gjort stora framsteg när det gäller solpaneler och idag så ligger de på plus, dvs ger mer energi än det krävs för att tillverka dem. Men grundproblemet finns kvar, det krävs mycket energi och produceras mycket utsläpp när man tillverkar en solpanel, dvs det finns ett minuskonto som måste räknas in i totalbilden. Solpanelen måste således arbeta kanske i flera år innan den har kompenserat för sitt eget klimat- och energiavtryck.

F n står solkraft för ca 3% av världens elproduktion. En typisk solpanel baserad på kisel omvandlar 15-20% av solljuset till elektricitet. Resten blir värme, vilken kan värma upp panelen så mycket som 40°C. Eftersom verkningsgraden hos en solpanel avtar med temperaturen, får man en ond cirkel (ju varmare panelen blir desto lägre blir verkningsgraden vilket ytterligare värmer upp panelen etc). Arbete pågår med att både hitta metoder för att kyla ned solpaneler (utan komplicerade anordningar med fläktar eller cirkulerande vatten) och att höja verkningsgraden. Vid maximal solinstrålning (ca 1200 W/m2) ger en solpanel mellan 180 och 240 W/m2 (15-20% av 1200). Detta när solen står vinkelrätt mot panelen och himlen är klar, dvs när förhållandena är optimala. Står solen i en annan vinkel och/eller vi har moln eller dis, ger panelen mindre än detta eller kanske nästan ingenting alls. Ett ofta använt realistiskt maxvärde för vad solceller i praktiken kan ge är 150 W/m2. Detta innebär en praktisk verkningsgrad av 0,125 (12,5%). Fortsättningsvis kommer vi att använda siffran 150 W/m2 för solcellers kapacitet.

Idealet är att ha paneler som följer solen (se bilderna och texten nedan), dvs när solen står i söder är panelerna riktade åt söder och när solen står i sydväst är de riktade åt detta håll etc. Dessutom bör panelerna följa solens elevation (vinkel över horisonten). Står solen i zenit (rakt upp) skall panelerna vara horisontella och står solen 45° över horisonten skall de vara vinklade 45° mot marken, så att solen alltid faller in vinkelrätt mot panelerna. Sådana lösningar är komplicerade och dyra. I många fall har man fasta paneler (av praktiska skäl och/eller av kostnadsskäl). På min segelbåt hade vi halkfria solpaneler på en del av däcket, dvs panelerna var horistontella. Eftersom vi mest seglade i tropikerna och solen stod högt, fungerade detta bra.

Vid horisontella paneler blir solinstrålningen 1200⋅sin(α) W/m2, där α (alfa) är solens vinkel över horisonten (kallad solens infallsvinkel). Dvs står solen i zenit är α=90° och står solen i horisonten (precis är på väg att gå upp eller ned) är α=0°. Sin(90°)=1 och sin(0°)=0. I första fallet blir solinstrålningen 1200 W/m2 (1200⋅1) och i andra fallet 0 W/m2 (1200⋅0). Är solens elevation 20° blir solinstrålningen på de horisontella panelerna 410 W/m2 [1200⋅sin(20°)=410]. Här har vi räknat på solinstrålningen per kvadratmeter. Tittar vi i stället på den elektriska uteffekten vi får per kvadratmeter solpanel, blir formeln 150⋅sin(α) W/m2. Dvs den genererade elektriska effekten ligger mellan 0 och 150 W/m2 beroende på solens infallsvinkel. När denna är 20° blir effekten t ex 150⋅sin(20°)=51 W/m2. På höga latituder (där t ex Sverige ligger), står solen större delen av dagen relativt lågt över horisonten (speciellt gäller detta vintertid). I detta fall kommer solpaneler endast att leverera 150 W/m2 under en liten del av dygnet (under förutsättning att de är vinklade mot solen — är de horisontella kommer de aldrig upp till detta värde, eftersom solen aldrig någonsin står i zenit på dessa latituder). Observera att vi ovan utgått från molnfri himmel.

Solljuset utgör ett spektrum av elektromagnetisk strålning. 4% av solljuset består av ultraviolett ljus (UV), 43% av synligt ljus och 53% av infrarött ljus (IR). Konventionella, fotovoltaiska solceller använder huvudsakligen de synliga och infraröda delarna av solspektret. De kan endast utnyttja en mindre del av UV-strålningen, eftersom de dopade kisel-"kristaller" som används inte kan utnyttja energin i de mest energirika, ultravioletta fotonerna (vilka har kortast våglängd). Då endast 4% av solljuset ligger inom UV, speler denna begränsning ingen praktisk roll.

Solkraftanläggningar av spegeltyp (bilderna ovan och nedan och texten nedan) använder hela solljusets spektrum.

Världens enda storskaliga solkraftanläggning av spegeltyp (2020) finns i Ouarzazade (Marocko). Här lyser solen mer än 320 dagar per år. Speglarna på marken koncentrerar solstrålningen mot tornet (de följer solen för att alltid ge maximal effekt). Såvitt jag kan förstå är anläggningen under uppbyggnad och när den är färdigutbyggd skall den ha flera hundratusen speglar, vilka kommer att täcka en yta av 600 hektar (857 fotbollsplaner i Allsvenskan)! Tornet är Afrikas högsta konstruktion (243 meter) och måste vara så högt för att kunna ta emot den reflekterade solstrålningen från de mest avlägsna speglarna.
Att tillverka en sådan här enorm anläggning kräver självklart stora, stora mängder energi och ger också ett stort klimat- och miljöavtryck genom olika typer av utsläpp (inte minst koldioxid). Precis som för andra "rena" energikällor måste vi i balansräkningen inkludera klimatavtrycket från tillverklingscykeln. Frågan är således hur många år en sådan här anläggning måste arbeta innan detta klimatavtryck är avbetalt.

Nu finns ju andra metoder att ta tillvara solenergin än genom solceller. Ett mycket effektivt sätt är att använda solfångare för att direkt värma upp vatten (både till uppvärmning av byggnader och till varmvatten). Detta används mycket i länder som har stark sol och många soltimmar. I Israel ser man överallt på taken solfångare för detta ändamål.

Och här ser vi en närbild på de speglar som används vid stora solkraftverk. Varje spegel kan lutas och vridas genom servomotorer, vilka styrs från en central dator, så att så mycket som möjligt av solinstrålningen, oavsett var solen står på himlen, exakt koncenteras mot det område på tornet som skall ta emot strålningen.
Observera att speglarna inte är några fotovoltaiska solpaneler. En spegel är bara en spegel. Deras uppgift är helt enkelt att rikta solinstrålningen, som faller in mot en stor markareal (i detta fall 600 hektar), mot tornet. Där sker själva omvandlingen från solljus till elektricitet (via en soldriven ångpanna, vars ånga driver ångturbiner, vilka driver generatorer — medan en solpanel direkt (genom fysikaliska processer) omvandlar solljus till elektricitet). Några fotovoltaiska solpaneler är överhuvudtaget inte inblandade i denna typ av solkraftverk.

Man kan också med speglar och olika konstruktioner hetta upp vatten till högtrycksånga som får driva turbiner, vilka driver elproducerande generatorer (se bilderna ovan). Detta ger betydligt högre verkningsgrad än solpaneler (se diskussion nedan). Men tekniken utvecklas hela tiden och kanske att solpaneler kommer att bli oerhört mycket mer effektiva inom en snar framtid (det är ju det som är så spännande med teknologi, eller hur?). Eller kanske en helt ny uppfinning, som vi inte ens kan drömma om idag, ger oss ett kvantsprång när det gäller att omvandla solljus till el eller värme (det pågår mycket forskning inom detta område och det finns en del lovande idéer man arbetar efter). Men oavsett detta så kvarstår problemet med att vi (i medeltal) har natt halva dygnet och att det ofta är molnigt i vissa områden och att solen står lågt under vintern (på höga latituder). Solenergi måste således, precis som vindenergi, kompenseras med andra energikällor som kan startas upp när solen lyser med sin frånvaro (observera vitsen). Men precis som vindkraft så kan solkraft utgöra värdefulla delar av den totala energiproduktionen i världen.

Solkraftanläggning med paraboliska tråg. Notera rören som går parallellt med speglarna i deras brännlinjer.

Det finns också andra lösningar med speglar. En är att man har fasta, cylindriska, paraboliska speglar (kallas "parabolic trough" — ungefär "paraboliskt tråg"), i vars "brännlinje" ett rör med ett cirkulerande, flytande ämne befinner sig (eftersom speglarna är cylindriska och paraboliska, bryts inte solljuset i en punkt utan längs en linje). Detta ämne (flytande salt eller petroleumderivat) överför värmen till ångpannan, vilken i sin tur driver de turbiner som driver generatorerna. Nackdelen med denna lösning är att rörsystemet som transporterar värmeenergin från speglarna blir oerhört komplicerat och dyrt (klicka här för att se en kort demonstration av en sådan anläggning). Nattetid måste man värma upp saltet och hålla det cirkulerande i rören för att det inte skall stelna, vilket normalt kräver fossila bränslen, dvs utgör en plump i protokollet (det är mycket plumpar i klimatprotokollen, tyvärr).

Solkraftanläggningen i Ouarzazade består av tre olika anläggningar (Noor 1, 2 och 3), varav 1 och 2 är av typ parabolic trough (sista bilden ovan). Noor 3 har plana, rörliga speglar (de två föregående bilderna).

I Noor 3 värmer solenergin som koncentreras mot det centrala tornet inte upp vatten utan en saltsmälta. Denna saltsmälta överför sedan värme till det vatten som blir högtrycksånga. Fördelen med detta system är att det smälta saltet innehåller oerhört mycket energi (smältvärmet i saltet). Om solinstrålningen upphör kan denna lagrade energi driva anläggningen i 3 timmar, dvs fungerar som en inbyggd backup (om det för ovanlighetens skull är molnigt under några timmar).

Systemet med speglar är mer känsligt för molnigt väder och partiklar i luften än konventionella solpaneler. Moln och partiklar sprider ljuset i alla riktningar, så att det kommer från alla håll när det träffar solpanelen eller spegeln. Konventionella solpaneler tar emot ljus oberoende av vilken riktning det kommer från, dvs producerar elektricitet även i detta fall (även om produktionen givetvis blir mindre). Speglar reflekterar ljus enligt reflektionslagen, som säger att utfallsvinkeln är exakt lika med infallsvinkeln. Vid molnighet eller mycket partiklar i luften så kommer endast en försumbar del av ljuset att reflekteras mot tornet. Spegelsolkraftverk är således betydligt mer effektiva än solpaneler om det är sol och klar luft, men vid molnighet etc tappar de mycket mer i effektivitet än en solpanel. Alltså bör solkraftverk med speglar placeras där det är lite moln och ren luft, t ex i öknar eller i höglänta områden.

Spegelsystemen har en ytterligare nackdel, nämligen att damm och smuts på speglarna dramatiskt minskar deras reflexionsförmåga. De måste därför hållas rena och till detta åtgår stora kvantiteter vatten (vi pratar om 2,5-3 miljoner kubikmeter per år för ett stort solkraftverk som Noor 3). Eftersom spegelkraftverken är som mest effektiva i ökenområden, där det normalt råder vattenbrist, utgör detta en stor plump i protokollet.

Det finns ytterligare några aspekter på system med speglar. Vanliga solpaneler (fotovoltaiska) kan sättas upp nästan var som helst där det finns plats (hustak, tomma ytor som inte används, ja man kan t o m sätta upp solpaneler på åkrar och använda dem för att samtidigt ge skugga åt växter som behöver det). Minsta lilla yta kan utnyttjas. Även om en fast panels riktning inte alltid är optimal relativt solen, ger den ändå ett bidrag (många bäckar små...). Spegelsystemen kräver däremot stora anläggningar för att överhuvudtaget fungera rent praktiskt och enorma anläggningar för att arbeta optimalt (dvs ge de temperaturer som ger högst verkningsgrad). Tidigare var fotovoltaiska solpaneler väldigt dyra men idag har priset minskat dramatiskt och system med paneler blir idag betydligt billigare än spegelsystemen. Men givetvis kan de senare systemen fungerar som komplement till de fotovoltaiska systemen.

Solkraftverk i ökenområden har två stora fördelar. Dels tar de inte upp värdefull mark och dels är tillgången till sol i hög grad förutsägbar, vilket gör behovet av reservkraft avsevärt mindre. Spegelsystemen som koncentrerar solstrålningen mot receptorer på anläggningens torn kan åstadkomma höga temperaturer. Värmen kan användas på olika sätt. Upp till 600°C kan den användas för att skapa högtrycksånga som driver ångturbiner. Över 600°C kan gasturbiner vara mer effektiva (ångturbiner drivs av ånga medan gasturbiner drivs av heta gaser, t ex upphettad, expanderande luft). Verkningsgraderna blir i dessa fall 0,41 respektive mer än 0,50. Dvs avsevärt bättre än en konventionell (fotovoltaisk) solpanels ca 0,15-0,20.

Generellt så ger solkraftverk i Nordafrika ca 3 gånger mer energi/år än motsvarande solkraftverk i Tyskland (och ännu mer relativt solkraftverk i Skandinavien). Detta beror på skillnaden i solinstrålning för dessa två områden och är oberoende av vilken typ av solkraftverk det handlar om.

Om Europa tänker sig att investera i solkraftanläggningar i Nordafrika, måste man också ta hänsyn till kostnaden för att transportera elen (om vi själva vill använda den). Detta kräver mängder av undervattenskablar (som är oerhört dyra). Från Marocko till Spanien fungerar det (Gibraltarsundet är ca 20 km brett, där det är som smalast), men från t ex Tunisien till Grekland, ja då får man en lång transportsträcka via undervattenskabel. För långa transporter av el blir förlusterna vid högspänningsväxelström (som är det normala) avsevärda och det visar sig att högspänningslikström (dc hv) ger mindre förluster (på sträckor längre än ca 600 km blir likströmsöverföring med hög spänning ekonomiskt lönsam). För högspänningslikström blir förlusterna i kabeln ca 3% per 1000 km (så kan ju läsaren själv sätta sig att räkna). I fallet likström tillkommer kostnaden för stora transformatorer, likriktare och sedan motsvarande växelriktare och ytterligare transformatorer. Eftersom det handlar om enorma kvantiteter energi, blir kostnaden för dessa betydande (men lönar sig således vid långa överföringssträckor). Antagligen är det bara ekonomiskt lönsamt att använda elen från Nordafrika i Sydeuropa. Men även det är osäkert (saker och ting kan givetvis förändras genom ny teknik). Däremot kan dessa anläggningar komma Nordafrika till godo och ge länderna där tillgång till ren och relativt billig el.

Det finns också planer på att i framtiden placera satelliter med en speciell typ av solceller med en area på flera kvadratkilometer. Dessa celler fungerar så att de omvandlar solljusets energi till mikrovågor, vilka tas emot av mottagare på jordytan och därefter omvandlas till elektricitet. Fördelen med att använda mikrovågor är att dessa passerar genom moln med små förluster (använder man vanligt ljus skulle anläggningen inte fungera alls vid molnigt väder). En anläggning av denna typ har potential att leverera mycket stora mängder elektrisk energi.

 

Mer om energilagring och backup

Först några siffror gällande vind- och solkraft. Dessa är delvis hämtade från skriften "Kraftbalansen på den svenska elmarknaden, rapport 2020" (Svenska Kraftnät). 2019 stod vindkraften för 12% av den totala elproduktionen i Sverige (en siffra som givetvis kommer att öka snabbt när vi får fler och effektivare vindkraftverk). Vattenkraft och kärnkraft stod för ca 39% vardera och värmekraft för ca 10% (här ingår bl a anläggningar som eldar med torv och andra biobränslen). Under topplasttimmen 2019 hade vindkraften en tillgänglighet på 45% av den totala, installerade vindkrafteffekten. Året innan var tillgängligheten emellertid bara 11%. Denna siffra varierar således kraftigt från år till år, vilket är helt naturligt, eftersom det handlar om hur mycket det råkar blåsa just under en viss given timme av ett helt år.

Topplasttimmen definieras som den timme under året när elförbrukningen är som störst. Den inträffar alltid vintertid (av uppenbara skäl) under sen eftermiddag/kväll eller på morgonen. Datum och klockslag när topplasttimmen inträffar varierar från år till år. 2020 inträffade den exempelvis 10 december kl 17-18 (2019 den 30 januari kl 17-18 och 2016 den 15 januari kl 08-09).
Med "total, installerad vindkrafteffekt" menas den sammanlagda effekten av alla Sveriges vindkraftverk, när alla dessa samtidigt levererar sin maximala effekt. "Tillgängligheten av den totala, installerade vindkrafteffekten" innebär helt enkelt hur stor del av denna maximala vindkrafteffekt man har tillgång till i ett visst, givet ögonblick. Obs, denna siffra anger således inte hur stor del av Sveriges el som kommer från vindkraft utan hur stor del av den teoretiskt maximala vindkrafteffekten (i vårt land) som för tillfället levereras (eller kan levereras).
Sannolikheten att vi har optimala vindar i hela landet, så att samtliga vindkraftverk ger full effekt, är oerhört liten. Dessutom, när vi så småningom kommer att ha tiotusentals vindkraftverk i Sverige (vilket vi måste ha om vindkraften skall kunna ersätta den nedlagda kärnkraften), så kommer alltid en viss procent av dem (kanske 1%, kanske 5%, kanske mer) att vara avställda på grund av reparation eller underhåll. Så tillgängligheten av den totala, installerade vindkrafteffekten kommer aldrig att vara 100%!

Statistiskt kan man räkna med att vattenkraft, kärnkraft och vindkraft, under topplasttimmen, har en tillförlitlig tillgänglighet (som endast i extrema fall underskrids) på 82%, 90% respektive 9% (siffrorna visar mycket tydligt varför ett energisystem, som bygger på en stor procent vindkraft, behöver backupkraft). Under vinterhalvåret levererar vindkraften mer än under sommarhalvåret, vilket är bra. Detta beror på att det blåser mer och att luften har större densitet, eftersom den är kallare. Under perioder med sträng kyla avtar emellertid tillgängligheten av vindkraft (beroende på att det då ofta är svaga vindar plus sannolikhet för isbildning på rotorerna — det senare problemet arbetar man på att lösa genom att belägga rotorerna med ett ämne som motverkar att isen fastnar samt eluppvärmning av rotorerna). Utnyttjandegraden under vintern (2019/2020) som helhet uppgick till 43% av total installerad vindkrafteffekt (37% året innan). Under 90% av tiden (2019) producerade vindkraften minst 14% av total installerad vindkrafteffekt (12% året innan). De senare siffrorna är inte speciellt imponerande. Verkningsgraden för vindkraftverken var under 2019 drygt 34% (i riksgenomsnitt). Omräknat till fullasttimmar, alltså när verken går för fullt, blir detta ca 3 000 av årets 8 760 timmar (detta gäller individuella kraftverk i medeltal, och betyder inte att vindkraftens tillgänglighet av total, installerad vindkrafteffekt, på riksnivå, är 100% under 3 000 av årets 8 760 timmar — alla vindkraftverk går ju inte samtidigt för fullt under 3 000 timmar).

Man brukar räkna med att det blåser tillräckligt (dvs varken för lite eller för mycket) för att ett vindkraftverk (i genomsnitt) ska producera el under drygt 6 000 av årets 8 760 timmar, alltså cirka 68 procent av tiden. Under hälften av denna tid, 34%, går kraftverket för fullt, enligt ovan och under 32% av tiden (100-68=32) levererar kraftverket ingen elektrisk energi alls. Generellt gäller att endast 2% av total installerad vindkrafteffekt kan garanteras när som helst under året (dvs vid en godtycklig tidpunkt) på riksnivå (det är mycket osannolikt att det i hela landet blåser så lite eller så mycket att alla vindkraftverk i hela Sverige står still). På lokalnivå är motsvarande siffra 0% (då och då är det för lite eller för mycket vind i t ex en hel kommun eller till och med ett helt län). Våra backuppssystem måste således vara tillräckliga för att kompensera för 98% av den totala installerade vindkrafteffekten (för det fall att vindkraften endast levererar 2% av denna effekt).

Solkraften stod 2019 för mindre än 1% av Sveriges samlade elenergi och är så liten att den inte ens syns i den officiella statistiken från Energimyndigheten. Siffran kan givetvis ökas väsentligt allt eftersom solkraften byggs ut. Men den har vissa allvarliga begränsningar som är svåra att komma runt. Under halva dygnet i snitt (nattetid) levererar solkraften ingen energi alls. Solkraften har dessutom noll procent förväntad tillgänglighet under topplasttimmen, eftersom denna timme i Sverige och andra länder på höga latituder inträffar när det är mörkt. När elbehovet är som störst, levererar således solkraften noll!

För att optimera de fossilfria, icke-reglerbara energiproduktionssystemen (vind- och solkraft) är det således (vilket framgår av siffrorna ovan) mycket angeläget att hitta bättre metoder för att lagra energi. Vattenkraft, kolkraft och kärnkraft kan anpassa sin produktion efter behoven och ger därför ingen överskottsenergi som går till spillo. Vind- och solkraft producerar mest energi när det blåser starkt (men inte för starkt) eller är stark sol, men det är ju inte säkert att elbehovet är som störst när det blåser optimalt eller är starkast sol (vilket vi alldeles nyss konstaterat). Teoretiskt skulle man kunna lagra överskottsenergin från vindkraftverk och solkraftverk i batterier. Problemet är att det skulle krävas enorma batteriuppsättningar, vilket för närvarande skulle kosta oerhörda summor pengar. Dessutom är verkningsgraden hos batterier inte så hög (ca 90% hos litium-jon-batterier). Plus att vi varken har produktionskapacitet eller råvaror för de enorma batteribanker som skulle behövas. Med billigare och nya typer av batterier kan batterilagring bli ett alternativ. En lösning som föreslagits är att man, i väntan på att batteripriserna går ner, använder begagnade elbilsbatterier som lagringsmedium. Dessa har visserligen lägre kapacitet (kanske hälften av ett nytt batteri) men måste rimligen vara väldigt mycket billigare än nya batterier.

Det för närvarande mest effektiva alternativet är att man låter elöverskottet från vindkraft och solkraft pumpa upp vatten i dammar eller cisterner för att sedan ge vattenkraft vid behov (se bilderna på vindkraftverk ovan). Detta kallas ibland pumpvattenkraft och stod 2015 för 98% av all lagrad backupenergi.

Ett ytterligare alternativ som föreslagits är att bygga enorma svänghjul, som väger tiotals ton. Dessa kopplas till en elmotor, som vid överkapacitet hos elproduktionen driver svänghjulet att rotera allt snabbare. Svänghjulets axel är upphängd på luftlager (eller andra lager med låg friktion) och hjulet är inkapslat i ett nästan lufttomt utrymme, dvs luftfriktionen blir försumbar. Ett sådant hjul, som roterar snabbt, kan lagra mycket stora mängder energi. Vid lågproduktion av el (vindstilla, ingen sol) kopplas elmotorn om och fungerar som generator, vilken drivs från svänghjulet. Detta tappar fart allt eftersom man tar rörelseenergi från hjulet. Teoretiskt kan man uppnå mycket höga verkningsgrader vid en sådan konstruktion. Dessutom kräver denna lösning inga sällsynta metaller som kobolt för sin konstruktion. Irland, som har få elledningar till Europa, och som har mycket vindkraft, har installerat en backupanläggning av denna typ med ett 200 ton svänghjul som roterar i ett lufttomt utrymme. Förutom att denna anläggning ger backup så frekvensstabiliserar den också nätet vid stora belastningsvariationer (tack vare trögheten i det tunga svänghjulet).

En annan variant är att låta överskottsenergin vinscha upp enorma vikter (100-tals ton) och sedan använda den lagrade, potentiella energin (ungefär som en gammal farfarsklocka med lod). Att bygga höga torn som håller för hundratals ton blir givetvis dyrt. För att förenkla kan man använda gamla gruvschakt, i vilka "lodet" kan röra sig upp och ned. En 100 tons vikt som hissas upp 40 m har lika mycket lagrad energi som 33,3 ton fulladdade litiumbatterier (nästa generation Teslabatterier med kapacitet 330 Wh/kg). Man vinner inget i vikt, men vikten kan ju, till skillnad från litiumbatterier, tillverkas av vad som helst som är tungt och billigt; järnskrot, stenar i en behållare etc.

Personbilar står still ca 90% av tiden. Yrkesfordon körs betydligt mer men de flesta står still mer än halva dygnet. Man har därför föreslagit att man skall använda elfordonsparken som lagringsmedium. Speciellt på natten är de flesta elbilar inkopplade på nätet. Vid brist på eleffekt (vindstilla, solen skiner inte, det är natt) kan man ta ström från de inkopplade bilarnas batterier och distribuera ut på nätet och vid överskott kan eleffekten lagras i bilarnas batterier (när hela fordonsflottan är elektrifierad blir den totala batterikapaciteten avsevärd). Här finns givetvis mängder av tekniska och praktiska problem att lösa. När man behöver bilen på morgonen, vill man ju inte att batteriet skall vara urladdat eller halvladdat (beror ju lite på hur långt man skall köra under dagen). Här måste man ha ett smart system så man kan knappa in i systemet när man behöver bilen och hur laddat man vill att batteriet då skall vara (men antag att det inträffar något oväntat, som gör att man måste ha omedelbar tillgång till bilen, och batteriet då är nästan urladdat, hur gör man då?). Alla (eller snarare nästan alla) sådana här problem går givetvis att lösa och systemet blir intressant först när en stor del av fordonsflottan är elektrifierad. Största invändningen mot att använda elbilsbatterier som energibuffert är att ett batteri bara tål ett visst antal laddningscykler. Om batterierna hela tiden laddas upp och laddas ur när bilen är parkerad och inkopplad på nätet, kommer deras livslängd att dramatiskt förkortas. Något som elbilsägare knappast kommer att acceptera (utan att få någon form av ekonomisk kompensation).

Numera finns det företag som har stora batteriparker. När det är gott om el och den är billig, köper man in el och laddar sin batterier. När det sedan är brist på el och priset går upp, ja då säljer man den lagrade elen i batterierna. Avancerad AI för att avgöra när man skall köpa och när man skall sälja. "Sådan är kapitalismen" var en populär sång i Sverige på 1970-talet. Det går att göra pengar på allt. Och varför inte?

Batterier, svänghjul, pumpvattenkraft etc kan endast ge backup under en synnerligen begränsad tid. Batteribackup kanske räcker i någon timme. Svänghjul och liknande några timmar och pumpvattenkraft (beroende på anläggningens storlek) från någon timme till något dygn. Kolkraft, vattenkraft och kärnkraft kan givetvis ersätta vind- och solkraft under längre perioder.

Skulle vi ta alla batterier som finns i hela världen (och då menar jag verkligen alla) och använda dem som backup för svensk vindkraft, så skulle de kunna försörja hela Sverige med el i max ett dygn. Dvs batteribackup för ett helt lands elförsörjning är just nu inget alternativ. Kanske att vi någon gång i framtiden (om 20, 50, 100 eller 500 år) kommer att ha batterier, som bygger på en teknik vi inte har någon som helst aning om idag och vilka har miljondubbla kapaciteten. Den dagen kanske batteribackup för ett helt lands elförsörjning är ett realistiskt alternativ, men inte idag. Batterierbackup idag räcker som buffert när strömmen till ett sjukhus försvinner, för att driva de viktigaste systemen under några minuter, tills de dieseldrivna reservgeneratorerna hinner komma igång.

Ännu ett sätt att lagra överskottsproduktion av el under tider av optimal vind och/eller stark sol och samtidigt låg elförbrukning (t ex under nätter och under helger), är att man använder överskottet av el till att tillverka vätgas genom elektrolys, vilken lagras och sedan används för att driva fordon och framställa stål etc. Man kan tänka sig självgående anläggningar för vätgasframsällning, som automatiskt går igång vid elöverskott. Nackdelen här är den mycket låga verkningsgraden vid vätgasframställning (ca 56%). Alla andra backupmetoder har betydligt högre verkningsgrad än vätgas.

Man kan också lagra överskottsenergin från vind- och solkraft i form av värmeenergi. Hus och villor etc kan ha en väl isolerad vattentank på ett antal kubikmeter (3-20 m3 eller mer). Detta vatten värms upp när vi har överskottsenergi och kan sedan användas för uppvärmning (vintertid) och varmvatten och kanske också på andra sätt. Systemet kan också användas storskaligt (t ex för fjärrvärmeverk). Ersätter man vattnet med saltsmältor får man en betydligt högre energikapacitet per kubikmeter (även om det samtidigt blir dyrare).

Beträffande backupanläggningar så finns det problem med fossildrivna (kol, olja naturgas) kraftverk. De gillar inte förändringar utan föredrar att arbeta under konstanta förhållanden. Vid plötsliga behov av backupenergi är det inte bara att "sätta på" ett fossildrivet kraftverk som varit nedstängt. Har man helt stängt av ett fossildrivet kraftverk, dvs släckt i pannorna, ja då tar det lång tid innan kraftverket kan börja leverera el (det tar tid att värma upp vattnet i ångpannorna så att de kan generera tillräckliga kvantiteter högtrycksånga). Startupptiden för ett kolkraftverk som varit helt nedstängt i 48-72 timmar (48-72 h downtime) ligger på ca 6 timmar (kallas cold start-up). S k varmstart/warm-start-up (efter 8-48 timmars downtime) är ca 4 timmar och hot start-up (efter mindre än 2 timmars downtime) tar 90 minuter. Olje- och gaskraft har förmodligen något snabbare uppstarttider. En och en halvtimmes startid eller mer är ju inte acceptabelt om man vill ha en tillförlitlig och stabil elförsörjning i ett system där huvuddelen av energin kommer från sol- och vindkraft. Dessutom får man extra stora utsläpp under uppstarten. Alltså måste fossildrivna backupkraftverk vara igång hela tiden, även om de kanske kan gå på någon form av tomgång. Dvs fossildrivna backupsystem släpper ut växhusgaser och drar energi även när de inte används. Gasdrivna kraftverk finns tydligen i någon slags snabbstartversion (åtminstone på pappret), men även där kan man inte helt stänga av mellan varven. Man måste rimligen ha ånga hela tiden.

Även om ett kärnkraftverk är ganska lätt att reglera, måste det ändå gå på tomgång hela tiden, så att det finns högtrycksånga snabbt tillgänglig. Vattenkraft tycks vara det bästa backupalternativet, eftersom den kan stängas av helt och sedan svarar snabbt på pådrag (med väldigt liten eftersläpning). Kärnkraft och vattenkraft har ju dessutom fördelen att de inte släpper ut någonting alls, vare sig under uppstart eller drift. Vattenturbiner mår dock bäst av att gå på konstant varvtal, och problemet med att använda vattenkraft som backup för vindkraft är att belastningen på turbinerna då kommer att variera allt eftersom behov av backupelektricitet varierar. Detta ger stort turbinslitage, vilket enligt vissa beräkningar förkortar livslängden med 1/3. Och stora vattenturbiner är synnerligen dyra. Att byta en turbin kan kosta lika mycket som ett stort vindkraftverk.

Stora solkraftverk, av den typ som behandlas i slutet av föregående avsnitt, har ofta naturgaskraft integrerat i själva solkraftverket, som backup. Eftersom man i dessa kraftverk använder högtrycksånga för att driva generatorer, är det enkelt att komplettera med gasbrännare, som kan ta vid när solinstrålningen minskar eller upphör. Här är ju fördelen att man hela tiden har högtrycksånga tillgänglig och därför inte behöver vänta på att stora mängder vatten värms upp. Tiden för omkoppling mellan solkraft till naturgas blir i detta fall helt acceptabel. Bortsett från gasbrännarna används resten av anläggningen gemensamt av både naturgassystemet och solkraftsystemet. Den enda skillnaden är ju hur ångan hettas upp. Backupsystemet blir således synnerligen kostnadseffektivt vid den här typen av anläggning.

En gasturbin (läs mer om detta i min avdelning om flygmotorer) är i princip en jetmotor, eller snarare en turbopropmotor, där man tar ut effekten via en turbindriven axel (i stället för att man som i konventionella jetmotorer direkt utnyttjar energin i avgaserna genom att blåsa dem bakåt — se min artikel om jetmotorer för närmare förklaring). Gasturbiner utvecklar mycket stora effekter i förhållande till sin storlek och är mycket driftssäkra plus att de har hög verkningsgrad (ca 0,60). Denna typ av energikälla är ett intressant alternativ när det gäller reservkraft, eftersom de har förhållandevis korta uppstarttider. Stallbacka kraftverk i Trollhättan använder t ex svenska gasturbiner från STAL för att driva reservkraftverket. Dessa kommer upp i full effekt redan efter 8 minuter (för stora gasturbiner tar det ca 30 minuter). Ibland kombinerar man gasturbiner med en avgaspanna. Detta innebär att de heta avgaserna från turbinen används för att skapa högtrycksånga i pannan, vilken driver en ångturbin. Denna kopplas till gasturbinens axel eller driver en separat generator. På så sätt ökas verkningsgraden avservärt (eftersom man utnyttjar restenergin i avgaserna). Även om ångturbindelen inte kommer igång lika snabbt som gasturbindelen så kan man köra gasturbinen (med sämre verkningsgrad) redan efter 8 minuter och så fort det finns tillräckligt med ånga så kopplar man in ångturbinen, varvid verkningsgraden blir optimal. Det finns många intressanta lösningar när det gäller reservkraft. Skriften Jämförelse mellan olika kraftvärmeteknologier ger en utmärkt översikt över området.

Ett stort passagerarfartyg kan konsumera lika mycket el som ett mindre samhälle (ett sådant fartyg är ju helt enkelt ett flytande samhälle, som kan bestå av upp till 6 000 människor). Fartygets el genereras av stora dieselmotorer (på flera tusen hästkrafter) som driver generatorer. Sjukhus, flygplatser, vissa myndigheter och andra samhällskritiska anläggningar har ofta egna dieseldrivna reservelverk. Vid strömavbrott startar dessa generatorer automatiskt. Fördelen med dieseldrift är att uppstarttiden är kort (någon minut — under uppstarttiden drivs de mest vitala funktiorna, t ex respiratorer och hjärtlungmaskiner på ett sjukhus, av reservbatterier). Normalt används dieselelverk lokalt men kan också användas i större skala. Vissa avlägset belägna samhällen (t ex på öar) får hela sin elkonsumtion från lokala dieselelverk. Men det handlar om ganska begränsade effekter. Det är tveksamt om dieselelverk kommer att utgöra en del av hela länders backupsystem. Men vem vet. Den framtida teknikutvecklingen utgör en joker i leken och det är bäst att inte vara alltför säker på sin sak.

Vid längre strömavbrott kan stora problem uppstå när det gäller vissa typer av industrier (aluminiumverk, pappersbruk, stålverk och liknande). Sådana industrier har ofta reservanläggningar som startar upp vid elbortfall. Det kan ta lång tid att få igång processerna efter ett strömavbrott och skador kan uppkomma i t ex smältugnar och liknande. Aluminiumverk, som ofta har lika stor elförbrukning som en mindre stad, får stora problem om aluminiumsmältan hinner stelna innan strömmen kommer tillbaka. Att starta upp ett aluminiumverk kan ta över en vecka, och att förlora en veckas produktion blir väldigt kostsamt. Om elen till sådana anläggningar helt och håller kommer från vind- och solkraft, måste man således ha tillräcklig backupkraft för att hålla processerna igång under ganska lång tid, åtminstone på någon form av tomgång.

Lösningen på energilagrings- och backupproblemet kommer med all säkerhet att baseras på en blandning av olika tekniker, varav en del ännu inte är uppfunna och andra är vidareutveclingar av redan kända tekniker.

 

Vattenkraft och kärnkraft

Vattenkraft, som är både förnybar och klimatneutral, är givetvis en viktig del av vår energiproduktion sedan lång tid tillbaka och de flesta svenskar känner till ganska mycket om vattenkraft (själva principen får alla svenskar lära sig i skolan). Det känns därför överflödigt att jag här skriver en lång text om vattenkraft, men den intresserade läsaren kan själv fördjupa sig i ämnet (det är bara att googla). I inledningen till avsnittet om vindkraft ovan hittar läsaren en länk till en artikel med titel "Elproduktion — tekniker för produktion av el". Där finns en kort och pedagogisk genomgång av vattenkraft.

Kärnkraft (av typ fission, dvs kärnklyvning av uran) har vi också använt under lång tid i Sverige. Eftersom kärnkraften är kontroversiell (många klimatalarmister vill inte ha kärnkraft, trots att den är klimatneutral) finns anledning att fördjupa sig lite i detta ämne. Personligen tror jag att kärnkraft i framtiden kommer att vara en viktig del av vår energiförsörjning. Det finns dessutom en ytterligare variant av kärnkraft, fusion (sammanslagning av väteatomer), som har stor potential. Man har ännu inte lyckats konstruera fungerande fusionsreaktorer men intensivt arbete pågår. Det finns därför anledning att också diskutera fusion i detta sammanhang. Eftersom en genomgång av fissions- och fusionsreaktorer kommer att bli ganska lång (om den skall vara meningsfull), har jag valt att lägga denna i en särskild bilaga, som läsaren hittar här.

 

Elbilar

Detta leder oss in på nästa spännande ämne — elbilar. Dessa är väldigt mycket i ropet just nu och jag är själv stor vän av sådana. Moderna elbilar är tekniskt underverk, men utrymmet tillåter oss tyvärr inte att gå närmare in på några tekniska detaljer.

Ofta blandar man i sammanhanget ihop miljö och klimat. Koldioxid är t ex bra för miljön (växterna trivs bättre och växer snabbare) men (kan vara) dåligt för klimatet. Andra ämnen, t ex asbest och DDT, är skadliga för miljön (giftiga för levande varelser) men har ingen klimatpåverkan. På grund av olika faktorer, t ex den omgivande topografin, vindar eller lufttrycksförhållanden, drabbas vissa städer värre än andra av avgaser från bilar och industrier. Detta leder i vissa fall till fenomenet smog (en blandning av dimma och luftföroreningar, där kolväten, av solljuset, omvandlas till giftiga ämnen). Städer som Los Angeles, Beijing, Delhi och Mexico City drabbas då och då. Där är bilavgaserna ett verkligt gissel och kan vara direkt farliga. Men även i städer som inte drabbas av smog kan avgaserna i sig vara ett stort hälsoproblem. Elbilar är således en välsignelse för stadsmiljön. När det gäller klimatet är det lite mer komplicerat, som vi strax skall se.

Hybridbilar. Det finns många typer av hybridbilar och många varianter av varje typ (parallellhybrid, mild parallellhybrid, kraftdelad serieparallellhybrid, seriehybrid, laddhybrid m fl). Begreppet hybridbil står för en bil som använder två eller flera kraftkällor. Den vanligaste typen har en vanlig förbränningsmotor (bensin eller diesel) plus batterier och en eller flera elmotorer (kallas ibland elhybridbil). Hybridbilar kan också kombinera bränsleceller och batterier/elmotor (klicka här för en översiktlig artikel om hybridbilar).

Elbybridbilen har både batteri/elmotor och en förbränningsmotor (bensin eller diesel, men det har också tillverkats hybridbilar med gasturbin) som laddar batteriet och i många fall också kan driva bilen direkt. Elmotorn/-motorerna är ofta svaga och orkar bara driva bilen i låga farter (50 eller möjligen 70 km/h). Vissa typer av hybridbilar kan ockaå laddas från elnätet (kallas laddhybrider eller plug-in-hybrider). Batterikapaciteten är begränsad och tillåter inga längre körningar med batteridrift (maximal körsträcka på batteri är mellan 20-60 km). I allmänhet så laddar man hybridbilars batterier med hjälp av den förbränningsmotor som finns i bilen. Dvs den el som finns lagrad i batteriet har producerats genom att släppa ut koldioxid från den egna förbränningsmotorn. När man med sin hybridbil kör på motorvägen så är det normalt förbränningsmotorn som driver (samtidigt som den laddar batteriet — och därigenom drar mer bränsle och släpper ut mer koldioxid och andra ämnen, än om den bara drev bilen). När man sedan kommer in i ett samhälle och drar ner farten, går bilen ofta automatiskt över på eldrift (beroende på vilken typ av hybridbil det är och om batteriet är något så när laddat). Därigenom släpper den inte ut några avgaser inne i samhället, vilket är kalas för miljön där. När man sedan har passerat samhället och farten ökar, går bilen tillbaka till bensin- eller dieseldrift. Den släpper således ut lika mycket avgaser som en vanlig bil, men fördelen är att utsläppen inte sker i tätortsmiljön. När man vid landsvägskörning vill göra en snabb omkörning kan det hända (beroende på vilken typ av hybridbil det handlar om) att elmotorn kopplas in, och arbetar parallellt med förbränningsmotorn, för att öka accelerationen (på visa varianter av hybridbilar är förbränningsmotorn ganska svag). Sportbilar av hybridtyp har ofta ett sådant system, vilket ger anmärkningsvärda prestanda (eftersom både elmotor och förbränningsmotor i detta fall är kraftfulla).

Klimatmässigt har en hybridbil som fungerar på detta sätt ingen positiv klimatpåverkan, eftersom den släpper ut lika mycket koldioxid som om man hela tiden kört på bensin eller diesel (under landsvägskörning drar den ju mer bränsle och släpper ut mer koldioxid än en vanlig bil, eftersom förbränningsmotorn inte bara driver bilen och utan också matar in den energi i batteriet som skall driva bilen inne i tätortsmiljön).



Ovan ser vi principskissen för en parallellhybridbil. Elmotorn och förbränningsmotorn kan tillsammans (parallellt) eller var för sig driva bilen. Båda är mekaniskt kopplade till drivhjulen. Förbränningsmotorn används också för att via generatorn ladda batterierna och har oftast lägre effekt än i en motsvarande traditionell bil och kan vid behov (t ex omkörningar) få hjälp av elmotorn. (Källa: Pacarazzi, CC BY-SA 4.0)

Man försöker ta tillvara energin så mycket som möjligt. Batteriet laddas inte bara från förbränningsmotorn (eller från elnätet). Vid inbromsning kopplas elmotorerna om till generatorer som laddar batterierna, vilket gör att bilen saktar in. Batteriet laddas således med den bromsenergi som i en vanlig bil blir värme (detta är inget nytt — liknande system för inbromsning har använts av spårvagnar, tunnelbanor och pendeltåg under mer än 100 år). En stor fördel här är att man får mycket mindre bromsslitage. En del av den motorenergi som blir spillvärme i en vanlig bil används också för att ladda batteriet i en hybridbil. Många bäckar små...

Lite fysik: Det "elektriska bromssystemet" omvandlar således rörelseenergi till elektrisk energi, som lagras i batteriet. I vanliga bromsar omvandlas rörelseenergi till värmeenergi. Den energi som åtgår för att accelerera upp bilen till en viss fart får man således tillbaka vid inbromsningen. Den extra energi som förbrukas när man kör uppför en backe får man också tillbaka när man sedan får nedförsbacke (upp- och nedförsbackar brukar ju jämna ut sig i långa loppet). Friktionsförluster (friktion mot vägbanan, friktion i lager etc) får man givetvis inte tillbaka.

Trots dessa ljusglimtar är sanningen dessvärre att de flesta hybridbilar totalt släpper ut mer avgaser än en vanlig bil. När batteriet laddas från bilens förbränningsmotor, genereras elektriciteten av generatorn. Denna har en verkningsgrad på runt 0,94 (94%). Generatorn är ofta remdriven och ett sådant drivsystem har en verkningsgrad på runt 0,95. När batteriet laddas kommer en del av strömmen att bli värme (batteriet blir varmt), vilket visar att vi har förluster. När vi sedan skall köra på el tas ström från batteriet. Vi får inte ut all ström vi matat in under laddningen. Ett litium-jon-batteri (fortsättningsvis ofta förkortat till litiumbatteri) har en verkningsgrad på ca 0,90 (dvs vi får ut 90% av den energi vi laddat det med). Sedan har den elmotor som driver bilen en viss verkningsgrad, låt oss säga 0,92, Detta betyder att totala verkningsgraden i hela kedjan (remdrift-generator-laddning-lagring/i/batteri-elmotor) blir 0,95⋅0,94⋅0,90⋅0,92=0,74, dvs 74%. Vi har således 26% förluster under körning med elmotorn. Då har jag bortsett från ledningsförlusterna. Vid bensin-/dieseldrift går energin direkt från förbränningsmotor till drivaxel (gäller många men inte alla elbilstyper), i stället för via generatorrem-generator-batteri-elmotor-drivaxel.

Givetvis har vi, när vi kör på bilens bensin- eller dieselmotor, förluster i den mekaniska (eller hydraulisk-mekaniska, om vi har automatväxel) drivlinan mellan förbränningsmotor och drivhjul (koppling, växellåda, kardan, lager), men dessa är definitivt mindre än 26%. Enligt vad jag kunnat inhämta ligger de på 6-7% vid framhjulsdrift, 8-10% vid bakhjulsdrift och 14-20% vid fyrhjulsdrift. Jag har också sett högre siffror, t ex 8-15% vid framhjulsdrift. Under alla förhållanden tycks en mekanisk drivlina ha betydligt lägre (eller i varje fall lägre) förluster än en elektrisk drivlina (generator-batteri-elmotor).

En modern bensinmotor har en verkningsgrad på runt 0,30-0,35 medan en diesel ligger strax över 0,40. Men detta spelar ingen roll i sammanhanget, eftersom en hybridbil använder samma drivkälla (hybridbilens förbränningsmotor) både för att ladda batteriet och för att driva bilen direkt (vi bortser då från laddhybrider — se diskussion nedan).



Ovan ser vi principskissen för en seriehybridbil. Förbränningsmotorn har ingen mekanisk koppling till drivhjulen. På vissa seriehybridbilar laddas batteriet huvudsakligen från elnätet och förbränningsmotorn (som då är ganska svag) används som "räckviddsförlängare", dvs som ett slags reserv. Teoretiskt skulle man också kunna driva elmotorn direkt från generatorn och det är möjligt att det finns sådana konstruktioner, men det känner jag inte till. Vissa modeller har en elmotor för vart och ett av de två drivhjulen och slipper då ha kardanaxel och differential. Andra modeller har elmotorer på alla fyra hjulen och får på så sätt fyrhjulsdrift utan komplicerade växellådor. En sådan lösning ger mycket god kontroll över alla drivhjulen och fungerar dessutom som differentialspärr. (Källa: Pacarazzi, CC BY-SA 4.0)

Det finns som sagt många varianter av hybridbilar. På vissa hybridbilar har förbränningsmotorn ingen mekanisk kontakt med drivhjulen, utan dessa drivs alltid av elmotorn (elmotorerna). Detta kallas seriehybridbil (bilden ovan) När man "kör på förbränningsmotorn", driver denna generatorn, som laddar batterierna, vilka driver elmotorerna, som driver bilen. Motorns enda uppgift är således att ladda batterierna. Detta är mindre effektivt än att driva hjulen direkt via förbränningsmotorn (på grund av ovannämnda förluster i generator, kablar och elmotor). Fördelen är att man slipper växellåda och en del andra delar, vilka tar plats och är tunga (har man en elmotor på varje drivhjul, slipper man också kardan). En ytterligare fördel med denna konfiguration är att förbränningsmotorn, eftersom den inte är direkt kopplad till drivhjulen, hela tiden kan arbeta på sitt optimala varvtal, där den är som mest effektiv (oberoende av om bilen kör fort eller sakta eller står still). Man får då lägre bränsleförbrukning och därmed mindre utsläpp.

Ovan har visats att en hybridbil, som laddas med den egna förbränningsmotorn och sedan körs på denna el, är en större klimatbov än en ren bensin-/dieselbil. Att ladda hybridbilen direkt från elnätet i stället för med motorn låter sig som sagt göras på vissa hybridbilar men har begränsad effekt, eftersom hybriden har så kort körsträcka på grund av sin ringa batterikapacitet. Hybridbilar är således generellt dåliga för klimatet men bra för den lokala miljön. Undantaget är om man nästan enbart kör korta sträckor och har en laddhybrid och har tillgång till laddning med fossilfri el. I detta fall är hybridbilen både miljö- och klimatsmart.

Beträffande laddbybrider så visar statistik att de flesta ägare aldrig laddar bilen från elnätet, utan enbart genom bilens fossildrivna motor. De har antagligen köpt sin bil, inte av klimat- eller miljöskäl, utan på grund av de förmåner som elbilar ger (inköpspremie på upp till 60 000 kr, lägre fordonsskatt etc). Kanske också statusen av att köra klimatsmart och därmed tillhöra "de goda" bidrar. Svårigheten att hitta laddstolpar ökar ju inte direkt benägenheten att ladda bilen från nätet. Speciellt gäller detta den som inte bor i villa och har eget ladduttag. Men med ökande bensin- och dieselpriser och fler och fler laddstolpar kommer situationen antagligen att ändras till det bättre.



En Tesla 3. Kostar mellan 420 000 kr och 780 000 kr beroende på prestanda (olika modeller av Tesla 3 har t ex olika batterikapacitet) och utrustning.

Dedikerade elbilar (jag menar då sådana som enbart drivs från batterier. vilka laddas från elnätet) är bra både för klimat och miljö. Men beroende på i vilken del av världen man bor. så finns det grader i miljö- och klimathimlen. I vissa länder kommer större delen (ja kanske t o m 100%) av elen från kolkraftverk. I detta fall släpper elbilen ut ungefär lika mycket koldioxid som en bil med förbränningsmotor (vi har en hel del förluster i kedjan kraftverk-kraftledning-upp-och-ned-transformeringar-batterilagring etc). Enda skillnaden är att utsläppet sker genom kolkraftverkets skorstenar och inte bilens eget avgasrör.

Även rena (dedikerade) elbilar bromsar elektriskt genom att koppla om motorerna till generatorer (vilket beskrivits ovan i samband med hybridbilar). Batterierna laddas således inte bara från elnätet utan också vid inbromsningar. På så sätt ökar man räckvidden något.

Generellt kan man säga att elförbrukningen hos en elbil av personbilstyp ligger runt 1,5-2 kWh/mil. Dvs ett batteri på 50 kWh räcker för att köra ca 25-33 mil. Batterikapaciteten hos Tesla 3 ligger t ex på 50-75 kWh (beroende på vilken modell och batteriuppsättning kunden väljer). Motsvarande siffror för Volvo Polestar är 64-78 kWh.

Batteriet hos en modern personbil har en spänning på 12 V. Elektrisk effekt är lika med spänning gånger ström. Vid hög effekt och låg spänning blir strömmen därför väldigt stor. Vilket kräver mycket grova ledningar (annars blir värmeförlusterna i ledningarna oacceptabla). Elmotorn i en elektriskt driven bil har mycket hög effekt (jämfört med förbrukarna i en vanlig bil, där startmotorn är den som drar mest), varför man tvingats välja en mycket högre batterispänning än 12 V. Den vanligaste motorspänningen hos hybrid- och elbilar är 400 V. Dessa bilar har också ett 12-voltsnät för strålkastare, datorsystem, fläktar etc).

I mobiltelefoner har vi litiumbatterier. Den som varit ägare av en mobiltelefon några år vet att batteriet börjar degraderas efter första året. En telefon, som när den var ny höll laddningen under ett par dygn, måste kanske laddas flera gånger under dygnet efter 2 år (om man surfar med den). Och efter 3 år köper ägaren ofta en extern batteripack för att kunna ladda batteriet då och då under dagen. Eller också köper man en ny telefon. Rimligen måste litiumbatterier i elbilar lida av liknande svagheter. Även om man kanske använder legeringar och elektrolyter som är mer optimala än i mobilbatterier, kommer också en elbils batteri att tappa i lagringskapacitet efter några år.

Enligt vad branschen uppger, förväntas en elbils batteri hålla i minst 5 år. Ofta har batteriet en garatitid på 5-8 år. Enligt en studie från 2014 tappar ett litiumbatteri halva sin laddningskapacitet efter 1000 laddningscykler. Om man mest kör korta sträckor, kanske man laddar en gång i veckan. I så fall kan man köra i 19 år innan batteriet tappat halva sin laddningskapacitet (laddar man två gånger i veckan halveras denna tid etc). Å andra sidan kanske man vill byta sitt batteri långt innan, eftersom halva körsträckan kanske inte uppfyller de krav man har.
Observera att ju mindre ett batteri är urladdat när det laddas desto mindre tappar det i kapcatitet per laddning. Dvs om ett batteri normalt är halvladdat eller mer när man laddar det, klarar det således fler laddningar innan det degraderats till en viss procent av originalkapaciteten.
En taxi av märket Nissan Leaf (en elbilsmodell) rapporterade ett tapp på endast 12% av batterikapaciteten efter 16 000 mils körning. Att elbilsbatterier tycks hålla längre än mobiltelefonbatterier menar man beror på att elbilsbatterier aldrig laddas till 100%. Systemet tillåter helt enkelt inte laddning till 100% utan visar batteriet som fulladdat redan vid 95% (på vissa elbilar kan man aktivera en rage mode som tillåter laddning till 100%). Helt enkelt för att spara batteriet. Nu kan man givetvis misstänka att branschen anger optimistiska siffror, eftersom de vill sälja elbilar. Om 10 år har vi facit i handen. Men om 10 år har säkert mycket förändrats på ett sätt som vi inte ens kan gissa idag.
Ett litiumbatteri åldras inte bara av antalet uppladdnings-/urladdningscykler. Dess livslängd påverkas också av ålder (dvs tid), värme, djupurladdningar (dvs att man nästan helt tömmer batteriet, vilket lätt kan bli fallet vid körsträckor på gränsen till bilens räckvidd) och om batteriet laddas fullt (vilket således laddningsautomatiken undviker, enligt vad som förklarats ovan). Att den taxi som nämns i föregående stycke tappade så pass lite som 12% batterikapacitet under 16 000 mils körning, kan ju bero på att det handlade om ett relativt kallt klimat och en kort tidrymd (ett par år — för en vanlig bilist tar det 10-15 år att köra samma sträcka). Enligt en artikel i Ny Teknik (18/12 2019) så tappar elbilsbatterier 2,3% av sin kapacitet per år (siffran kommer från en studie av 6 300 elbilar under totalt 1,8 miljoner dagar). Observera, det framgår inte klart om den senare siffran (2,3%) enbart gäller åldrande (i tiden) eller om degradering på grund av laddcykler är inräknat. Förmodligen är laddcyklernas påverkan (för en genomsnittsbil) inräknade, eftersom 2,3% om året under 20 år ger en degradering till 62% av den ursprungliga kapaciteten. Detta innebär att en elbil med 241 km räckvidd har tappat 27 km efter fem år. För en bil med räckvidd 500 km minskar körsträckan med 55 km under samma tidsperiod. Efter 10 år blir tappet ungefär det dubbla och efter 20 år återstår drygt 60% av batterikapaciteten (antagligen högt räknat).

Detta leder oss in på nästa viktiga fråga — Vad kostar det att byta batteripacken till en elbil? Batterikostnaden har legat runt 350 USD/kWh (ungefär 3000 kr/kWh) men är på väg ner och man räknar med att priset kommer att ligga runt 150 USD/kWh (1250 kr/kWh) år 2025. Vid den senare siffran är en elbil kostnadsneutral jämfört med en konventionell bensin- eller dieselbil. Maximal batterikapacitet för Tesla 3 är 75 kWh, vilket med det högre batteripriset (350 USD/kWh) skulle ge en batterikostnad på ca 200 000 kr. Att behöva byta batteri en gång var 8:e eller 15:e år blir med andra ord en tung utgiftspost. Men med sjunkande priser på stora litiumbatterier blir elbilar givetvis ett alltmer attraktivt alternativ.

Ett problem med elbilar är den relativt begränsade körsräckan. Idag finns elbilar som kan köra ca 50 mil (möjligen något längre). De flesta har dock betydligt kortare körsträckor (23-40 mil). Och detta är när batteriet är nytt. Och sedan har vi problemet med "tankning". En bensin- eller dieselbil tankar vi på några minuter. Att ladda ett stort batteri på en elbil tar betydligt längre tid än så (även om man snabbladdar).

Att ladda en elbil med vanlig hushållsel tar 8-12 timmar. För den som bor i villa är detta ett enkelt och billigt alternativ. Man kan också skaffa en egen laddstation för elbil, vilket gör att laddningen går snabbare (en sådan laddstation måste anslutas till trefas). Den som bor i lägenhet är normalt hänvisad till de laddstationer som finns vid parkeringsplatser eller eventuellt på arbetsplatsen. På ett växande antal platser finns snabbladdstationer, vilka har högre spänning och kan ge betydligt mer laddström. Med en sådan kan man ladda en elbil på mindre än en halvtimme (laddtiden beror givetvis på hur urladdat batteriet är när laddningen påbörjas). Snabbladdstationer finns, förutom på mackar, ibland vid snabbmatsrestauranger (och detta kommer säkert att bli standard relativt snart), och då kan man kombinera "tankningen" med ett mål mat. Enligt den ovan citerade artikeln i Ny Teknik så påskyndar dock regelbundna snabbladdningar batteriernas åldrande avsevärt. Detta i kombination med ett hett klimat snabbar upp åldrandet ännu mer. Under en sexårsperiod kan batterierna då förlora 10% av sin kapacitet (utöver den normala minskningen av kapaciteten på grund av uppladdningar/urladdningar och åldrande). Snabbladdning av en elbil vid låg temperatur (antingen i ett kallt klimat eller att det finns möjligheter att kyla batteriet under laddningen) verkar dock inte påverka batteriets livslängd speciellt mycket.
Jag hittade en video (25 min) som innehåller en del intressant information. För Tesla 3 och Tesla Y ligger batterikostnaden på mellan 21% och 24% av inköpspriset, dvs mellan 88 000 och 187 000 kr (olika modeller av Tesla har olika stor batterikapacitet). Köper man en begagnad elbil kan således ett batteribyte bli en utgift av samma storleksordning som vad man betalat för bilen. En hyfsat bra begagnad Nissan Leaf kostar t ex (enligt videon) runt 8 000 USD. En ny batteripack till denna bil kostar 5 500 USD. Vid köp av begagnad elbil måste man tänka på att körsträckan påverkar batterikapaciteten (eftersom längre körsträcka innebär fler laddningar). Enligt en undersökning som involverar 2 000 Nissan Leaf så har batterikapaciteten minskat till 70% av originalkapaciteten efter 8 år. Liknande undersökningar på Tesla modell S ger att batterikapaciteten gått ned till 90% efter 6-8 år. En anmärkningsvärt bra siffra! Teslabilens batteri har således degraderats betydligt mindre än Nissan Leaf. En del av förklaringen är att Teslabilens betydligt längre räckvidd gör att den inte behöver laddas lika ofta (vid liknande körning).
Angående laddning så finns flera olika typer av laddkontakter. Elibilsägaren måste således ha med sig en uppsättning sladdar eller adapters för att vara säker på att kunna ladda på alla laddstationer (klicka här för en översiktlig artikel om olika laddkontakter).

Vid långresor (typ Stockholm-Umeå eller längre) kan inte någon av dagens elbilar konkurrera med en konventionell bil. Här framstår vätgasdrivna bilar och bilar med bränsleceller som betydligt bättre alternativ (eftersom dessa kan tankas ungefär lika snabbt som en vanlig bil).

Batterier är temperaturkänsliga. Vid låga temperaturer minskar kapaciteten avsevärt, vilket ger sämre räckvidd. Elbilar har därför uppvärmda batterier. När bilen är parkerad och laddas och det är låg yttertemperatur, drivs batteriuppvärmningen från elnätet. Vid körning ger batteriet ström till batteriuppvärmningen. Här har vi således en förlust (förmodligen inte så stor och dessutom endast under den kallare delen av året). Observera att vissa elbilar, som nämnts ovan, också har batterikylning för att minska skadeverkningen vid snabbladdningar!

En nackdel hos elbilar är att de inte kan bogseras. Ett skäl till detta är att motorerna vid bogsering kommer att fungera som generatorer och batterierna riskerar då att överhettas (vid längre bogseringar). För att förflytta en elbil, utan att använda bilens egna motorer, måste den därför antingen placeras på ett flak eller bogseras av en bärningsbil, där antingen fram- eller bakhjulen är upphissade och hjulen på den andra axeln kopplade till en dollyvagn (som gör att den delen av bilen rullar på dollyvagnens hjul och inte på elbilens hjul). Korta sträckor kan en elbil bogseras i låg fart. Tesla har t ex som gräns max 10 m och högsta hastighet 5 km/h.

Sammanfattningsvis kan vi konstatera att utveckling pågår. Litiumbatterier kommer att bli billigare, få högre kapacitet, åldras långsammare och kunna laddas snabbare allt eftersom tiden går. Dessutom kommer vi säkert att få se helt nya batteriteknologier (se t ex denna intressanta artikel) och kanske nya effektivare typer av elmotorer. Eller att batterierna ersätts av nästa generation bränsleceller eller något annat vi ännu inte känner till. Det råder knappast någon tvekan om att elbilar i någon form har framtiden för sig. Och oavsett vad vi anser om den globala uppvärmningen så är detta under alla förhållanden utmärkt för tätortsmiljön.

 

Elbilar — en realistisk kalkyl

Tittar vi enbart på "bränslekostnaden" (dvs vad den el som laddar batteriet kostar) så är denna post mycket gynnsam när det gäller elbilar. Den siffra som ges brukar ligga runt 1-2 kr/mil. För en bensin-/dieselbil handlar det om 10 kr/mil och uppåt och för en bil med bränsleceller ca 9 kr/mil.

Miljömässigt är elbil och hybridbil utmärkta alternativ. Klimatmässigt beror det på vilket land vi talar om (hybridbilar som enbart laddas från sin egen förbränningsmotor har ingen klimatfördel alls, snarare tvärtom). I ett land som Sverige, där nästan all el är utsläppsfri, är givetvis en ren elbil synnerligen klimatsmart. Men skall vi vara ärliga måste vi också, precis som i fallet vindkraft, titta på helhetsbilden och räkna in utsläpp och energiförluster i samband med tillverkningen av bil inkluderande batterier. Moderna elbilar använder inte blybatterier utan någon typ av litiumbatterier, vilka har mycket större lagringskapacitet per kilogram batteri och en del andra fördelar. Råvarorna till dessa batterier är sällsynta och svåra och energikrävande att ta fram och processen ger stora utsläpp (och andra typer av miljöförstöring) plus att arbetarna ofta arbetar under vidriga förhållanden. Björn Gillberg, den gamle tappre miljökämpen, redovisar lite siffror i en video han gjort. Dessa bygger på livscykelanalyser som Volkswagen tagit fram för sin VW Golf TDI diesel respektive elversionen av samma bil. Att tillverka en sådan bil innefattar brytning av järnmalm, framtagande av litium (om kalkylen gäller elversionen) och andra sällsynta metaller, uppumpande av olja och sedan långa transporter av dessa produkter. Förädling av denna malm till stål och legeringar och oljan till plast och smörjoljor etc, etc kräver mycket energi och ger stora utsläpp, vilka måste räknas in i bilens miljöprotokoll (detta har antytts ovan i samband med diskussionen om vindkraftverk). Om man slår ut de CO2-utsläpp (koldioxidutsläpp), som görs under tillverkningscykeln, på de första 20 000 milen av bilens körsträcka, så får vi följande:

VW Golf TDI Dieselversionen — 29 g CO2/km
VW Golf TDI Elversionen — 57 g CO2/km

Dessa utsläpp är således relaterade till tillverkningsprocessen. Elversionens betydligt högre utsläpp (nästan dubbelt så mycket) härrör från batteritillverkningen.

När man sedan kör bilen tillkommer utsläpp från dieselmotorn respektive utsläpp i samband med produktionen av den el som driver elbilen. Tittar vi på totala utsläppet per kilometer (inkluderande körning och tillverkning) får vi följande siffror för de första 20 000 milen av bilens körcykel:

VW Golf TDI Dieselversionen — 140 g CO2/km
VW Golf TDI Elversionen — 119 g CO2/km

Beträffande den el som elbilen laddats med så har man i kalkylen utgått från en EU-mix (en för EU-området representativ blandning av kolkraft, vindkraft och kärnkraft). Elbilen släpper således ut 21 g CO2 mindre per kilometer. En förbättring, javisst, men relativt blygsam. Den har definitivt inte noll-utsläpp.

Tittar vi på Sverige, där vi har i stort sett helt ren el (kärnkraft och vattenkraft och vindkraft), får vi ett helt annat läge:

VW Golf TDI Elversionen — 59 g CO2/km

dvs en dramatisk förbättring jämfört med dieselversionen (81 gram mindre CO2 per kilometer). I detta fall kommer elbilen verkligen till sin rätt. Å andra sidan finns givetvis många länder där nästan all el kommer från kolkraft. I detta fall blir elbilen, som konstaterats ovan, inte mer klimatsmart än en dieselbil. Det finns dock en skillnad; ett stort kolkraftverk kan ha mycket mer avancerad avgasrening än vad en bil kan ha. Men själva koldioxidutsläppet går inte att ta bort med dagens teknik (annat än genom att lagra den producerade koldioxiden någonstans). Forskning pågår om detta, men det lär dröja åtskilliga decennier innan sådana lösningar blir standard.

Ovan har vi räknat på 20 000 mil. Efter dessa mil har således elbilen, i kalkylen ovan, betalat av sin energi- och utsläppskostnad från tillverkningscykeln och börjar då verkligen gå med klimatvinst. Kan man i alla fall tycka. Problemet är att man förmodligen under dessa 20 000 mil måste byta batteripack minst en (ja kanske flera gånger). Kör man 1200 mil/år (vilket är en ganska normal körsträcka) tar det nästan 17 år att komma upp i 20 000 mil. Om vi säger att man måste byta batteri vart åttonde till tionde år, innebär 17 år 1 eller 2 batteribyten (se också diskussion ovan). Och batteritillverkningen är ju den största miljö- och klimatboven av dem alla! Dvs elbilen fortsätter att släppa ut koldioxid och förstöra miljön under hela sin livslängd, även om den laddas med fossilfri el hela tiden.

 

Mer om elbilar

På en vanlig bil ger motorn en massa spillvärme, vilket i och för sig innebär en förlust. Men när det är kallt ute, används spillvärmen för att värma upp kupén och avvisa rutorna och kommer således till nytta. En elbil måste dra energi från batteriet för att göra samma sak, vilket kommer att minska körsträckan en hel del under den kalla årstiden. Efter vad jag läst så installerar vissa elbilsägare av detta skäl bensin- eller dieselvärmare. Dessa är dessvärre inte klimatneutrala.

Det finns andra mörka moln på elbilshimlen, trots de goda siffrorna för länder som Sverige. Hälften av elen i Sverige kommer från kärnkraft. Där produceras radioaktivt avfall med uppenbara problem när det gäller förvaring. Vissa av de radioaktiva avfallsprodukterna måste förvaras i upp till hundratusen år innan deras radioaktivitet klingat av tillräckligt. Detta är således avigsidan av elbilen. Inte av elbilen per se, men utan kärnkraft blir det svårt att få elbilsekvationen att gå ihop. Åtminstone på kort sikt. Det finns dock en ljusning vid horisonten, eftersom framtida teknologier bl a kommer göra det möjligt att snabba upp det långlivade kärnkraftavfallets sönderfall avsevärt (detta diskuteras i bilagan om kärnkraft).

I USA kommer 50% av elen från olje-/gas-/kolkraft, 25% från vattenkraft och 25% från kärnkraft. Räknar man på denna elmix så har dieselbilen faktiskt mindre utsläpp per kilometer under de första 20 000 milen än elbilen. När allas vår Greta gjorde sin bejublade USA-resa, åkte hon runt i USA med en Tesla. Körsträckan var 800 mil. När Gillberg gör motsvarande kalkyl som ovan för en Tesla, så får han ett utsläpp på 142 g CO2/km, vilket är 2 gram mer per kilometer än om Greta åkt runt med en VW Golf TDI Diesel! Dvs att åka Tesla handlade mer om godhetssignalering än att verkligen minska utsläppen. Precis som Gretas seglingar över Atlanten, vilka genererade betydligt mer utsläpp av växthusgaser än om hon och hennes pappa hade rest med trafikflyg.

Den segelbåt som användes för Gretas seglingar över Atlanten var en 60 ft (18 m) lång, mycket extrem segelbåt. Till den plast och kolfiber som använts för att tillverka båt och segel, har det givetvis gått åt stora mängder fossila produkter. Räknar vi på denna segelbåts klimatavtryck från tillverkningscykeln (som vi gjort ovan på VW Golf) så blir detta avservärt. Dessutom fick man flyga 2 besättningsmän över Atlanten för att ta hem båten (efter Gretas resa från Europa till USA). Och även om man nu tjänade en del klimatpoäng på att segla (vilket inte är säkert att man gjorde) så tillkommer frågan, "Hur många människor har sådana resurser när de skall ta sig till USA?" För det första, hur hittar en vanlig människa en segelbåt som kan ta en fram och tillbaka över Atlanten? Bara resan fram och tillbaka tar dessutom 4 veckor (om allt är optimalt, vilket det sällan är). Plus att väldigt många människor skulle tycka att en sådan resa är alldeles för tuff (sjösjuka, obekvämt, allting hoppar och far etc — jag talar då om resor med segelbåtar, i framtiden kanske vi seglar över oceaner med stora segelfartyg, vilket diskuteras längre fram i denna text).

Nu anklagar jag inte Greta, hon var säkert i god tro. Problemet är att den som arbetar utifrån god tro, inte är någon profet värd att lyssna på. Då sker ju också "profetens" profetior i god tro (dvs litande på någon annan och inte utifrån egen kunskap och förståelse).

En ytterligare aspekt på detta med elbilar är varifrån vi skall få all el som behövs för laddningen. I sin video säger Björn Gillberg att om alla bilar i Sverige skulle bytas ut mot elbilar, så skulle vi behöva två ytterligare kärnreaktorer. Några forskare på KTH räknade för några år sedan ut att det till och med skulle behövas 5 nya kärnreaktorer. Oavsett vem som har rätt så har vi i Sverige eller inom EU inte tillräcklig med elproduktion för att försörja en hel fordonsflotta med elbilar. Och att bygga ut vindkraften för att ladda alla dessa elbilar, ja det skulle behövas väldigt, väldigt många vindkraftverk.

I slutet av 2019 hade Sverige drygt 4 000 vindkraftverk. Att helt ersätta alla Sveriges 10 kärnreaktorer (vilka levererar 60 Twh/år) med vindkraft, skulle kräva ytterligare 30 000 (60000/2) vindkraftverk av standardstorlek (vilka levererar 2 Gwh/år). I och för sig så blir vindkraftverken större och större och kan leverera mer effekt, men då blir ju ansträngningen att bygga ett sådant motsvarande större.

Kärnreaktorer som byggs idag har en garanterad livslängd på 60 år medan ett vindkraftverk har en garanterad livslängd på 20 år (i praktiken 12-15 år). Dvs för att ersätta en modern kärnreaktor krävs inte 3 000 utan 9 000 vindkraftverk (eller snarare 12 000 vindkraftverk, eftersom nybyggda kärnreaktorer har en förväntad livslängd av 80 år). Siffran 30 000 ovan skall således ersättas med 90 000 (vindkraftverk), eller i praktiken 120 000. Åtminstone om vi anlägger ett långsiktigt framtidsperspektiv.

Ett stort problem (som diskuteras i avsnittet om energilagring och backup) är att vindkraften är oregelbunden och att för närvarande bara en bråkdel av eventuell överskottsproduktion kan lagras. Vi behöver backup- och lagringsanläggningar, vilka kan leverera lika mycket effekt som alla dessa vindkraftverk, när det inte blåser (och tillåter vi inte kärnkraft och eftersom vattenkraften inte går att bygga ut ytterligare, vad skall vi ha då ha som backup — kolkraft?). Ibland kan det producerade överskottet exporteras till våra grannländer, men om deras vindkraftparker snurrar för fullt har de inget behov av att importera. Motsvarande gäller ju också åt andra hållet. Och är det svaga vindar i hela norra Europa, ja då finns varken el att exportera eller importera. Och då återstår bara lagrad energi (som idag nästan helt lyser med sin frånvaro) och backupanläggningar (varav en del kommer att spy ut mängder av koldioxid).

Dessvärre finns ännu fler mörka moln på elbilshimlen. Huvudsakligen så laddas elbilar nattetid och detta kommer att vara fallet under många många år framåt, ja kanske under decennier (av de som tar bilen till arbetet så har få möjlighet att ladda dagtid). För många abonnenter är dessutom kWh-priset betydligt lägre nattetid än dagtid, vilket gör att man ändå föredrar att ladda nattetid, även om bilen står hemma under dagen (jag talar här om de som har tillgång till eget ladduttag, antingen att man bor i villa eller har garage- eller parkeringsplats med eluttag). Ett stort problem är då att under natten så ger solkraft (av uppenbara skäl) ingen energi alls. När det gäller vindar så har vi olika mekanismer som genererar vindar. En sådan är tryckskillnader i atmosfären (relaterade till hög- och lågtryck), där luften strömmar från högre till lägre tryck. En ytterligare vinddrivande mekanism går under namnet sjöbris. Denna blåser dagtid, under den varma delen av året (ibland kraftigt) från havet in mot land (på grund av att marken värms upp mer än vattnet, varvid luften över land stiger uppåt och drar in luft från havet). Detta har en stor effekt för vindkraftverk som står i kustnära områden (vare sig på land eller i vattnet). Summa summarum blir att på natten, när merparten av elbilarna laddas, bidrar solkraften med noll energi och vindkraftens bidrag minskar ofta, och har vi för tillfället inga lufttryckdrivna vindar, ja då blir det vindstilla på natten, dvs varken sol- eller vindkraft levererar någon energi. Detta leder till att större delen av den energi som elbilarna laddas med kommer från kärn-, vatten- eller kolkraft (eller andra fossildrivna kraftverk). Och när Sverige nu lägger ner sina kärnkraftverk så återstår vatten- och kolkraft. Och vattenkraften ensam är otillräcklig och kan inte byggas ut mer (av miljö- och naturvårdsskäl). Vilken typ av energi kommer vi då att ladda våra elbilar med? När vi så småningom, kanske om 5-10 år, får realistiska tekniker för att lagra energi, kommer situationen att förbättras, eftersom man då kommer att kunna lagra eventuella överskott från sol- och vindkraft. Men för närvarande utgör ovanstående ytterligare en plump i elbilsprotokollet.

En mycket viktig komponent i litium-jon-batterier är den sällsynta metallen kobolt. Det finns visserligen andra typer av litiumbatterier, som inte innehåller kobolt, men dessa har sämre kapacitet. Efterfrågan på kobolt har ökat dramatiskt på grund av det snabbt växande intresset för elbilar. Man har försökt att ersätta kobolten i batterierna med andra material men ännu inte lyckats. Kobolt är ofta en biprodukt vid storskalig gruvhantering, t ex brytning av koppar och nickel. Kongo står för 64 procent av koboltproduktionen i världen. I Afrika är dessvärre en stor del av koboltbrytningen småskalig och manuell med stort lidande och mänsklig misär som följd. Inkluderande barnarbete. Många, inte minst barn, dör eller skadas svårt när de, utan säkerhetsanordningar och skydd, ger sig ner i djupa, handgrävda hål som när som helst kan kollapsa. Aftonbladet uppmärksammade på problemet i en artikel i början av år 2020. Läs den! Där kallar man litium-jon-batterier för "blodsbatterier".

 

Vätgasdrivna bilar

Låt mig börja med att klargöra ett vanligt missförstånd i sammanhanget. Ofta säger man att vätgasbilar har flytande väte i sina tankar. Detta är i alla flesta fall helt fel.

Det finns f n tre sätt att lagra vätgas:

1. Som gas under mycket högt tryck (350-700 bar).
2. I flytande form, dvs som vätska (vid -253°C).
3. I form av ammoniakboran.
(1 bar är ungefär lika med lufttrycket vid havsytan)

Alternativ 1 kräver mycket kraftiga behållare, med tanke på det höga trycket och explosionsrisken. Ett ytterligare problem är att vid direktkontakt mellan vätgas och metall tränger vätgasen in i metallen varvid denna försprödas. Väggarna i behållare för vätgas måste därför vara väldigt tjocka (på grund av risken för försvagning genom vätgasinträngning) plus att de måste överdras med ett tjockt skyddslager på insidan för att förhindra kontakt mellan vätgas och metall (som dubbel säkerhet). Något som ytterligare ökar tyngden hos behållarna. Speciellt för flygplan, där vikten spelar stor roll, är detta en mycket stor nackdel.
Alternativ 2 kräver att man måste kyla ned vätgasen till ca -253°C och sedan hålla denna temperatur. Detta kräver mycket avancerad teknik och f n är det inte realistiskt att installera sådan teknik på vanliga personbilar.
Beträffande alternativ 3 så pågår forskning på att förvara vätgasen i form av ammoniakboran (kemiskt: amminetrihydridoboron). Detta är en vit eller färglös, fast substans. Vätet är kemiskt bundet i denna substans och genom speciella membran kan man sedan få fram vätgasen. Fördelen är att ammoniakboran inte är lika farligt att handskas med som vätgas. Forskning pågår på detta alternativ.

I vätgasbilar/-bussar används således alternativ 1. Jag gissar att samma sak kommer att gälla för vätgasdrivna fartyg, tåg och flygplan. Åtminstone under överskådlig tid framåt.

Vätgas kan användas antingen direkt som bränsle (i en anpassad förbränningsmotor) eller i bränsleceller (som fungerar som batterier och som "laddas" genom att man fyller på vätgas).

Låt oss jämföra dessa två varianter av vätgasbilar:
1. En vätgasbil, där vätgasen användes direkt i en anpassad förbränningsmotor (fortsättningsvis kallar vi sådana för direktdrivna vätgasbilar), har några nackdelar. Vid förbränningen bildas huvudsakligen vatten (som f ö är en växthusgas precis som koldioxid) men det bildas också farliga kväveoxider, Dvs en sådan bil har miljöfarliga utsläpp (även om dessa kanske är mindre än kväveoxidutsläppen från en konventionell bensin-/dieselmotor). För det andra har den dålig verkningsgrad, ca 0,25 eller mindre (en bensinmotor har som visats ovan ca 0,30-0,35 och en diesel drygt 0,40). En fördel med direkt vätgasdrift är att en sådan bil blir ganska mycket billigare i inköp än en vätgasbil med bränsleceller.
2. En vätgasbil med bränsleceller använder bränslecellerna för att generera elektricitet, vilken driver bilen via elmotorer (dvs det handlar helt enkelt om en elbil med bränsleceller i stället för batterier). Bränsleceller har en verkningsgrad på runt 60% och räknar vi in förluster i elmotorn (vilka är små) och i drivlinan, får vi en total verkningsgrad på runt 50%, dvs 0,5. Detta är dubbelt så högt som för en direktdriven vätgasbil (med verkningsgrad 0,25 — egentligen mindre än så, om vi tar hänsyn till förlusterna i den mekaniska drivlinan) och betydligt bättre än verkningsgraden hos bensin- och dieselbilar. En nackdel hos bilar med bränsleceller är att initialkostnaden blir hög.
Beträffande de angivna verkningsgraderna ovan så är det hela mer komplicerat än vad som framgått. Vi har nämligen bortsett från att vi har förluster vid vätgastillverkningen, vilket man givetvis måste ta hänsyn till om man vill göra en ärlig bedömning. I den följande texten ges de totala verkningsgraderna för de två typerna av vätgasbilar, där hänsyn tagits till samtliga faktorer.
Båda dessa typer av vätgasbilar har vissa gemensamma nackdelar jämfört med fossildrivna fordon. En sådan är att energidensiteten hos högkomprimerad vätgas bara är ca 2,8 kWh/liter medan bensin och diesel har 9,5 respektive 10,7 kWh/liter (i bilar används, som nämnts ovan, väte under mycket högt tryck, vilket har något lägre energidensistet än flytande väte). För samma energiinnehåll krävs alltså 3,8 gånger större volym av vätgas än av dieselbränsle. En 50-liters tank med dieselolja svarar således ungefär mot en 200-liters tank med högkomprimerad vätgas. En vätgasdriven bil måste med andra ord använda en betydligt större del av bilens utrymme för att lagra bränsle jämfört med en konventionell, fossildriven bil (med samma storlek och räckvidd). Denna nackdel blir extra märkbar vid direktdrivna vätgasbilar på grund av deras låga verkningsgrad, men kompenseras i någon mån när det gäller bränslecelldrivna vätgasbilar (på grund av bränslecellernas höga verkningsgrad). En ytterligare faktor är att vätgas (än så länge) är dyr att framställa och det blir därför dyrt att köra en vätgasbil (om inte staten bidrar på något sätt). Vätgasbilar släpper inte ut koldioxid men släpper i stället ut stora kvantiteter vattenånga, vilken också är en växthusgas. Så en vätgasbil är inte klimatneutral. Vattenångans inverkan på klimatet är inte exakt känd så frågan återstår huruvida en vätgasdriven bils klimatavtryck är lika stort som en fossildriven bils.
Summa summarum blir här att vätgasbilar med bränsleceller har ett klart övertag över direktdrivna vätgasbilar, och även över bensin- och dieseldrivna bilar, genom sin relativt höga verkningsgrad (här har vi som sagt bortsett från den låga verkningsgraden till tillverkningen av vätgas — vi återkommer strax till detta). Bägaren grumlas dock något av utsläppet av vattenånga och att vätgastankarna måste ha avsevärt större volym än motsvarande bensin-/diesel-/jetbränsletankar. Här tillkommer dessutom att det höga tryck som dessa större tankar skall hålla för (upp till 700 atm) innebär att de måste göras oerhört starka. Vilket straffar sig i form av avsevärt ökad vikt (något som utgör ett stort problem i samband med flygplan). Dessutom kan bensin-/diesel-/jetbränsletankar ges vilken form som helst och kan de kan därför utnyttja alla skrymslen och vrår som finns i ett fordon. Vilket inte gäller vätgastankar. Behållare som skall klara 700 atm måste i praktiken vara sfäriska eller möjligen cylindriska (med konvexa ändytor), vilket ger stora döda volymer runt och mellan sådana tankar.
En ytterligare nackdel är det än så länge höga literpriset på vätgas. Enligt vad jag kunnat läsa på nätet så är det i Sverige visserligen något billigare att köra en bränslecelldriven vätgasbil (ca 9 kr/mil) än en bensin-/dieselbil. Till detta bidrar givetvis bränslecellernas höga verkningsgrad. Och kanske att vätgasen är subventionerad på något sätt. Vätgasbilar får dessutom statsbidrag (miljöbidrag) på upp till 60 000 kr vid inköp av ny bil (beroende på inköpspris). I Norge är vätgasbilar, förutom att de får miljöbonus vid inköp, befriade från vägtullsavgifter och kan på vissa ställen använda kollektivtrafikens körfält och parkera gratis!

Det finns dessvärre två ytterligare problem med dagens bränsleceller. Det första är att de fungerar dåligt när temperaturen ligger under noll, eftersom det vatten som produceras i cellen fryser. För att fungera vid låga temperaturer, måste bränsleceller därför ha någon form av uppvärmning. Vilket ju inte innebär någon direkt svårighet, men ökar komplexiteten i installationen. Ett annat och mer allvarligt problem är att membranen i bränslecellerna (själva hjärtat) använder platina och iridium. Båda är mycket sällsynta och mycket dyra ädelmetaller som endast produceras av några få länder i världen. Dessa metaller är således en bristvara, vilket begränsar hur många bränsleceller som kan tillverkas. Förhoppningsvis kommer bränslecellerna att utvecklas så att de i framtiden fungerar med billigare och mer vanliga metaller.

Personligen tror jag att bränsleceller, när man löst ovannämnda problem, kommer att utgöra en viktig del av framtidens fordonsteknik (dock inte i närtid utan om kanske 40-50 år). Tillverkningen av vätgas kräver emellertid stora mängder elektricitet eller andra energiformer. Kommer energin som används för att framställa vätgasen dessutom från fossila bränslen, ja då får vi ju utsläpp där (dvs vid kolkraftverket eller vad det nu handlar om) i stället. En ytterligare nackdel är att vätgas är synnerligen explosiv och dessutom läckagebenägen.

(Siffrorna nedan när det gäller framställning av vätgas etc är hämtade från Wikipedias artikel om vätgasproduktion)

Vätgas framställs ur vatten eller ur fossila bränslen (naturgas, kol, olja). 4% av världens produktion av vätgas sker genom elektrolys av vatten medan 48% kommer från reformering av naturgas. Det senare innebär att naturgas värms upp till över 1000° C i närvaro av en metallisk katalysator (t ex platina). Resten av vätgasproduktionen kommer från olja (18%) och kol (30%).

Att tillverka 1 kg vätgas genom elektrolys kräver ca 44 kWh. Dessutom går det åt 15 kWh att komprimera 1 kg vätgas till det höga tryck den skall förvaras vid. 1 kg vätgas innehåller 33 kWh. Verkningsgraden blir då 33/59=0,56 (56%).
Vid naturgasreformering har vi ungefär samma verkningsgrad som vid elektolys. En fördel med naturgasreformering är att denna metod är relativt billig.

När man bedömer vätgas som energikälla måste man, som nämnts ovan, ta hänsyn till verkningsgraden vid framställningen. Den totala verkningsgraden för en direktdriven vätgasbil blir då produkten av verkningsgraden för att framställa vätgasen (0,56) och verkningsgraden för att driva bilen (0,25), dvs 0,56⋅0,25=0,14. Eller med andra ord 14%. För en bränslecelldriven vätgasbil blir motsvarande siffra 0,56⋅0,50=0,28 lika med 28%. Det senare är sämre än verkningsgraden hos en bensinmotor (0,30-0,35). För den direktdrivna vätgasbilen blir verkningsgraden ungefär densamma som för en gammaldags ångmaskin, dvs katastrofal. Direktdrivna vätgasbilar är således ingen framkomlig väg.

Alla metoder för vätgasframställning utom elektrolys ger utsläpp av koldioxid. Enligt Wikipeida produceras vid framställning av vätgas ur fossila produkter (naturgas etc) 9-12 ton koldioxid för varje producerat ton vätgas, vilket utgör en allvarlig plump i protokollet. Man räkner med att i framtiden kunna fånga in denna koldioxid och lagra den (huruvida detta kommer att fungera i praktiken eller bara är en önskedröm återstår att se).

Ovanstående talar inte speciellt starkt för vätgas som drivkälla för bilar (vare sig det gäller direktdrift eller bränsleceller). Volkswagen har t ex uttryckt att vätgasteknik, med nuvarande teknologi, inte har någon framtid inom bilbranschen, huvudsakligen eftersom ett bränslecelldrivet fordon konsumerar ca tre gånger mer energi än motsvarande batteridrivet fordon (25% respektive 74% verkningsgrad) för samma körsträcka. 2020 har alla bilföretag utom tre upphört med att utveckla vätgasdrivna fordon. En del experter tror att det kommer att dröja minst 40 år, ja kanske mer, innan tekniken har utvecklats tillräckligt för att vätgasbilar skall vara ett realistiskt alternativ.

Genom att enbart använda förnybar energi (vindkraft etc) vid vätgastillverkningen får man s k grön vätgas. Bilar som drivs med grön vätgas får en relativt liten klimat- och miljöpåverkan (om man samtidigt lagrar den koldioxid som genereras vid vätgasframställning ur fossila produkter).

Här finns risken att man bara tittar på en grön konsumentkategori i taget (t ex vätgasdrivna bilar eller tåg). Ofta handlar en tidningsartikel eller ett föredrag om en enda typ av klimatneutrala tekniker (t ex elbilar) och de andra kategorierna nämns överhuvudtaget inte alls. När man då hävdar att den aktuella typen av grön förbrukare till 100% drivs av grön el, kommer ingen att protestera. Detta eftersom varje grön kategori, tagen var för sig, drar mindre el än totala mängden producerad grön el. Men om man diskuterar hela klimatkomplexet och lägger ihop alla typer av gröna förbrukare, så kanske man finner att summan blir större än totala mängden tillgänglig grön el. Dvs bokföringen går inte ihop när man tittar på hela bokslutet. Genom att inte presentera hela bilden ljuger man, även om varje enskilt påstående (typ: den gröna elen i Sverige räcker till för att driva alla tåg) är sant. Man säger visserligen aldrig uttryckligen att den gröna elen räcker för att driva samtliga gröna förbrukare (eftersom detta vore en lögn). Dvs man ljuger inte öppet. Men genom att inte ge hela bilden, ger man intrycket att alla gröna förbrukare drivs av grön el. Liknande tekniker är populära bland dubiösa revisorer och de journalister som offrat sin själ på PK- eller ideologialtaret. Genom att endast ge läsaren/lyssnaren/tittaren lämpligt valda brottstycken av sanningen, kan våra journalister styra mediakonsumenten till att hata det journalisterna hatar och älska det journalisterna älskar. DN kallar detta "agendajournalistik".
I denna artikel, med rubrik "Liknelsen om den ohederlige klimatrevisorn" ger jag några exempel på hur man kan bolla med siffror för att förstärka sina argument.

Problemet med de låga totala verkningsgraderna i samband med vätgasdrift är svårt att komma runt. Framtida tekniker, med högre verkningsgrader och mindre utsläpp vid vätgastillverkningen kan givetvis komma att göra vätgasdrivna bilar betydligt mer intressanta. Det pågår för närvarande experiment med ett antal alternativa tekniker för vätgasframställning (bl a att använda cyanobakterier).

Något som är bra med vätgasbilar är att de går ungefär lika snabbt att tanka som bensin- och dieselbilar. Dessvärre finns än så länge bara ett fåtal ställen i Sverige där man kan tanka vätgas. Enligt vad jag kan hitta på nätet så fanns i november 2020 endast 5 stycken vätgastankstationer i hela vårt land. Slutligen så är en fördel med vätgas att man, som nämnts ovan i diskussionen om backupsystem, kan lagra överskottsenergin från sol- och vindkraft genom att använda denna till att framställa vätgas. Nackdelen här är den mycket låga verkningsgraden

Egentligen är inte vätgas en energikälla som kärnkraft, fossila bränslen, vindkraft, solkraft etc. En energikälla producerar energi ur olika substanser eller processer. För att producera vätgas krävs mängder av energi (som vi sett ovan). Och sedan används vätgasen i sin tur för att producera energi (t ex driva en bil). Väte kan därför snarare ses som ett sätt att lagra energi, ungefär som när man laddar ett batteri. Vid laddning av ett litiumjonbatteri är verkningsgraden ca 90%. Dvs man förlorar 10% genom att lagra energi på detta sätt. Vid framställning av väte (oberoende av metod) är verkningsgraden drygt 50%, dvs katastrofal i detta sammanhang. Man förlorar således nästan 50% när man lagrar energi i form av vätgas. Med dagens teknik är det som sagt svårt att se hur vätgasdrivna fordon eller flygplan inom överskådlig framtid skulle kunna bli ett realisitiskt alternativ (annat än i mycket speciella fall, som rymdfarkoster).

Etanol sågs tidigare som ett alternativt bränsle för fordon. Ett problem är att framställning av etanol kräver stora arealer odlingsbar mark. Detta håller inte i en svältande värld och etanol var under flera år helt ute som biobränsle och fick inte längre stats- eller EU-bidrag. Det finns dock vissa indikationer på att etanol möjligen kan vara på väg tillbaka som alternativ energikälla. Det går ju lite fram och tillbaka i Fablernas Värld, eftersom det inte bara handlar om teknik utan också om politik, för att inte tala om politisk korrekthet). Den som lever får se vilken roll etanol kommer att ha i framtiden.

Björn Gillberg anser att lösningen för Sveriges del ligger i metanol (metylalkohol). Metanol kan tillverkas av skogsprodukter genom en ganska enkel process och enligt Gillberg har Sverige tillräcklig återväxt av skog för att försörja hela vår fordonsflotta. Han hävdar i sin video att jämfört med bensin så ger metanol en 96-procentig reducering av CO2-utsläpp.

Ren metanol kan användes som bränsle alternativt blandas in i bensin för att minska klimatavtrycket. Metanol kan också ganska enkelt göras om till biodiesel och även användas i bränsleceller. På Chalmers höll man tidigare på med ett forskningsprojekt som gick ut på att tillverka metanol ur solljus, koldioxid och vatten. Skulle detta visa sig fungera i industriell skala ja då innebär det en revolution när det gäller energi och utsläpp (läs mer om detta här). Det verkar dock inte ha hänt så mycket med Chalmersprojektet under senare år så kanske har det gått i stå. Alla är dessutom inte lika positiva som Björn Gillberg till metanol som bränsle i vår fordonsflotta. Det finns andra (och möjligen mer effektiva) metoder för att få kolväten (som skulle kunna användas som drivmedel) från skogsprodukter. Återigen kanske framtiden visar sig vara en blandning av olika tekniker.

Det finns en energikälla som ligger ganska nära vätgas och det är ammoniak (NH3). Det finns idag långt framskridna planer på ammoniakdrivna fartyg (jag tror att man till och med redan börjat bygga sådana). Även andra fordon och farkoster skulle kunna drivas av ammoniak. Verkningsgraden vid framställning av ammoniak ligger i samma härad som vätgas (se också diskussionen ovan om vätgasbilar). För ammoniak handlar det om 41-63% verkningsgrad medan siffran för vätgas är drygt 50%. Ammoniak har vissa fördelar som bränsle jämfört med vätgas. Precis som väte så är ammoniak en gas vid normal rumstemperatur och tryck och för att få maximal energidensitet (energi per volymsenhet) måste ammoniaken omvandlas till flytande form (samma gäller ju vätgas). Alternativt förvaras under mycket högt tryck, men i detta fall blir energidensisteten lägre. Till skillnad från väte är det mycket lätt att få ammoniak i flytande form. Vätgas kräver nedkylning till -253°C medan ammoniak bara kräver -33°C för att bli flytande. Både väte och ammoniak har betydligt lägre energidensitet än konventionella bränslen, vilket är en nackdel, men flytande ammoniak har i alla fall dubbelt så hög energidensitet som flytande väte (dvs flytande ammoniak har 1,7 gånger den volym som bensin/dieselolja har för samma energiinnehåll). Flytande ammoniak är dessutom mycket mer lätthanterligt än flytande väte.

Det finns fortfarande många problem att lösa när det gäller ammoniak som bränsle. I vissa speciella nischer kan ammoniak kanske vara en bra lösning. I en artikel i Science (15 Nov 2023) varnar man emellertid för oönskade sidoeffekter när det gäller vätgas och ammoniak som energikällor. Ett problem är läckage. Ett annat ofullständig förbränning. Skulle stora delar av världens transporter drivas av ammoniak, får vi räkna med avsevärda läckage. När ammoniak läcker ut i atmosfären eller inte förbränns fullständigt kan kvävet i ammoniaken ge upphov till reaktiva kväveföreningar (t ex dikväveoxid, N2O, som är 273 gånger mer effektivt som växthusgas än CO2). Om ammoniakläckaget är 0,4% av förbrukad ammoniak blir, enligt artikeln i Science, växthusgasavtrycket lika stort som om man hade bränt motsvarande mängd kol. I de värsta scenarierna man räknat på kan därför nettoeffekten av ammoniakläckage och ofullständig förbränning skada klimatet lika mycket eller mer som om man bränt kol i stället för ammoniak. Dvs man vinner inget klimatmässigt. Vätgas har liknande nackdelar. Läckage från t ex vätgaslpipelines leder till ökande metannivåer i atmosfären (eftersom vätgasen förstör de hydroxylradikaler i atmosfären som bryter ner metan). Och metan är en kraftfull växthusgas. Det är uppenbart att alla försök att minska utsläppen av växthusgaser har sina för- och nackdelar och är man ovis kan det sluta med att alla våra vällovliga försök ställer till lika mycket elände som de är avsedda att förhindra. Alltså måste vi vara försiktiga och noggrannt undersöka alla vägar när det gäller att minska våra utsläpp. Propaganda och aggressiva påhopp på alla som försöker föra en sansad klimatdiskussion är inte konstruktivt och kommer inte att lösa några problem.

 

Ytterligare typer av elfordon

Resonemanget ovan kan utvidgas till att handla om markbaserade elfordon i största allmänhet. Jag tänker då på lätta och tunga lastbilar, långtradare (dvs tunga lastbilar avsedda för långa sträckor), bussar och arbetsfordon (jordbrukstraktorer, lastmaskiner, grävmaskiner, dumpsters etc). Även spårvagnar kan räknas hit. För kortare sträckor fungerar säkert batteridrivna lastbilar och bussar bra, men för tunga transporter, långa sträckor, finns ännu inga tillfredsställande klimatsmarta lösningar.

En trådbuss vid Gullmarsplan i Stockholm (bilden tagen 1964). Jag åkte ganska ofta med 91:an när jag var i tonåren. Om flera trådbusslinjer delvis körde samma sträcka, hade man "växlar" i kontaktledningarna, där linjerna gick ihop eller delade sig. Vi ser en sådan växel i bilden (några tiotal meter bakom bussen i förgrunden). Observera att man här har två trådar i kontaktledningen. För tåg räcker det med en ledare, eftersom rälsen fungerar som återledare. Stålhjul mot stålräls leder elektricitet bra, till skillnad från gummihjul mot asfalt. (Källa: Håkan Trapp, Spårvägsmuseet 2108-1188)

Ända fram till 1964 fanns i flera större svenska städer trådbussar. Sådana är fortfarande vanliga i Östeuropa och Kina och finns lite varstans i världen (bl a i USA och Schweiz). Landskrona har såvitt jag vet Sveriges enda trådbusslinje i drift, men det tycks som att man i Malmö är intresserade av konceptet. Trådbussar har en strömavtagare som tar ström från kontaktledningar (luftledningar) ovanför gatan/vägen. Nackdelen är givetvis att dessa bussar bara kan köra där det finns kontaktledningar. Men i större städer fungerar det bra (speciellt för linjebussar) och i Stockholm, ända fram till högertrafikomläggningen 1967, var en stor del av innerstadsbussarna trådbussar. Dessa hade ett batteri för att kunna köra korta sträckor med låg fart utan extern el, vid t ex vägarbeten eller strömavbrott. Idag finns planer på att låta lokala lastbilar och bussar drivas via luftledningar. "Trådvarubilar" måste givetvis ha en intern energikälla, eftersom man inte kan sätta upp luftledningar på varenda liten gata. Att bygga ett kontaktledningsnät mellan städer blir mer komplicerat och dyrt. Och även om en långtradare skulle kunna köra 80 mil på landsväg, med el från kontaktledningar, kan man knappast ha kontaktledningar ända fram till alla tänkbara lastmottagre. Dvs antingen måste dessa långtradare kunna köra den sista biten autonomt, drivna av förbränningsmotor, batteri, bränslecell eller liknande eller också måste man vid destinationsorten lasta om lasten till en mindre, batteridriven lastbil, som kör sista sträckan fram till mottagaren.

I stället för luftledningar kan man ha nedsänkta elskenor i vägbanan (se pilen ovan). Dessa är indelade i sektioner och strömmen till en viss sektion slås bara på när det kommer ett fordon som använder systemet. Elskenan är ofarlig för fotgängare och för andra fordon. Överföringen sker via en rörlig arm under lastbilen som automatiskt sänks ned i skenan på den aktuella vägsträckan. Systemet finns på en 2 km lång teststräcka mellan Postterminalen i Rosersberg och Arlanda Flygplats och testas just nu (2020). I princip kan detta system, eller något liknande, också komma att användas för personbilar i framtiden. Elskenesystemet har samma begränsningar som luftledningar, dvs måste kompletteras med ett internt energisystem (dieselmotor, batterier, bränslecell etc) som kan driva fordonet på sträckor där elskenor saknas. Vid omkörningar måste man koppla ur strömöverföringsarmen och göra själva omkörningen med det interna energisystemet. Observera att det interna energisystemet måste kunna leverera tillräckligt med effekt för att dragbil med eventuellt släp skall kunna göra en realistiskt omkörning, dvs det kan inte handla om någon liten pluttig hjälpmotor (alternativt att man förbjuder omkörningar eller har någon form av trafikreglering som gör att omkörningar inte behövs).
Lägger man ned elskenor i en väg samtidigt som den byggs, behöver antagligen kostnaden inte bli så stor.
En fördel med elskenor jämfört med luftledningar är att de senare inte fungerar vid låga vägviadukter (som det finns gott om i Sverige). Vid den typen av viadukt finns inte plats för en stor lastbil med strömavtagare på taket och dessutom kontaktledningen (det måste också finnas tillräckligt avstånd mellan kontaktledningen och viadukten för att undvika överslag). Här måste trådlastbilar således koppla loss strömavtagaren och köra på batteri eller förbränningsmotor genom viadukten och sedan ansluta strömavtagaren igen, vilket blir väldigt opraktiskt (för att det skall fungera praktiskt, måste det interna backupdrivsystemet vara tillräckligt kraftfullt så att farten inte behöver minskas vid passage av viadukt plus att backuppsystemet måste kopplas in och ur automatiskt). Elskenor är ur denna aspekt ett mycket bättre alternativ och min gissning är att luftledningar på våra väger inte är någon bra lösning, rent praktiskt. För personbilar är luftledningar (5 m över vägbanan) knappast något alternativ med tanke på hur långa strömavtagare som skulle behövas. Elskenor fungerar lika bra för både lastbilar och personbilar.

När det gäller arbetsfordon kan säkert vissa typer elektrifieras utan större problem. Redan nu är gaffeltruckar i stora lagerlokaler eldrivna (och har varit så länge). Vissa arbetsfordon, som grävmaskiner, lastmaskiner och liknande blir nog svårare att elektrifiera (i varje fall med batteridrift). En tung grävmaskin kräver stor motoreffekt och motorn går intensivt hela tiden när maskinen arbetar. Det skulle krävas en enorm batteripack till detta. I gruvor och på en del andra platser arbetar maskinerna dessutom ofta dygnet runt och det finns ingen tid till laddning. Det handlar f ö ofta om så stora investeringar att en sådan maskin inte kan stå och ladda i 10 timmar, den måste gå hela tiden. Liknande gäller jordbrukstraktorer, som när det är säsong kanske kör 10-12 timmar per dygn med konstant stor belastning, vilket gör batteridrift orealistisk. Vissa arbetsfordon (t ex grävmaskiner) har kanske långa transportsträckor mellan olika arbetsplatser men arbetar sedan ganska stationärt medan andra arbetar stationärt hela tiden, avbrutet av korta förflyttningar. Sådana arbetsfordon skulle, när de arbetar, enkelt kunna drivas via en elkabel. Mellan de olika platserna kan de köras på trailer eller vid kortare förflyttningar för egen maskin (med batteridrift). Här finns säkert mycket att göra och uppfinningsrikedomen kommer säkert att vara stor när det gäller att utveckla optimala lösningar.

Min gissning är att vi i framtiden kommer att få se, inte en, utan många lösningar. Personbilar kanske kommer att ha en kombination av batteripack, bränsleceller och en strömavtagare för drift via kontaktskena i vägbanan. Med all säkerhet kommer förbränningsmotorer att försvinna mer och mer. För de som bor långt ute på landet, och som har långa körsträckor, gissar jag dock att förbränningsmotorer kommer att finnas kvar som alternativ ganska länge, sida vid sida med olika typer av eldrift. Och som sagts tidigare, det är mycket möjligt, ja inte bara möjligt utan nästan säkert, att det förr eller senare kommer lösningar som vi inte ens i vår vildaste fantasi kan föreställa oss idag.

 

Ekologiska tygkassar i stället för plastpåsar — ett spel för gallerierna

Mycket av de åtgärder som görs i Sverige är uppenbarligen mest till för att politikerna och den intellektuiella eliten skall känna sig duktiga och kunna visa, både för sig själva och för andra, att de är goda, ansvarstagande och handlingskraftiga människor som räddar världen. Sverige har t ex nu infört en ganska hög avgift på de plastkassar man för 10 år sedan fick gratis eller nästan gratis när man handlade i matbutiken. Jag har hört att det rör sig om 7 kr per kasse (jag bor ju inte i Sverige så personligen vet jag inte). Allt detta för att rädda både miljö och klimat. Enligt en artikel jag läste för en tid sedan i Science så visar inventeringar som gjorts över plastkassar som flyter i havet, att nästan allt av detta kommer från länder som Indien och Kina. Från Sverige kommer väldigt, väldigt lite. Ett problem är att Sverige har exporterat sopor till länder "därborta" (jag vet inte exakt vilka länder det handlar om men jag gissar Indien och länder i Afrika) och att plastkassar från dessa exporterade sopor hamnat i havet. Detta problem kan ju lätt lösas genom att vi bränner våra sopor själva och gör värme och el av dem. Det känns ju inte speciellt klimatsmart att transportera svenska sopor över halva jordklotet för att bli av med dem.

I bästa Dr Who-stil gör vi nu ett tidshopp till 300-talet f Kr. Aristoteles satt ofta vid sitt skrivbord och tänkte ut allehanda saker. En historia berättar att han en gång fick frågan hur många tänder en häst har. Han satte sig då vid skrivbordet och försökte tänka efter, utifrån symmetrier och liknande, hur många tänder en häst borde ha. Historien säger att hans slav samtidigt gick ut i stallet, öppnade munnen på en häst och räknade.

Före Galilei gjordes ganska lite experiment och observationer inom fysiken. Det mesta utgick från diverse olika abstrakta och/eller vidskepliga resonemang och spekulationer. Mycket av den tidens fysik och astronomi var baserad på "de gamla grekernas" (och framför allt då Aristoteles) tänkande, vilket ingen hade vågat ifrågasätta under mer än 1800 år. Man förstod t ex inte begreppet tröghet, dvs att föremål som inte påverkas av några krafter bibehåller sin fart och riktning (dvs var föremålet i vila från början forsätter det att vara i vila och rörde det sig fortsätter rörelsen). Det som gör att en bil saktar in när vi inte hjälper till med motorn är friktionen. Före Galieli trodde man också att ju tyngre ett föremål var, desto snabbare föll det (på grund av tyngdkraften). Galieli, som inte nöjde sig med att tänka som de gamla grekerna, gjorde en uppsättning listiga experiment och lyckades visa att i ett lufttomt rum så faller alla föremål med samma acceleration, oavsett tyngd och form. På jorden faller visserligen ett dun betydligt långsammare än en blykula, men det beror på luftmotståndet (friktionen). För att förstå rörelse måste man således skilja mellan orsakande krafter (de som orsakar acceleration, dvs rörelseförändring) och friktion (som motverkar rörelse). Galilei kom således, genom sina experiment, fram till att de gamla grekerna helt enkelt hade fel. Inte i allt, men i många viktiga saker. Naturen uppförde sig inte som de grekiska filosoferna bestämt att den skulle uppföra sig. Vill vi veta hur Naturen fungerar, måste vi således fråga Naturen själv (genom observationer och experiment). Det räcker inte med spekulationer baserade på filosofiska principer och doktriner.

Hundra år senare byggde Newton vidare på Galileis teorier och experiment och formulerade Galileis teorier i matematikens språk. Detta blev inledningen till den moderna fysiken. Vetenskap handlar om att förutsättningslöst undersöka hur saker och ting förhåller sig. Ideologi handlar om att anpassa verkligheten till en förutbestämd karta (ett cementerat tankesystem). Riktiga forskare tänker och observerar och ändrar sig när nya observationer görs. Ideologer försvarar stelnade och cementerade tankesystem och påverkas föga av observationer.

Danska Miljöstyrelsen lät i februari 2018 göra en ambitiös undersökning när det gäller matkassar. Titeln är "Life Cycle Assessment of grocery carrier bags" och rapporten är på 155 sidor. Man har analyserat de vanligaste shoppingkassarnas ekologiska livscykel, från produktion till användning till bortskaffande. Syftet var att komma fram till vilken typ av påse som har den bästa miljö- och klimatprestandan sett till 16 olika parametrar, bl a klimatpåverkan, ozonpåverkan, giftighet för människor och miljö samt vattenåtgång (vid tillverkningen — för att producera ett kg bomull går det t ex åt ca 20 000 liter vatten). Man testade sju olika material; LDPE-plast, polypropen, återvunnen PET-plast, polyester, biopolymer, papper, bomull och komposit. De tog även i beaktande miljö- och klimatpåverkan vid transport av kassarna från producenten, energiåtgång vid produktionen och energiåtgång vid avfallshanteringen (dvs när kassarna är uttjänta). Danska Miljöstyrelsen arbetade med andra ord i Galileo Galileis anda, dvs lät sig inte styras av konsensus utan tog med hjälp av logik och objektiva observationer reda på Sanningen om bärkassar! Amen! Underbart!

Den huvudsakliga slutsatsen är att vanliga plastpåsar av LDPE-plast (typ tunna plastkassar i matbutik), som är polyeten med låg densitet, ger den överlägset lägsta miljö- och klimatpåverkan sett till alla de studerade parametrarna. Det bästa är att återanvända plastpåsen så många gånger som möjligt och sedan slutanvända den som soppåse (detta gäller alla typer av bärkassar). Sämst är tygkassen av ekologisk bomull, vilken behöver användas minst 149 gånger för att bli kvitt dess påverkan på klimatet och minst 20 000 gånger sett till samtliga miljöindikatorer. En papperspåse måste återanvändas 43 gånger om hela dess miljöpåverkan ska raderas (och så länge håller inte en sådan påse). Dvs inte speciellt imponerande. Detta är fakta. Typiskt Sverige, eller snarare Miljöpartiet, att lägga så mycket krut på sådan här meningslös godhetssignalering, som inte på något sätt gynnar klimatet. Däremot gynnar den kanske Miljöpartiets självbild som godhetens vita riddare, vilka utifrån sin moraliska överlägsenhet bekämpar de mörka krafterna.

Visste du f ö att Miljöpartiet fick 2 procent av förstahandsrösterna i Rikdsagsvalet 2018? Resten var stödröster från de som normalt röstade på Fi (Feministiskt Initiativ), men som insåg att Fi ändå inte skulle komma in i Riksdagen och att MP skulle åka ut utan stödröster (vilket ledde till att Fi bara fick 0,46% av rösterna). Som sagt, 2 procent av förstahandsrösterna. Samtidigt fick MP efter valet 21 procent av ministerposterna i regeringen! Och samtidigt skulle SD och V hållas helt utanför politiskt inflytande (0%). Trots att de tillsammans stöds av runt en tredjedel av väljarkåren. Januariöverenskommelsen (JÖ) avspeglar inte svenska folkets vilja och är djupt odemokratisk. Det handlar om tjuv och rackarspel i den högre skolan! Manipulation i kvadrat! Och maktgalenskap! Hellre förstör man Sverige än förlorar den politiska makten, tycks S resonera. Frågan är om Sverige någonsin under sin niohundraåriga historia har haft lika ansvarslösa politiker som idag. Jag tror inte det. Jämfört med Löfven, Lövin, Lööf, Reinfeldt, Kristersson, Sabumi m fl kan Karl XII betraktas som en ansvarsfull, välfärdsbyggande landsfader. Och Vidkun Quisling och Stig Wennerström som varma fosterlandsvänner.

 

Elektriska flygplan och fartyg, våg- och tidvattenkraft

Det finns givetvis mycket mer att diskutera i sammanhanget. Elektriska tåg (har berörts ovan helt kort), elektriskt drivna flygplan, elektriska fartyg etc, etc. Elektriskt drivna tåg är givetvis ett seriöst och klimat- och miljömässigt bra alternativ. Och som har fördelen att redan existera (samma sak med spårvagnar, som kanske snarare bör räknas in i kategorin trådbussar). En del av klimatarbetet innebär att hitta smarta lösningar så att tåget blir ett realistiskt alternativ (kostnadsmässigt, när det gäller lättillgänglighet och att tågåkandet blir mer pålitligt — dvs att tågen håller tidtabellen och att järnvägsnätet underhålls så att vi slipper alla dessa nedrivna kontaktledningar och signalfel etc, etc).

I Tyskland finns många diesellok som används på icke elektrifierade sträckor. I augusti 2022 har man på en av dessa sträckor satt in vätgasdrivna tåg. Eftersom loken var dieselelektriska (dieselmotorer som driver generatorer som driver elmotorer) behövde man bara plocka ut dieselmotorerna och generatorerna och ersätta dessa med bränsleceller, och vips så hade man vätgasdrift (elmotorerna fanns ju redan). I avsnittet om vätgasbilar diskuteras de problem som för närvarande är förknippade med denna typ av energiproduktion (dålig verkningsgrad, utsläpp av vattenånga som också är en växthusgas, vätgas tar nästan 4 gånger så stor volym som dieselolja, plus att om vätgasen inte är grön, vilken den ytterst sällan är, så släpper man ut massor av koldixoid vid tillverkningen av vätgasen).

Elektriskt drivna flygplan är än så länge fria fantasier. För närvarande är detta möjligen ett realistiskt alternativ för små flygplan (4 passagerare plus pilot) som flyger korta distanser (inrikesflyg relativt korta sträckor, typ Stockholm-Örebro). Om vi utgår från idag tillgänglig teknologi, så handlar det om propellerplan, vilka har svårigheter att både flyga högt och fort (det finns idag ingen existerande teknologi för "elektriska jetmotorer").

Det pågår f n flera forskningsprojekt på en eldriven ersättning för jetmotorn. Än så länge handlar det inte om praktiska motorer utan om prototyper. En kortfattad beskrivning av ett projekt som verkar ganska lovande hittar läsaren här. Principen är att man transformerar komprimerad luft till en plasmajetstråle genom att luften får passera en mikrovågsjoniseringskammare. Plasman (som består av elektriskt laddade partiklar) accelereras sedan i elektriska fält och driver planet enligt samma princip som en vanlig jetmotor. En viktig del av systemet utgörs av en magnetron, vilken också finns i mikrovågsugnar och i radarsändare. I princip fungerar detta system och har potential att kunna leverera tillräcklig dragkraft för att driva ett stort trafikplan. Steget från ett koncept, en prototyp, till en praktiskt användbar jetmotor med allt som krävs när det gäller dragkraft, tillförlitlighet, verkningsgrad etc är emellertid stort. Det kommer att kräva många år av tester och modifieringar innan en sådan motor kan bli godkänd för att användas i passagerarplan. Min gissning är att det handlar om minst 20 år. Förmodligen mer. Och även om man nu skulle få fram en sådan motor och den uppfyller alla krav på dragkraft, driftsäkerhet etc, återstår ändå de problem med batterivikt etc som diskuteras nedan. Plus att ingen elektrisk drivkälla är renare än den el som driver den.

Flygplan flyger på hög höjd, dels för att undgå dåligt väder men framför allt för att luftmotståndet avtar med höjden. Att flyga en längre sträcka på "propellerplanshöjd" skulle dra dramatiskt mycket mer energi. Och så har vi problemet med vilken typ av el vi laddar planet med. Laddas flygplanets batterier med el från kolkraft, kommer vi att få ungefär lika stort utsläpp som om planet drevs direkt av förbränningsmotorer. Ett ytterligare problem är vikten av tillräckligt stora batterier. För långdistansflygningar är eldrift knappast ett alternativ inom överskådlig tid. Åtminstone inte med någon teknologi vi idag kan föreställa oss.

Motorerna på en startande jumbojet utvecklar en effekt av omkring 100 000 hästkrafter! Detta skulle ställa oehörda krav på elmotorer och batterier och kablage. Har man ett 400 V system ombord, blir strömmen vid start av flygplanet ca 187 000 A! Detta kräver enormt grova kablar. Bara kablarna mellan batterier och motorer skulle i detta fall (enligt en grov överslagsberäkning jag gjorde) väga drygt 4 ton (vid 120 m kabellängd). Höjer vi spänningen till 400 000 V (400 kV), går strömmen visserligen ned till 187 A. Men då får vi i stället isolationsproblem (400 kV i ett flygplan är en olycka som väntar på att hända).

För att kunna leverera 400 kV och 187 A med hjälp av batterier/bränsleceller finns 3 möjligheter:
1. Med hjälp av en transformator. Eftersom batterier (eller bränsleceller) levererar likspänning (som inte går att transformera), måste batterispänningen först växelriktas innan den kan transformeras upp till 400 kV. Detta är fullt möjligt men problemet blir vikten av transformatorn. En transformator som klarar så höga effekter (100 000 hästkrafter) kommer att väga tiotals ton. Något som talar emot detta alternativ.
Nedan använder jag begreppet "celler". En cell är den grundläggande och minsta enheten i ett batteri (ordet batteri betyder "en uppsättning av samverkande redskap"). Exempelvis ett vanligt bilbatteri (blybatteri) har oftast spänningen 12 V och består av 6 seriekopplade celler, som vardera har spänningen 2 V. Att man i en blycell får spänningen 2 V beror helt enkelt på kemin i en sådan cell (elektroderna är bly respektive blydioxid och elektrolyten är utspädd svavelsyra och denna kombination bestämmer vilken spänning man får). På samma sätt bestäms cellspänningen i en litium-jon-cell av kemin i cellen. Cellspänningen i denna typ av batteri ligger runt 3,6 V. Genom att på lämpligt sätt parallell- och serikoppla cellerna i ett batteri kan man få önskad spänning och kapacitet.
2. Genom parallell- och seriekoppling av litium-jon-celler (eller bränsleceller). Genom att parallellkoppla celler blir totala strömmen lika med summan av strömmarna i cellerna. Vid seriekoppling blir totala spänningen lika med summan av cellernas spänningar. Genom att parallellkoppla ett antal celler till en enhet kan man få ut 187 A (om varje cell t ex kan ge 10 A, krävs 19 celler parallellt). För att sedan få 400 kV måste man seriekoppla 111 111 sådana enheter (eftersom varje cell har spänningen 3,6 V — 400000/3,6=111111). Allt detta är fullt möjligt men blir dyrt. Och när det gäller flygplan som skall flyga längre sträckor, blir batterivikten under alla förhållanden oacceptabel. Dvs även om vi skulle lyckas konstruera någon typ av elektrisk jetmotor, som uppfyller alla krav man kan ställa på flygmotorer, så kommer vi inte undan problemet med batterivikten.
Att seriekoppla drygt 100 000 enheter ger dessutom ett ytterligare problem. Om det blir avbrott i en enda enhet i en seriekopplad krets, blir det totalt avbrott i hela kretsen (och flygplanets motorer stannar). Det är samma princip som för elektrisk julgransbelysning (skruvar man ut ett ljus, slocknar alla ljusen). Här måste man således ha någon typ av relästyrd förbikoppling av varje enhet (dvs drygt 100 000 sådana reläkopplingar). Varje enhet måste övervakas av en dator, som vid avbrott i enheten omedelbart förbikopplar denna. Eftersom det handlar om flygplan, där man alltid måste ha backupsystem, så måste man ha flera sådana system, vilka är helt oberoende av varandra. Allt detta kommer att väga mycket och kosta åtskilliga miljoner.

3. Genom att använda någon idag okänd, framtida teknik.

Oavsett vilket idag existerande alternativ vi väljer (1 eller 2) så kommer vikten av de batterier som behövs för en interkontinental flygning, att bli så stor att planet inte skulle kunna ta någon nyttolast. Ja planet skulle inte ens klara av att lyfta (se exempel nedan). Här får man nog avvakta tills nya (och ännu okända) tekniska lösningar kommer fram (dvs 3).

Det pågår för närvarande arbete på elektriska flygplan, där man har bränsleceller i stället för batterier. Bränsleceller har ungefär samma verkningsgrad (0,6) som moderna jetmotorer (0,55). Dessa är enligt min mening ett betydligt mer realistiskt alternativ än batterier (speciellt när det gäller långa flygsträckor). Bränsleceller drivs av vätgas (väte). Energidensiteten hos högkomprimerad vätgas är 33,6 kWh/kg (2,8 kWh/l) medan den hos jetbränsle är ca 12,7 kWh/kg (10 kWh/l). Högkomprimerad vätgas har alltså 2,6 gånger större energidensitet (33,6/12,7) än jetbränsle per kilogram. Eftersom vikten spelar stor roll för flygplan, har väte här en stor fördel framför jetbränsle. Dessvärre finns lite smolk i glädjebägaren. Densiteten för jetbränsle är, som diskuterats ovan, 0,8 kg/l medan motsvarande siffra för högkomprimerad vätgas är 0,07 kg/l. Ett kilogram högkomprimerad vätgas tar alltså 11 gånger så stor plats (0,8/0,07) som ett kilogram jetbränsle (samtidigt som 1 kg vätgas innehåller 2,6 gånger så mycket energi). Summa summarum blir att högkomprimerad vätgas har 3,6 gånger större volym (10/2,8) än jetbränsle för samma energiinnehåll. Även om vikt är en avgörande parameter när det gäller flygplan så har också volym stor betydelse. För samma flygsträcka kommer ett plan som drivs med bränsleceller att behöva 3,6 gånger större tankar än ett motsvarande konventionellt flygplan. För att rymma nästan fyra gånger så mycket bränsle måste ett plan göras avsevärt större vilket ökar luftmotståndet (även om vikten av bränslet blir betydligt lägre hos det vätgasdrivna planet. Alternativt att man ersätter delar av utrymmet för passagerare och last med bränsletankar. Eller enbart flyger kortare sträckor.

I helhetsperspektivet måste vi dessutom ta hänsyn till att det går åt mycket stora mängder energi för att tillverka högkomprimerad vätgas (vilket diskuterats tidigare i denna artikel i samband med vätgasdrivna bilar). Den totala verkningsgraden vid bränslecelldrift blir därför låg, trots bränslecellernas och elmotorernas höga verkningsgrader. Dessutom är bara ca 1% av den vätgas som idag tillverkas i världen grön (dvs tillverkningen drivs av grön energi). Bränslecellerna själva släpper visserligen bara ut vatten som restprodukt, men själva tillverkningen av bränslet till bränslecellerna (vätgasen) släpper dessvärre i allmänhet (till ca 99%) ut lika mycket eller mer CO2 som vad vanliga jetmotorer skulle ha släppt ut vid samma flygning. Flytande väte har något högre energidensitet än högkomprimerad vätgas men måste förvaras vid högst -253° C (kokpunkten för väte), vilket kräver kärl och apparatur som är både stora, tunga och dyra. Så för närvarande är flytande väte knappast något alternativ (vare sig för bilar eller flygplan).

Det vi kan göra idag är att minska bränsleförbrukningen och mer och mer använda fossilfria och förnybara bränslen. I februari 2008 flög en Boeing 747 jumbojet från London till Amsterdam, varvid en av planets fyra motorer drevs av oljan från 150 000 kokosnötter(!). Observera att förnybara och fossilfria bränslen inte alltid är klimatneutrala! Förbränning av kokosolja ger stora kvantiteter koldioxid, men förmodligen mindre än motsvarande förbränning av fossila bränslen (se diskussionen om förnybar etc energi i inledningen till denna artikel). Dagens jetmotorer drar under alla förhållanden dramatiskt mycket mindre bränsle än motorerna för 10 år sedan. Den senaste generationen jetplan drar mindre bränsle per passagerare och mil (0,2-0,25 l/mil per passagerare) än en modern, bensinsnål småbil med en person i.

Ett konkret exempel: En enda Boeing 787 Dreamliner, med sina toppmoderna motorer och aerodynamiska och tekniska optimeringar, släpper under 20 år ut 77 miljoner ton mindre växthusgaser än föregående generation av motsvarande flygplan (denna minskning av utsläpp är lika med vad 1,2 miljoner bilar släpper ut under samma tidsperiod).

Verkningsgraden hos jetmotorer har ökat från ca 38% procent 1967 till ca 55% idag (2020). En modern bensinmotor har som nämnts ovan en verkningsgrad på 30-35% (i min långa artikel om flygplansmotorer diskuterar jag ovanstående mer ingående).

Det finns ett ytterligare argument mot batteridrivna trafikflygplan. Jetplan förbrukar stora kvantiteter bränsle under en lång flygning. För ett stort jetplan kan det röra sig om 100 ton eller mer. Detta innebär att ett jetplan under flygningen blir lättare och lättare och kan väga bortåt 100 ton mindre under slutet av flygningen. Ju lättare ett flygplan är desto högre kan det flyga. Och ju högre man flyger desto mindre luftmotstånd (och därmed mindre bränsleförbrukning). Därför strävar man efter att flyga så högt som möjligt. I början av en långflygning kanske man ligger på runt 30 000 ft höjd medan man under slutet av flygningen ligger på runt 38 000 ft eller mer (beroende på hur tungt lastat planet är — den optimala flyghöjden ökar allteftersom vikten minskar). Under en långflygning ökar man således höjden stegvis i takt med att bränsle förbrukas (kallas step climb). När det gäller batterier så väger fulladdade batterier i stort sett lika mycket som urladdade batterier. Enligt den berömda formeln E=mc2 (där E är energin, m massan och c ljusets hastighet i vakuum) så har massa energi och energi har massa. Dvs energi väger. Men eftersom c är ett mycket stort tal (ca 300 miljoner m/s) och dessutom står i kvadrat, blir skillnaden i vikt mellan ett fulladdat och ett urladdat batteri försumbar. Det handlar om bråkdelar av gram. I exemplet nedan, där jag diskuterar ett tänkt batteridrivet kylfartyg, kommer jag fram till att batteripacken måste innehålla ca 2 miljoner kWh för en resa mellan Tasmanien och Köpenhamn. När denna enorma batteripack är fulladdad väger den ca 0,2 gram mer än när den är urladdad! Eftersom batteripacken på ett batteridrivet flygplan väger lika mycket under hela flygningen, måste man hela tiden flyga på en relativt låg höjd, vilket är synnerligen oekonomiskt ur energi- och därmed miljö- och klimatsynpunkt. Batteripacken kommer dessutom att väga mycket, mycket mer än vad jetbränslet för motsvarande resa väger (ca 20 gånger mer med dagens batteriteknologi och hänsyn tagen till att elmotorer har högre verkningsgrad än jetmotorer — se diskussionen nedan). Dvs flyghöjden kommer under hela resan att vara katastrofalt mycket lägre än för ett konventionellt jetplan. Ja den kommer helt enkelt att vara noll, eftersom planet aldrig kommer att lyfta från banan.
Ett jumbojetplan (t ex en Boeing 777-200LR) som har kapacitet att flyga direkt Tasmanien-Köpenhamn (det finns bara ett par flygplanstyper som klarar så långa sträckor), kommer att förbruka runt 120 ton jetbränsle. Motsvarande batteripack kommer att väga ca 20 gånger mer, dvs runt 2400 ton!!! Vi har då utgått från att "elektriska jetmotorer" har verkningsgraden 0,92 och konventionella jetmotorer 0,55. Den första siffran är en vild gissning, eftersom vi inte vet vilken verkningsgrad elektriska jetmotorer kommer att ha.

Det finns många ytterligare metoder att minska trafikflygets utsläpp. En del har inget med själva flygplanen att göra utan handlar om effektivare hantering av flygtrafiken. Några exempel: Planen får flyga direkt, kortaste sträckan mellan flyplatserna (och slipper flyga längs s k airways/luftleder). Man gör gröna inflygningar, dvs flyger på tomgång under hela nedgången (descent) inför landning. Man minskar väntetid med motorer igång inför start. Och/eller att man har en elektrisk motor som driver ett av landställshjulen så att man kan taxa till och från gaten utan att ha motorerna igång. Alternativt att man med elektriska bogsertruckar drar planen från landningsbanan till gaten och tvärtom. Bättre trafikplanering så att man har mindre trafikstockningar och planen därmed inte behöver ligga och vänta på att få landa. Allt detta är fullt möjligt men kräver mycket effektivare trafikplanering och flygplatser med större kapacitet, inkluderande mycket, mycket större datorkapacitet (att planera gröna inflygningar för kanske 20-30 flygplan, mer eller mindre samtidigt, kräver mycket datakraft).

Dessvärre har alla goda förslag också en eller flera baksidor. Problemet med att bogsera ut planen till banan och sedan starta motorerna och mer eller mindre direkt dra på för takeoff kanske låter bra. Ur klimatsynpunkt. Men man måste också ta hänsyn till flygsäkerhetsaspekten. Är det problem med en motor så märks detta ofta ganska direkt efter att man starat den. Om man fortfarande befinner sig vid gaten får man då avbryta och kalla på en tekniker. Befinner man sig vid startbanan blir det mer komplicerat. Man kan inte stå på banan eller på taxibanan vid banänden och felsöka. Då kan ju inget annat plan starta. Man måste alltså bogsera undan planet, vilket kan bli svårt om det står många plan i kö för att starta. Alternativet blir då att köra för egen maskin eller låta sig bogseras till nästa avtag på banan. På mindre flygplatser finns ofta de enda på- och avfarterna vid banändorna och då får man alltså taxa hela banan (kanske 2,5-3 km). Under taxningen, som kanske varar mellan 5 och 10 minuter, och där man drar på och av motorerna, märker piloterna ofta om något verkar fel (som man inte märkte direkt efter motorstart). Att direkt försöka göra takeoff efter motorstart och kanske då omedelbart efter att man kommit upp i luften upptäcka att det är problem med en motor, eller att motorn till och med stoppar, ja det blir ganska besvärligt (bortfall av en motor under start leder visserligen inte till haveri, tack och lov, men det ställer till mycket besvär).

Det pågår f ö experiment med att tillverka flygbränsle ur luftens koldioxid (med hjälp av värme och katalysatorer). Här beror det givetvis på huruvida den använda värmen kommer från grön energi eller ej. Oavsett detta så minskar man antagligen utsläppen på detta sätt. Och genom att använda nya material (kolfiber, plast etc) och nya tillverkningsmetoder (friktionssvetsning eller limning i stället för nitar) kan man göra flygplanen avsevärt lättare och dessutom minska luftmotståndet, eftersom man slipper en massa nitskallar som stör luftflödet (moderna trafikplan har oftast nitskallarna nedsänkta, men även mindre ojämnheter på vingar och flygkropp ökar luftmotståndet, eftersom det handlar om tiotusentals sådana små ojämnheter — en Boeing 747 har t ex ca 40 000 nitar på varje vinge). Därmed blir planen mer bränslesnåla.

Vissa flygbolag skryter med att de klimatkompenserar. Tanken med klimatkompensation är att den som orsakar utsläpp kan betala för att motsvarande mängd utsläpp minskar någon annanstans. Det kan ske genom att köpa utsläppsrätter så att de inte kan användas av någon annan. Kompensationen kan också bygga på att ge pengar till exempelvis trädplantering eller utbyggnad av förnybar energi, som ersätter fossil energi. Den som köper klimatkompensationen får då ett bevis/intyg som motsvarar de minskade utsläppen. Det finns en mängd olika typer av klimatfinansieringsprojekt och företag och organisationer som erbjuder sådana intyg (man kan ju undra var de pengarna hamnar — på grund av min mörka människosyn anar jag här tjuv och rackarspel i den högre skolan). Enligt kritikerna är problemet med utsläppsrätter/klimatkompensation att detta riskerar att ta fokus från ansträngningarna att minska utsläppen och i stället blir ett sätt att köpa sig fri från reella teknik- och beteendeförändringar. Utsläppsrätter innebär i själva verket att den som är rik kan släppa ut hur mycket koldioxid som helst (eftersom denne har råd att betala för det) medan vanliga människor då måste gå över till dyra energikällor för sin energikonsumtion (t ex el som i USA kostar 3,5 gånger så mycket per joule som naturgas) — något som de inte har råd med. Utsläppen av växhusgaser minskar således inte, det handlar bara om en omfördelning av utsläppen, där den som är rik kan släppa ut hur mycket som helst och ändå kan framställa sig som den vite klimatriddaren! När jag hör ordet klimatkompensation tänker jag direkt på maffiarevisorer och -advokater i lagens utkant, som skapar skumma värdepapper (ungefär som i börsskandalen för ett antal år sedan. Så jag ser inte utsläppsrätter som någon verklig lösning. Ja inte ens som en overklig lösning.

Alla ovan uppräknade metoder (jag bortser från utsläppsrätter), i kombination med effektivare flygmotorer och flygplan, har potential att mer än halvera dagens utsläpp från konventionella trafikflygplan.

En lösning som har testats är flygplan som drivs direkt från solceller på vingar och flygkropp, vilket skulle kunna kallas direkt soldrift. I princip fungerar konceptet men huruvida det handlar om en praktiskt fungerande lösning eller ej är en annan sak.

Bilden visar en prototyp för ett soldrivet flygplan (ett NASA-projekt kallat Helios). Vingens ovansida är helt täckt av solpaneler och eftersom man kan flyga ovan moln finns alltid sol. Utom på natten förstås. Alltså måste man också ha batteridrift om man vill kunna flyga dygnet runt. Flygplanet är väldigt lätt och utgörs huvudsakligen av en enorm vinge och kan därför flyga långsamt och ändå hålla sig i luften och också glidflyga långa sträckor.

2016 flög ett soldrivet flygplan, Solar Impulse 2, runt jorden utan att använda en enda droppe flytande bränsle. Planet hade större vingspann än en Boeing 747 men vägde bara 2,2 ton. Eftersom planet var så lätt och hade så stort vingspann och var så långsamt, var det extremt väderkänsligt. Redan vid måttlig motvind stod planet still eller backade i förhållande till marken. Turbulens (även mild sådan) utgjorde också en riskfaktor, eftersom planet då kunda hamna i spinn eller t o m brytas sönder. Utan tvekan en bedrift att genomföra detta projekt! Resan tog totalt 14 månader och innebar 550 timmar i luften (medelfarten var ca 72 km/h).

Solar Impulse 2 skulle behöva ca 78 timmar (3 dygn och 6 timmar) för en resa mellan Southhampton och New York (under förutsättning att väder och vindar tillåter planet att flyga och man inte har motvind, vilket endast undantagsvis inträffar). Den snabbaste atlantångaren, United States, hade rekordet på denna sträcka (vilket sattes 1952) med 3 dygn och 10 timmar, dvs i samma storleksordning. Men där ombord fanns bekvämligheter som omöjligen kan finnas på ett flygplan. Att sitta mer eller mindre fastspänd i nästan tre och ett halvt dygn är knappast någon praktisk lösning. Och ombord måste då finnas vatten, mat etc, etc för hela denna tid. Plus att vid flygning västerut så möts man normalt av mycket starka motvindar (upp till 200 km/h och sällsynta gånger ännu mer). Dvs resan skulle vid flygning västerut i praktiken ta dubbla tiden eller mer. Och oftast skulle den helt enkelt vara omöjlig.

Man flög i 17 etapper och mellan varje etapp fick man vänta i veckor på absolut perfekt väder. Nattetid drevs planet av 4 litiumbatterier, vilka laddades dagtid av solcellerna (förutom att dessa drev motorerna). Dvs det handlar knappast om någon praktisk lösning utan mer om att demonstrera ett koncept. Kan detta vara framtiden (många tycks tro det)? På lång sikt möjligen, med tillgång till dramatiskt mer effektiva solceller etc. Men än så länge ligger nog direkt soldrift långt in i framtiden när det gäller kommersiell flygtrafik (läs gärna denna korta artikel, där jag räknar lite på detta koncept).

Jag såg nyligen ett intressant program om eldrivna flygplan. Ett exempel som togs var en Cessna Caravan (ett mindre flygplan som tar 9 passagerare och som är mycket populärt). Man visade i programmet ett sådant plan som var ombyggt för eldrift med batterier. Ett konventionellt plan av denna typ, dvs med förbränningsmotor, har en maximal flygsträcka på 1600 km. Motsvarande plan med eldrift har en flygsträcka på 160-240 km. Den senare kommer givetvis att förbättras avservärt med mer effektiva batterier. Av detta framgår tydligt att batteridrift f n inte fungerar på längre flygsträckor (vilket också framgått av diskussionen ovan). Den goda nyheten var emellertid att bränslekostnaden sänks dramatiskt med eldrift. Med förbränningsmotor blir bränslekostnaden 404 USD/h medan den vid eldrift blir 24 USD/h. Där kan man prata om besparing. Men är flygsträckan längre än ca 200 km, ja då är eldrift inget alternativ, just nu. Man visade också ett litet tvåmotorigt passagerarplan (som fortfarande befinner sig på projekteringsstadiet), vilket var avsett för 19 passagerare och flygsträckor på några hundra kilometer. Detta tänktes drivas med bränsleceller, vilket nog är ett bra val.

Givetvis funderar läsaren just nu över varför jag skriver 19 och inte 20 passagerare. Och som den lärarsjäl jag är kan jag som vanligt inte motstå frestelsen att allmänbilda mina läsare). Orsaken är att för flygplan som kan ta 20 passagerare eller mer så tillkommer, enligt internationella luftfartsbestämmelser, en massa krav som inte gäller upp till denna gräns (max 19 passagerare). T ex att man måste ha en flight attendant (flygvärdinna), man måste ha väderradar och TCAS (ett kollisionsvarningssytem som kostar mycket pengar) och en del andra saker. Därför har det konstruerats ett antal flygplan för 19 passagerare (de Havilland Twin Otter, Beach 1900 m fl). Att sätta in en eller två stolar extra, eller bygga lite större flygplan, var således ingen god affär, eftersom man inte fick pengarna tillbaka (en eller två passagerare till täcker inte kostnaden för en flygvärdinna). Numera har väderradar och annan elektronik blivit mycket billigare och idag har många småplan en sådan även fast det inte är obligatoriskt. Så förmodligen är inte gränsvärdet 19 passagerare lika viktigt idag.

Ett koncept som det arbetas mycket på just nu är uppskalade versioner av drönare (eldrivna), vilka är tänkta att transportera både gods och personer. Även här handlar det om korta flygsträckor och en begränsad mängd passagerare eller last. Dvs det handlar således om transporter som i princip lika gärna kan göras av klimatneutrala elbilar, eltåg eller elfärjor. Visst finns fördelar, t ex att avlasta igenkorkade huvudleder i storstäder, snabbt skicka mediciner till hushåll i skärgården och liknande, och vi kommer säkert att inom en snar framtid få se fungerande tillämpningar av detta koncept.

Jag kan tänka mig att vi inom 5 år kommer att få se ett ökande antal elektriskt drivna flygplan för sträckor upp till kanske 500 km, som kan ta upp till 19 passagerare. När det gäller jetliners lär vi nog få vänta betydligt längre på helelektriska lösningar. Här får vi nog, under de närmsta 5-10 åren, nöja oss med att optimera den flygteknik som redan finns. Och detta har, som framgått ovan, redan gett avsevärda resultat. Och slutligen, när det gäller flygplan avsedda för interkontinentala resor med hundratals passagerare, ja då gissar jag att vi får vänta i minst 20 år. Eller längre. Men jag kan ju ha fel och ingen skulle bli gladare än jag i så fall!

Förutom eldrivna flygplan kan man tänka sig andra typer av klimatsmarta luftfarkoster. Redan tidigt i flygets barndom experimenterade man med luftskepp (idag ofta kallade blimpar). Ett konventionellt flygplan använder en stor del av motorkraften för att skapa lyftkraft. Luftskepp använder en enorm behållare fylld med en lätt gas (oftast vätgas eller helium eller varmluft) för att skapa lyftkraft (som en ballong — dvs enligt Arkimedes Princip, enligt vilken lyftkraften är lika med vikten av det undanträngda mediet; vatten för fartyg och luft för ballonger/blimpar). Motorerna används enbart för att driva luftskeppet framåt. Luftskepp har många goda egenskaper (drivmotorerna kan t ex vara elektriska) men har låg fart (ca en fjärdedel av farten hos en jetliner — dvs en resa som idag tar 6 timmar kommer att ta 24 timmar) och att framställa gasen innebär vissa problem. Vi har redan, i samband med diskussionen om vätgasdrivna bilar, tagit upp problemen med att framställa vätgas. Plus att det finns uppenbara risker med att ha stora kvantiteter högexplosiv vätgas i en luftfarkost. De tidigare luftskeppens historia visar på detta (Hindenburgolyckan t ex). Helium, som inte är explosiv, är en mycket sällsynt gas och kräver mycket energi och ger stora utsläpp vid framställningen. Och för att generera varmluft krävs också stora energimängder och resultatet blir stora utsläpp av koldioxid. Så inte heller luftskepp är någon kungsväg när det gäller att lösa klimatproblemet. Givetvis kan man tänka sig radikalt nya typer av luftskepp eller luftfarkoster i framtiden, där man kanske använder principer och lösningar som idag är okända.

Eldrivna fartyg med batterier kan vara en lösning i vissa speciella fall, t ex när det gäller kortare sträckor, dvs lokalt som färjor, hamnbogserare, båtar i skärgårdstrafik och liknande eller möjligen för kustfart. För stora handelsfartyg i oceantrafik är knappast batteridrift något realistiskt alternativ inom den närmaste framtiden. Däremot kan man tänka sig kärnkraftsdrivna fartyg, där reaktorn driver turbiner som driver generatorer, som via elmotorer driver fartyget. Sådana fartyg har inga utsläpp alls från sina maskiner, och har många fördelar (bortsett från de problem som generellt gäller kärnkraft — detta diskuteras i bilagan om kärnkraft). De amerikanska hangarfartygen är kärnkraftsdrivna. De "tankas" bara en gång vart tjugonde till tjugofemte år och kan gå oavbrutet med hög fart under hela denna tid. Och, som sagt, utan något som helst klimatavtryck från sitt framdrivningsmaskineri.

M/S Albany (m/s står för "motor ship"). Ett kyl/frysfartyg tillhörande Rederiaktiebolaget Transatlantic. Jag arbetade som radiotelegrafist på detta fartyg, från julen 1967 till januari 1969, varunder vi besökte alla världsdelar utom Antarktis.

När jag 1967-1969 arbetade till sjöss på ett kyl/frysfartyg (m/s Albany), hade vi långa sjöresor. En sådan var mellan Hobart på Tasmanien (söder om Australien) och Köpenhamn, non-stop. Suezkanalen var stängd vid den här tiden (efter sexdagarskriget 1967) så vi fick runda Afrika. Resan tog ca 30 dygn. Medelfarten var över 20 knop (vi hade tur med vädret och hade medvind och satte faktiskt rekord för kylfartyg Australien-Skandinavien). Det är svårt att föreställa sig att man skulle kunna ha batterier som räcker i 30 dygn för att driva motorer på 11 000 hkr (som Albany hade).

Vi kan ju roa oss med att titta närmare på detta i form av ett enkelt räkneexempel. Energidensiteten (hur mycket energi som kan lagras per kilogram batterivikt) hos batterierna i en Tesla 3 ligger på ca 250 Wh/kg (wattimmar per kilogram batteri). Tesla tillhör de ledande när det gäller batteriteknologi och planerar nu att försöka höja detta till 330 Wh/kg.
Som jämförelse kan nämnas att ett vanligt blybatteri har en energidensitet på ca 54 Wh/kg medan bensin har ca 12 700 Wh/kg. Den senare siffran visar hur svårt det är att ersätta fossila bränslen med batterier. Bortsett från utsläppen har de fossila bränslena enorma fördelar i vissa avseenden. Grovt räknat så kommer batterier med energidensitet 250 Wh/kg (Tesla 3) att väga 12700/250 ≈ 51 gånger mer än motsvarande mängd bensin. Men då har vi inte tagit hänsyn till att elmotorer har betydligt högre verkningsgrad än bensinmotorer. Antar vi verkningsgrad 0,92 hos elmotorn och 0,35 hos bensinmotorn, får vi att batterierna kommer att väga 19,4 gånger mer än motsvarande mängd bensin. Dvs 1 kg bensin via en bensinmotor ger lika mycket mekanisk energi som 19,4 kg fulladdade litium-jon-batterier via en elmotor. En tank med 50 l bensin (ca 38 kg) måste således ersättas med 737 kg (38⋅19,4) batterier (med dagens energidensitet). Flygplan är viktskänsliga i mycket högre grad än bilar och det är inte svårt att utifrån ovanstående inse problematiken med batteridrivna flygplan (jetbränsle har ungefär samma energidensitet som bensin).
Som jämförelse kan jag nämna att energidensiteten hos uran (fissionskraft) är 22 miljoner (22 000 000) kWh/kg!
Låt oss knyta an till m/s Albany ovan, vars maskineri var på 11 000 hkr. Om vi antar att man i medeltal, under den omnämnda 30-dygnsresan, använde 8 000 hkr (=5966 kW) av dessa 11 000 hkr (dvs 73% av maxeffekten), så blir den energi som förbrukades under hela resan lika med 5966⋅24⋅30 kWh (kilowattimmar), vilket blir ca 4,3 miljoner kWh. Vi vill nu beräkna vikten av litium-jon-batterier som kan lagra 4,3 miljoner kWh. Eftersom varje kilogram litium-jon-batteri kan lagra 330 Wh (vi utgår således inte från batterier som finns idag utan från batterier som förhoppningsvis kommer att finnas inom ett par år), blir denna vikt 4300000/0,330≈13000 ton (trettontusen ton). Nu måste vi återigen ta hänsyn till att elmotorer har högre verkningsgrad än en lågvarvig fartygsdieselmotor (vi antar att den senare har verkningsgrad 0,50, se nedan) och får då det korrigerade värdet ca 7100 ton.
Men varför inte blicka lite framåt? Ett schweiziskt företag, Innolith, som håller på och utvecklar en ny typ av batteri, hävdar att dessa kommer att ha en energidensitet på 1 kWh/kg (1000 Wh/kg), dvs ca tredubbla lagringskapaciteten jämfört med teslabatterierna i föregående stycke. Om vi antar att vårt fartyg utrustats med sådana batterier, blir batterivikten 4300000/1=4300000 kg eller med andra ord drygt fyra tusen ton (4,3 miljoner kilogram). Korrektion förr skillnaderna i verkningsgrad ger då resultatet ca 2300 ton. Ett fartyg av Albanys storlek kanske lastade runt 4000 ton. Nu vägde ju förstås maskineriet på Albany en del (en stor 8-cylindrig tvåtakts dieselmotor, hög som ett trevåningshus, med slaglängd på flera meter och max varvtal på drygt 100 varv/min — en sådan lågvarvig diesel har f ö en verkningsgrad på runt 0,5!). Gissningsvis runt 200 ton. Bränsletankarna rymde 1727 ton och bränsleförbrukningen vid hög fart var ca 30 ton/dygn. Å andra sidan skulle de nödvändiga elmotorerna med kablage och kontrollsystem också väga en hel del. Om vi enbart jämför bränslevikten med batterivikten enligt ovan och tar hänsyn till att fartyget under resan drog ca 900 ton (30 ton per dygn under 30 dagar) så står 900 ton dieselolja mot 2300 ton batterier. Observera att det i exemplet handlar om batterier som ännu inte finns (men som kanske kommer att finnas om 10 år). Med dagens batterier (kapacitet 250 Wh/kg) så blir batterivikten 4 gånger större, dvs 9200 ton. Detta är minst dubbla fartygets totala lastkapacitet!
Låt oss nu uppskatta kostnaden för denna batteriuppsättning. Den Tesla 3 variant som har längst körsträcka har batterikapaciteten 75 kWh. 2,3 miljoner kWh (4,3 miljoner kWh korrigerat för verkningsgraderna) är 2300000/75=30666 gånger större. Om en Teslabatteripack kostar ca 200 000 kr, kommer således batteripacken på det eldrivna handelsfartyget att kosta 30666 gånger mer, dvs 30666⋅200000=6,1 miljarder kr. Givetvis får den som köper så här stora batteriuppsättningar en rejäl rabatt, låt oss säga 30%. Priset blir i alla fall ganska högt, 4.3 miljarder kronor. Att idag bygga ett fartyg med samma storlek och prestanda som Albany, skulle gissningsvis kosta runt 300-500 miljoner kronor. Dvs, man kan tänka sig ett framtida scenario, där man köper batteripacken och sedan får fartyget på köpet. Ungefär som man förr fick en kulspetspenna, eller möjligen ett par hörlurar, när man köpte en dyr tv.

I uppskattningarna ovan har vi bortsett från förlusterna vid eldrift (i kablar och batterladdning o dyl). Dvs förmodligen är verkligheten ännu mer ogynnsam för batteridrivna fartyg än vad som framkommit i de exempel som ges.

Uppenbarligen, just nu, är batteridrift på oceangående fartyg inte ett realistiskt alternativ. Men med betydligt energitätare batterier kan saker och ting förändras. Alternativet bränsleceller blir oerhört dyrt. Och då måste vi ha med oss stora kvantiteter flytande väte, vilket har sina nackdelar. Dels brand- och explosionsrisken. Men också att dieselolja, som framgår av diskussionen ovan om vätgasdrivna bilar, innehåller 10,7 kWh/l medan flytande väte bara innehåller 2,8 kWh/l. Flytande väte tar således 3,8 gånger så stor plats som dielseolja med samma energiinnehåll. Dvs en betydligt mindre del av ett bränslecelldrivet fartygs volym blir tillgängligt för nyttolast (här spelar skillnaden i verkningsgrad mellan elmotorer och dieselmotorer ingen roll, eftersom en stor, lågvarvig fartygsdiesel har en verkningsgrad på 50%, vilket är samma som verkningsgraden för bränslecelldrift — se diskussionen ovan om vätgasdrivna bilar). Så vi får vänta på att batteritekniken respektive bränslecelltekniken utvecklas betydligt mer, innan dessa tekniker blir praktiska lösningar på stora fartyg. Eller på att nya revolutionerande tekniker dyker upp, som kanske är så revolutionerande att vi idag inte ens kan föreställa oss dessa tekniker.

När det gäller fartyg är däremot direkt vindkraft (dvs segel eller liknande) ett fullt realistiskt alternativ. Det finns redan idag några stora handelsfartyg som i experimentsyfte drivs av segel eller andra vindsystem (som i bilden nedan). Här existerar färdig teknik och utvecklingspotentialen är stor.

Ett handelsfartyg med hjälp"segel" i form av vertikala rotorer (kallas ibland Flettnerrotorer). Dessa roterar, drivna av elektriska motorer, och utnyttjar den s k Magnuseffekten. Om vi har en roterande kropp i strömmande luft, ger Magnuseffekten upphov till en kraft som verkar vinkelrätt mot både luftströmmen (dvs vinden i detta fall) och rotorns rotationsaxel (som är vertikal). Kraften blir därför vinkelrät mot vinden och horisontell. Summa summarum blir att vid sidvind (eller snarare om vinden har en sidvindskomposant), och om rotorerna roterar åt rätt håll, så påverkas fartyget av en framåtriktad kraft, precis som ett konventionellt segelfartyg. Systemet kallas ofta rotorsegel (gå till avsnittet "Roterande cylindrar" i denna artikel). Med rotorsegel kan man segla högre upp i vind än med konventionella segel. Dessutom kan "seglen" kontrolleras från kommandobryggan, dvs man slipper att i hårt väder klättra i master för att reva segel. Om vinden vrider sig och kommer in från andra sidan, måste rotorernas rotationsriktning kastas om, annars får vi en bakåtriktad kraft. Observera att det inte är vinden som får rotorerna att rotera utan dessa måste drivas av sin egen kraftkälla. Det går således åt energi för att driva rotorerna. Men man får tillbaka mångdubbelt denna energi genom vindens verkan på rotorerna. Givevis måste man också ha hjälpmotorer (precis som ett normalt segelfartyg).
Hybridrotorfartyg drivs primärt genom sin propeller och rotorseglen används här för att förbättra bränsleekonomin. Jag gissar att fartyget i bilden är ett hybridrotorfartyg, med tanke på att rotorerna är relativt små och få.
Kanske inte en lika vacker och poetisk segelsättning som en fullriggare eller skonare (se bild i slutet av denna artikel), men effektiv. Man har experimenterat med Magnusrotorer i decennier och med all sannolikhet kommer bilden ovan att bli en allt vanligare syn i framtiden.

Det finns också några handelsfartyg idag, och även kryssningsfartyg, som drivs av mer konventionella segel (plus att de har hjälpmotorer).

Ett problem med vinddrivna fartyg är, precis som när det gäller vindkraft, att det ibland är svag vind eller vindstilla. Och att vissa områden på jorden (t ex de ekvatoriella stiltjebältena) generellt har svagare vindar än andra områden. Om vi nu inte vill flyga, blir alternativet att åka båt vid interkontinentala resor. Jag är inte så säker på att passagerarna, på väg mellan Lissabon och Rio de Janeiro, accepterar att ligga och driva under en vecka eller två mitt ute på Atlanten i väntan på vind. De klimatneutrala fartygen måste således ha någon form av backupsystem (eldrift, dieseldrift etc).

Vågkraft- och tidvattenkraftverk är något man experimenterat med, men det har visat sig svårt att hitta tillfredsställande storskaliga lösningar. Speciellt vågkraften verkar vara ett svårlöst problem. Man har testat många olika tekniker när det gäller vågkraft men ingen verkar fungera speciellt bra. Tyvärr tillåter inte utrymmet att vi går närmare in på detta (den intresserade läsaren rekommenderas att googla).

 

Fossilfri stålframställning

Framställning av stål kräver stora mängder energi och ger mycket stora utsläpp av koldioxid. 8% av världens utsläpp av växthusgaser kommer från järn- och ståltillverkning. SSAB (Svenskt Stål AB) är Sveriges enskilt största utsläppare av koldioxid. Idag pågår försök med att göra stålframställningen så fossilfri som möjligt. Första steget för att omvandla järnmalm (som i princip består av järnoxider) till stål sker i masugnar (och så har det varit i över 1000 år). I masugnen reduceras järnmalmen med hjälp av kol eller koks till tackjärn (smält råjärn). Tackjärn innehåller normalt ca 4-5% kol (som kommer från masugnsprocessen) och är inte smidbart eller svetsbart. Biprodukten vid processen blir stora kvantiteter koldioxid. Nästa steg i stålframställningen kallas färskning, där man använder syre och mycket hög temperatur för att reducera kolhalten i tackjärnet till 2% eller mindre (beroende på vilken typ av stål man vill ha). Även vid denna process produceras stora mängder koldioxid.

Figuren visar en jämförelse mellan en konventionell masugn och Hybritprocessen. Koks tillverkas ur stenkol eller brunkol genom pyrolys (upphettning till hög temperatur). Fördelen med koks är att den har högre halt av kol än stenkol och brunkol. I texten i bilden säger man att "Vätgas används för att dela upp järnmalmen". Ett konstigt sätt att uttrycka det på, men antagligen handlar det om ett missriktat försök att vara pedagogisk. Järnmalm utgörs grundläggande av järnoxider och genom kolet respektive vätet tar man bort syret i malmen. Detta kallas reduktion. Syret, som är bundet till järnatomerna, övergår då från järnatomerna till kol- respektive väteatomerna och man får kolmonoxid/koldioxid eller diväteoxid (dvs vatten).

I Sverige pågår ett samarbetsprojekt mellan SSAB, LKAB och Vattenfall för att ersätta kolet i masugnsprocessen med vätgas (liknande projekt finns i många andra länder). Vattenfalls roll är att hitta processer för att framställa vätgas så effektivt som möjligt. Projektet kallas HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology). Teoretiskt kan man reducera järn med vätgas i stället för kol. Biprodukten blir då vatten i stället för kolmonoxid/koldioxid (H2O i stället för CO/CO2). I laboratorieskala har man redan fått denna process att fungera och nu arbetar man på att få den att fungera i industriell skala. Målet är att ha en fullskalig produktion av fossilfritt järn år 2035. Problemet med denna teknik är att den kräver enorma kvantiteter vätgas, vilket kräver stora mängder elektricitet (det handlar förmodligen om minst två kärnkraftverk eller 6 000 vindkraftverk — här tillkommer också problemet med låg verkningsgrad och utsläpp i samband med vätgastillverkning, vilket diskuteras ovan i samband med vätgasbilar). Vi får önska HYBRIT lycka till på vägen (de behöver nog all uppmuntran de kan få)! Och vi får verkligen hoppas att HYBRIT inte visar sig vara HYBRIS!

Det finns nämligen kunniga personer som inte är övertygade om att vätgasreducering av järn är en framkomlig väg. För det första har vi problemet med att framställa vätgas i tillräckliga kvantiteter. Ett ytterligare problem är att inget väte får finnas kvar i stålet efter processen, eftersom stålet då allvarligt försprödas. Detta kan visa sig bli en svår nöt att knäcka. Vätgas är också svår att handskas med. Inte bara för att den är explosionsbenägen utan också för att vätgas är extremt läckagebenägen (beroende på att vätemolekylen är den minsta molekylen av alla). Vanliga gastäta packningar kommer att läcka vätgas, vilket i kombination med vätgasens explosionsbenägenhet utgör en stor fara. Självklart kommer man att använda speciella packningar, men den stora läckagebenägenheten gör att man ändå kan förvänta sig svåra olyckar i sammanhanget. Masugnsgasen har dessutom högt energiinnehåll (hög värme) och genererar t ex större delen av fjärrvärmen i Luleå. Det är långtifrån säkert att vi lika lätt kommer att kunna utnyttja restvärmen vid vätgasreduktionsprocessen.

Enligt vissa beräkningar kommer väteproducerat stål att bli 20% dyrare än kolstål. Inom stålsektorn är konkurrensen stenhård och att sälja stål som är avservärt dyrare kommer inte att bli lätt. I så fall måste detta stål vara överlägset det stål som redan produceras. Att så skulle bli fallet är inte sannolikt med tanke på att stål och väte inte är någon bra kombination, eftersom väte försvagar stål. I vissa situationer har det hänt att väte diffunderat in i t ex armeringsjärn (vid dåligt genomförd elektrolytisk förzinkning — i vissa länder är det vanligt med galvaniserade eller rostfria armeringsjärn), vilket allvarligt kan förspröda konstruktionen. Byggnader har rasat på grund av detta (ofta har man som tur är upptäckt problemet i god tid, vilket lett till dyrbara reparationer, något som inte heller är så roligt). Vi får verkligen hoppas att HYBRIT lyckas lösa alla dessa problem. Annars kommer svenska kassakor som LKAB och SSAB kanske att bli ekonomiska svarta hål, i vilka vi kan hälla hur mycket pengar som helst. Våra politiker, alltför ofta faktaresistenta och drivna av blind ideologi, brukar ju vara duktiga på att skapa sådana svarta hål. Som andra (dvs svenska folket) sedan får betala.

 

Klimatkören sjunger stämmor — dessvärre sjunger körmedlemmarna inte alltid rent

Vetenskapsjournalisten Lena Carlsson hade en mycket viktig artikel i Expressen den 31/10 2018 (läsaren kanske märker att Expressen och Science tycks vara mina husorgan, vilket nog stämmer; Expressen eftersom den tillhör de bättre mainstream media och bara har betalvägg för ett fåtal artiklar och Science för att Science är science). Rubriken var "De som inte sjunger med i klimatkören brännmärks". Lena Carlsson klagar där bl a på hur klimatinformationen vinklas i media. Jag saxar lite från artikeln:

Den 8 oktober kom IPCC:s rapport om konsekvenserna av en global uppvärmning på 1,5 grad. Vid presentationen i SVT:s "Rapport" visades dramatiska filmbilder från Monrovia i Liberia. Där finns stora problem med kusterosion, vilket lett till att bebyggda områden hamnat i havet. Tittarna gavs intrycket att den globala uppvärmningen och en stigande havsnivå är orsaken. Ingenting nämndes om att fattiga människor i Monrovia gräver upp sanden och säljer den för att överleva, vilket starkt bidrar till erosionen. Problemen förvärras av att myndigheterna inte gör vad de kan för att skydda mot erosionen.
Den 22 augusti i år rapporterade ett stort antal medier om forskningsubåten RAN. Denna ska undersöka de smältande isarna i Antarktis för att få svar på om modellerna stämmer eller inte. I samband med jungfruturen intervjuades Anna Wåhlin, nybliven professor i oceanografi vid Göteborgs universitet. I TV4:s sändning förklarade Anna Wåhlin att hon inte är bekymrad för klimatförändringarna, och tog som exempel att den vattenståndsökning hos världshavet [också kallad havsnivåhöjning] vi ser i dag (ca 3 mm/år) är normal och densamma som vi haft de senaste 10 000 åren [klicka här för att se denna intervju].
När SVT:s Rapport sände intervjun med Anna Wåhlin, fanns hennes uttalanden om havsnivån inte med. Jag har inte heller sett dessa uttalanden återgivna någon annanstans än i TV4.

Carlsson tar också upp en debattartikel i DN, skriven av Johan Rockström m fl. Rockström har blivit något av en klimatguru, trots att han inte i egentlig mening är någon klimatexpert (han är agronom i grunden — jag skriver lite om honom i del 2 av föreliggande artikelserie). I sin debattartikel hävdar Rockström et al att vi befinner oss i en akut klimatkris och att det krävs en mobilisering för att klara situationen "som om vi befann oss i krig". Lena Carlsson påpekar att två av medförfattarna till DN-artikeln har intressen i vindkraftsindustrin. Rockström hänvisar i sin artikel till en studie han är medförfattare till. Där varnas för en Hothouse earth, dvs ett tillstånd som innebär att jorden kan vara på väg mot total katastrof genom en serie av oåterkalleliga effekter som kommer att göra stora delar av jorden obeboelig. Lena Carlsson anser det märkligt att inte någon annan forskare fick ge sin syn, med tanke på Rockströms uppseendeväckande slutsatser. Lennart Bengtsson, professor i dynamisk meteorologi (också omnämnd i del 3 och 7 av denna, dvs Kristers, klimatserie) har, enligt Lena Carlsson, kallat Rockströms teori om Hothouse earth för "vetenskapligt grundlös" och "en rötmånadsrapport".

Carlsson avslutar sin artikel med:

I dag pågår forskningsprojekt där politiska åsikter och personlighetsdrag hos så kallade klimatskeptiker, som ifrågasätter hotbilderna, kartläggs. Personer med avvikande åsikter misstänkliggörs och skuldbeläggs. Men det måste gå att rapportera om viktiga miljöfrågor på ett allsidigt sätt. Annars är yttrandefriheten och demokratin i fara.

 

Det finns också ekonomiska och personliga intressen bakom klimatrörelsen

(Innan du går vidare läs gärna denna intressanta artikel, som visar hur amerikanska miljardärer (bl a Steve Jobs änka Laurene Powell Jobs och Amazons grundare Jeff Bezos) godhetssignalerar genom organisationen The Climat Imperative, som arbetar på att förbjuda (natur)gasanvändning i hushåll (gasspisar, gasvärmare och gasdrivna varmvattenberedare). Samtidigt som hushållen står för endast 0,4% av den totala naturgasanvändningen i USA, dvs ett sådant förbud är ett slag i tomma luften när det gäller att rädda klimatet. Och samtidigt som de själva (de godhetssignalerande miljardärerna) förbränner flera ton flygbränsle i timmen när de flyger med sina Gulfstream business jets (affärsjetplanens Rolls-Royce) kors och tvärs över hela jorden. Bezos ursäktar sig med att han klimatkompenserar när han är ute och flyger genom att använda biobränslen och genom att köpa utsläppsrätter. Det låter bra men innebär att han genom att köpa utsläppsrätter (som inte har någon betydelse ekonomiskt för honom) begränsar andra människors möjligheter att använda billiga fossila bränslen. Dvs han kan släppa ut enorma mängder koldioxid (genom att betala för det) samtidigt som andra människors rätt att släppa ut koldioxid (dvs att ha billig värme i huset och ha varmvatten och kunna laga mat till en låg kostnad) minskar motsvarande (om det finns ett tak för hur mycket som totalt får släppas ut). Observera att i USA är det mycket billigare att använda naturgas än el i hushållet — el är, enligt USA:s Energidepartement, 3,5 gånger dyrare per värmeenergienhet (se figuren nedan)!

Grafen visar priset (i dollar) i USA för en miljon BTU (British Thermal Units, som är den energienehet som ofta används i USA — uttrycker vi energin i joule i stället får vi givetvis samma proportioner) för olika energislag (naturgas, propan, eldningsolja 2, fotogen och el). Miljardärer som Bezos tycker således att vanliga amerikaner skall betala 3,5 (42/12=3,5) gånger så mycket för att koka potatis och värma upp sina hus, samtidigt som han själv givetvis klarar att betala vilka priser som helst (han är ju god för över en biljon svenska kronor). Och samtidigt som han kan framställa sig själv som räddare av planeten Jorden! Detta brukar kallas "godhet på andras bekostnad".

Sverige har kommit oerhört långt jämfört med många andra länder när det gäller att minska sin klimat(/miljö)påverkan. Många av de åtgärder som föreslås av klimatalarmisterna känns som ganska så meningslösa (sluta flyga, sluta använda plastkassar, sluta åka bil, äta mindre kött. sluta dricka mjölk, eftersom kornas pruttar bidrar till uppvärmningen etc). Jag upplever det mer som godhetssignalering än som seriösa åtgärder för att rädda jordens klimat. Mycket av de resurser som satsas på klimatåtgärder i vårt land skulle göra betydligt större nytta om vi använde dessa för att hjälpa andra, mindre resursstarka länder att blir mer klimatsmarta.

Precis som att det finns starka ekonomiska intressen (och speciellt har funnits) i invandringsindustrin i Sverige (flera aktörer har blivit miljardärer på sådan verksamhet) så finns det starka ekonomiska intressen i klimatfrågan. I båda fallen finns oerhört mycket pengar att hämta. Samhället har spenderbyxorna på sig både när det gäller invandring (speciellt tidigare) och klimat. Kraftbolagen vädrar morgonluft. För att inte tala om bilindustrin. De delar av världen där vanliga människor för närvarande har råd att ha bil är i princip "bilifierade". Dvs, de som vill ha bil och har råd att ha bil, har bil. Marknaden underhåller mer eller mindre status quo, dvs ersätter bilar som skrotas och kompenserar för befolkningsökningen etc. Men nu står bilindustrin inför hjulafton (observera vitsen), när i stort sett alla bilar i hela världen skall skrotas och ersättas av elbilar. Det är bara att ösa på för fullt. Man kommer att kunna tillverka och sälja hur mycket som helst. Inom vattenkraft och solkraft och andra fossilfria energikällor finns också oerhört mycket pengar att hämta. Man kan således misstänka att företrädarna för alla dessa branscher inte bara bedriver information utan också propaganda och manipulation.

Skulle forskningen komma fram till att vi inte har någon allvarlig klimatkris eller att det handlar om naturliga variationer som människan inte kan göra något åt, ja då kommer mängder av tjänster och forskningsprojekt att läggas ned. Alltså ligger det i många forskares intresse att förstärka bilden av en allvarlig kris, där människan är boven. Den forskare som inte ställer upp på konsensus när det gäller klimatet får varken anslag eller tjänst (eftersom denne kanske kommer fram till "fel" slutsatser). Och riskerar dessutom att bli utfrusen både professionellt och privat. Alltså rättar de flesta in sig i ledet. Många professorer som kritiserar klimatalarmisternas överdrifter är emeritus, dvs pensionerade. De beskylls inte sällan för att vara senila eller inte hänga med i tiden (detta har t ex drabbat ovannämnde Lennart Bengtsson). Och så skulle ju kunna vara fallet. Men det skulle också kunna vara så att de vågar säga sitt hjärtas mening, eftersom de inget har att förlora. Deras pension kan ingen ta ifrån dem. Och de är så gamla att de struntar i vad tidningarna och PK-maffian skriver. Därför litar jag generellt mer på en professor emeritus (när denne uttalar sig i kontroversiella frågor) än jag litar på en aktiv professor (med detta menar jag en ännu inte pensionerad professor, självklart kan en professor emeritus vara synnerligen aktiv).

I nästa artikel, nr 7, som kommer att vara den sista i denna serie, tänker jag redogöra för min egen syn när det gäller klimatfrågan (jag har i de tidigare artiklarna i huvudsak redogjort för olika alternativa sätt att förhålla sig och inte explicit uttryckt var jag själv står). Dvs dels vad jag tror om den globala uppvärmningens omfattning och orsaker och dels vilka konkreta åtgärder jag anser att vi måste ta till.


Efter denna dystra artikel och efter att läsaren tvingats åse de fula rotorseglen i tredje sista bilden ovan (jag skulle skämmas över att lämna mina läsare med ett sådant synintryck på näthinnan), måste vi återställa ordningen genom en vacker bild på ett riktigt segelfartyg:

Så här skall ett segelfartyg se ut! Fossilfri transport när den är som bäst. Bilden, som är från 1920-talet, visar en berömd tvåmastad, kanadensisk skonare vid namn Bluenose. Ren vindkraft utan koldioxidavtryck och med stor skönhet. Eller hur?
Bluenose, som blivit något av en symbol för Nova Scotia och Kanada, var en tävlingsbåt, utvecklad från de s k bankfiskeskonarna. Dessa var snabbseglande, sjösäkra skonare med goda seglingsegenskaper (en skonare kännetecknas av att storseglet, dvs det största seglet, är det aktersta seglet), som från 1800-talets mitt och 70 år framåt, användes för torskfisket (huvudsakligen) på sandbankarna utanför Newfoundland. Skonarna fungerade som moderfartyg och själva fisket skedde med långrev från småbåtar med en eller två mans besättning (dories), vilka roddes eller seglades.

[Det finns en klassisk film, "Captains Courageous", från 1937 ("Havets hjältar" på svenska) med Spencer Tracy i en av huvudrollerna (denne fick f ö en Oscar för sin roll). Storyn baseras på en roman av Rudyard Kipling och handlar om en 10-årig pojke, Harvey Cheyne, som ramlar överbord från en atlantångare och räddas av en bankfiskeskonare. Harvey kommer från en rik familj och är bortskämd och allmänt osympatisk. Fiskarna avbryter inte fisket trots att den otacksamme Harvey både hotar och försöker muta dem med sin pappas rikedom, utan Harvey får arbeta ombord i flera månader tills det är dags att återvända till hemmahamnen med full fisklast. Harvey vägrar först arbeta men blir till slut en del av besättningen och upplever en gemenskap han aldrig tidigare känt och växer enormt som människa. Ombord lär han sig uppskatta värdet av hårt arbete och lär sig mer om livet under dessa månader än han gjort under hela sitt tidigare liv av lyx och dyra privatskolor. En riktig tårdrypare som ibland går i repris på någon tv-kanal. Se den om du får tillfälle (man kan hyra eller köpa den på iTunes)! Här finns många vackra seglingsscener att njuta av och filmen ger förmodligen en mycket god bild av livet på en bankfiskeskonare — när filmen gjordes fanns fortfarande aktiva bankfiskeskonare kvar.]

 

Fortsätt till del 7, Äntligen hemma med halmen — Sammanfattning och avslutning

 

Tillbaka till "Klimatet — en alltför viktig fråga för att låta känslor styra"
Tillbaka till sidan med aktuella kommentarer.
© Krister Renard