El - tidligere CO2-skurk - nu helt

I virkeligheden er det meget nemt. Vi skal ’bare’ høste den energi, vi har lige for næsen af os i stedet for at bruge mere af de energilagre, der ligger i jorden i form af kul, olie og gas.
Vi kender alle høstmaskinerne. Hvis vi havde nok vindmøller, solceller, vandkraftværker, jordvarmeanlæg og andre vedvarende energikilder til at dække vores energibehov, var der ikke noget problem. Der er rigeligt med energi fra solen til at dække alle menneskers energibehov i al fremtid. Hver dag modtager Jorden energi fra Solen, der svarer til menneskets energiforbrug i 27 år, så vi behøver kun at høste en lillebitte brøkdel af solenergien for at have nok.

Vi skifter batteri i stedet for at oplade

Hvorfor gør vi det så ikke bare?
Svaret er, at mennesket ikke forstår at bruge energien rigtigt. Vi sløser med den og bruger den på en måde, hvor vi får mindst muligt ud af den. Og derfor bliver vi nødt til at bruge af de energilagre, som naturen har været så venlig at gemme for os. I virkeligheden svarer det til, at vi i stedet for at sætte telefonen til opladning udskifter batteriet, hver gang det løber tør. Det er dumt, og det koster enormt meget på energikontoen hver gang.
For at få svar på spørgsmålet om, hvilken form for energi, vi skal bruge i fremtiden, og få en forståelse for, hvad der gik galt hvornår, vil jeg starte med Adam og Eva.

Fra kemisk energi til varme

Og her er de så… Adam og Eva. De sidder ved bålet på et tidspunkt for mellem en halv og en million år siden, hvor man regner med, at de første mennesker fik kontrol over ilden. Bålet giver tryghed, mulighed for at tilberede mad og varme. Sådan et figenblad varmer jo ikke ret meget.
Hvis de havde gået i skole, ville de vide, at energi findes i et utal af former. Adam og Eva omdanner den kemiske energi i brændet til lys- og varme. Træets kul-atomer (C) går ved forbrændingen i forbindelse med luftens ilt (O2) og danner CO2. Processen udsender energi.

Bål i balance trods energispild

Men er Adam og Eva så ikke nogen gevaldige miljøsvin? Nej, for den samme mængde CO2 ville være udledt under alle omstændigheder. Træet udleder CO2, uanset om det brændes af, eller det ligger og rådner på skovbunden. Det sidste tager bare lidt længere tid. De første menneskers leg med ild, var klimamæssigt fuldstændigt neutralt. Men lejrbålet fortæller alligevel en historie, der viser lidt om, hvorfor det langt senere gik så grueligt galt…
Hver gang, du bruger energi, går der noget tabt i form af varme, du ikke kan bruge. Lejrbålet varmer jo ikke kun det forhistoriske ægtepar, men også luften ovenover og rundt omkring. Dyrene flere meter inde i skoven mærker tydeligt varmen fra bålet, og det er jo ret heldigt for Adam og Eva. Hvis al varme fra bålet udelukkende ville gå til at varme de to, ville de ikke alene blive stegt; de ville også kunne servere sig selv for de vilde dyr. Så ville dyrene jo ikke opdage bålet. ’Spild’ af energi er naturligt – og altså godt i dette tilfælde.

Fra varme til bevægelse

Menneskets behov for energi kunne sagtes opfyldes med perfekt CO2-balance, så længe den blev leveret af biomasse. Den er CO2-neutral, hvis blot biomassen erstattes i samme takt, som den bruges. Det sidste glemmer mange at gøre, men det er en anden historie.
Men så var det, at vi fik behov for at lave endnu en transformation af energien. Vi fik behov for bevægelse.
Heste og kameler kan ikke flytte særligt mange varer og mennesker, og det går ikke hurtigt. Og de møller, der tidligere havde hjulpet mennesker med at male korn, pumpe vand og drive simple tærskeværk, kunne slet ikke klare de mange nye maskiner, som mennesket opfandt.
I 1760’erne forbedrede James Watt de dengang lidet effektive dampmaskiner, og Watts maskine lavede dermed en tredje energitransformation. Den kemiske energi blev til varme, der nu også blev til bevægelse. Og hver gang energien skifter form, forsvinder en del af den i den blå luft.

Da den blå himmel blev grå

Der skulle bruges en frygtelig masse energi for at få vævene i de nye tekstilfabrikker og hjulene på de nye damplokomotiver til at køre. Men det gjorde ikke noget, at der skulle puttes langt mere energi ind i den ene ende, end der kom ud af den anden. For mennesket havde gravet i jorden og fundet kul. Massevis af kul.
Problemet var blot, at kullet, der skaffede energi, ikke længere var CO2-neutralt. I Carbon – kultiden – havde Jorden det rigeligt varmt. Træer, planter og alger trivedes og voksende med rekordfart, og bakterierne, der skulle nedbryde plantematerialet kunne slet ikke følge med, og meget af biomassen blev begravet i havet eller på skovbunden. Efterhånden blev det til rent kul, og det var dette kul, som menneskene havde fundet og gravede frem i store mængder her i midt i Oplysningstiden.
Kul blev brugt til næsten alt. Ildstedet blev senere erstattet af et kulfyret centralfyr i kælderen. Dampskibe og damplokomotiver åbnede for fjerne rejsemål. Maskiner satte gang i Industrialismen, og de var alle drevet af kul. Himlen over byerne var ikke længere blå, men grå…

Fra bevægelse til el

Kul var billigt og meget lettere at håndtere end træ. De skove, der ikke allerede var blevet fældet for at få tømmer til skibe og bygninger eller for at få jord til landbruget, mistede deres værdi. Skovene forsvandt, og industriens umættelige behov for kul betød, at menneskets aktiviteter for første gang nogensinde kunne måles direkte i luften. Indholdet af CO2 steg. Først langsomt, så målbart og senere i den grad mærkbart.
Men naturen er stor, og de alvorligere klimaforandringer kom først senere, og det var en dansker, der opdagede noget, der for alvor satte turbo på CO2-udledningen og klimaforværringerne. Han blev født omtrent samtidigt med, at James Watt var travlt optaget af at forbedre sine dampmaskiner – i 1777 i Rudkøbing. Hans Christian Ørsted hed han.
Som sin navnefælle var H.C. et legebarn, der udførte adskillige fysiske eksperimenter, og i 1820 fandt han til sin egen forbløffelse ud af, at man kunne få en magnetnål til at bevæge sig, hvis man satte strøm til en ledning i nærheden. Og selv om der gik yderlige 53 år, inden James Clerk Maxwell i 1873 formulerede alle lovene om elektromagnetisme og dermed kunne forklare, at det omvendte – at bevægelse af magneter også kunne skabe strøm – var grunden lagt til hele den energikæde, der har skabt vores moderne samfund OG en masse overflødig CO2.
Menneskets brug af energi er gennem historien gået fra sollys, til kemisk energi, til varme, til bevægelse og til sidst til el, og hver gang energien skifter ansigt, går noget tabt. El er energimæssigt ret uøkonomisk.

El - praktisk men sort

Men el kan også noget, som ingen andre energiformer kan. Det kan flyttes over lange afstande, uden at ret meget af energien går tabt. Og så er det en energiform, der er utroligt let at have med at gøre. I med stikket eller tænd for afbryderen, så er er du i gang. Disse egenskaber gjorde, at el som energiform bredte sig lynhurtigt omkring forrige århundredeskifte. Elektriske pærer, støvsugere, elektriske komfurer m.m. og ikke mindst industriens store maskiner krævede kolossale mængder af elektrisk strøm.
El produceres i kraftværker, hvor der er et stort energitab. Først skal olien eller kullet hentes op fra jorden og transporteres, så skal den kemiske energi frigøres, så man får varme til at producere damp, der driver en turbine, som er koblet til en generator, der laver strøm. Det betyder, at et normalt kraftværk kun får 30-50 pct. af den energi, man putter ind i det, ud igen i form af el. I Danmark udnytter man som regel varmen til opvarmning, og så bliver denne såkaldte virkningsgrad snarere 90 pct. – dog uden at udvinding og transport af de fossile brændstoffer er talt med.
Men uanset hvad, så udleder traditionelle kraftværker kolossale mængder CO2. De fem største danske kraftværker udleder tilsammen over 5 mio. tons CO2 hvert år- ca. ét ton CO2 pr. dansker! Der findes yderligere ca. ti større og et utal af mindre kraftværker. Og selv om mange er begyndt at fyre med biomasse – som de fleste forskere fra fx FN, Klimarådet, Concito m.fl. absolut ikke regner for at være klimaneutralt – så er der ingen tvivl om, at kraftværkerne hører til blandt de store klimasyndere. El, der er produceret med fossil energi, er helt sort…

Hvad kan vi gøre?

Efter at have brugt 1500 ord på at forklare, hvorfor el som energiform traditionelt er blevet betragtet som noget af det mest sorte, man kan forestille sig, så kan det virke lidt mærkelig, at svaret på, hvordan vi kan løse klima- og energiproblemerne i fremtiden, kan staves med to bogstaver:
EL!
Menneskets måder at høste vedvarende energi fra solen består enten af at skabe eller bruge elektricitet.
For at løse klimakrisen skal vi gøre det rigtige. Vi skal rykke sammen og arbejde tæt på vores hjem, dyrke vores mad tæt på os, stoppe med at flyve så meget, cykle i stedet for at køre bil, plante masser af skov, og alt det andet, som vi ved hjælper.
Men det er ikke nok! Vi mangler stadig ca. 80 procent for at nå i mål. Så vi bliver nødt at finde noget, der kan erstatte al den fossile energi, vi bruger i dag, og vi bliver endda nødt til at fjerne noget af al den CO2, vi har udledt for meget gennem tiderne og især de sidste 50 år.

Kendte teknologier skal skaleres op

I teorien er opgaven ret enkel. Vi kender nemlig en masse teknologier, hvor vi kan forvandle solens energi til noget, som kan bruges til at flytte os, opvarme vores huse, fremstille og tilberede vores mad, fremstille vores varer etc. Dét bliver stadig nødvendigt, uanset hvordan vi indretter os, og uanset hvor meget vi sparer på energien.
Men som fortalt i starten, så er der også masser af solenergi at tage af. Vi skal ’bare’ udbygge og optimere de metoder, vi kender, til en helt anden skala, end vi kender i dag. Det bliver fx fuldstændigt irrationelt at protestere over, at du får en vindmølle ’i baghaven’, for det får vi alle sammen. Det bliver heller ikke et spørgsmål, om vi skal dyrke jorden eller plante træer, for dyrkningen skal foregå på en bæredygtig måde… mellem træerne. Det bliver heller ikke et spørgsmål, om du skal have solceller på dit hus, men om hvor mange der er plads til.
Vi skal nemlig bruge rigtig meget vedvarende energi (VE) for at kunne nå at rette op på fortidens synder, inden vi når de næste tipping points, som gør opgaven umulig for os.

Sådan giver solen el

Der flere måder at forvandle solenergi til el på. Den direkte metode er solceller, som oplades, når solen skinner på dem, så vi kan tappe strømmen direkte.
Andre måder efterligner vores kraftværkers måde at generere el på. En generator med en masse magneter bevæger sig hurtigt rundt og genererer el i en ledning. Præcis som H.C. Ørsted fandt ud af for 200 år siden.
Solens energi rører voldsomt rundt på både atmosfæren og vandet på vores planet. Det er denne bevægelsesenergi, vi udnytter, når vi laver strøm fra vindmøller, vandkraftværker, bølgekraftværker og andre vedvarende kraftværker.
Solen opvarmer luften og skaber højtryk og lavtryk, og når luften forsøger at udligne trykker, opstår blæsevejr – som regel lige dér, hvor Danmark ligger. Det er også solen, der hjælper vores nordiske naboer med at producere vedvarende energi. Solvarmen løfter vandet op fra oceanerne, så det kan regne og sne på fjeldet. Regnen bliver til floder og elve, hvor det er ret smart at placere nogle vandkraftværker.

Udfordringen er styring og lagring

Opgaven er således at få bygget så mange maskiner, der kan høste solenergi, som overhovedet muligt. Men desværre er det ikke noget, man bare gør… Der er stadig nogle tekniske udfordringer, som skal klares.
Elnettet er opbygget, så det kan håndtere en række kraftværker, transformatorer mv, der leverer el på en kontrolleret og styret måde til forbrugere, som modtager den på en ligeså standardiseret og styret måde. Nu skal nettet også håndtere en række små og store vindmøller, der drejer rundt som vinden blæser, en masse små solceller, plus en million el-biler eller flere, der skal kunne oplades og aflades igen. Det hele skal styres, så vi hverken producerer for meget eller for lidt el, og hvis solen skinner, eller vinden blæser meget, skal vi helst kunne gemme vores el, indtil der bliver brug for den.
Opbygningen af et elnet – en grid – der kan håndtere alt dette, og udviklingen af batterier med tilstrækkelig kapacitet til at kunne gemme overskudsproduktion og lynhurtigt aflevere den igen, når vi producerer for lidt el, er stadig en udfordring, der ikke er helt på plads. Men det kommer den snart.

Sådan giver solen varme

Ud over, at vi skal producere en stor mængde el fra solen til os selv, så skal vi også bruge sol-el til andre formål, hvor el i sig selv ikke er særlig egnet. Man kan selvfølgelig bruge el til opvarmning, men det er som regel ikke særlig økonomisk hverken for energiforbruget eller pengepungen. I Danmark og mange andre steder er der et udbygget og velfungerende fjernvarmenet. Det kan vi nemt give et skud VE.
Princippet hedder varmepumper. Med en varmepumpe kan alt fra overskudsvarme fra fabrikker og stalde til jordvarme bruges til varmt vand og opvarmning. Princippet i en varmepumpe er simpelt. Når man presser luft eller en væske sammen, bliver den varm. Du kender det fra en gammeldags cykelpumpe. Hvis du holder tommelen for hullet og fører stemplet ned gennem pumpen, bliver cykelpumpens varm i den ene ende. Den anden ende ville blive kold, hvis ikke der sivede luft ind.
Et køleskab funger efter samme princip. Det er varmt bagpå og koldt indeni, fordi en pumpe – en kompressor – har flyttet noget væske, så der er undertryk og koldt ét sted og overtryk og varmt et andet sted. En varmepumpe er bare et omvendt køleskab, men ligesom cykelpumpen og køleskabet skal varmepumpen have noget energi – muskelkraft eller el – for at kunne presse noget sammen. Jordvarme, overskudsvarme og alt sådan noget bliver kun til vedvarende energi, hvis den får strøm fra en VE-kilde.

Fly vil fortsat være nødvendige

Flyvning får på puklen af alle klimaaktivister. Og vi skal da også begrænse flyvningen så meget, vi overhovedet kan. Covid-19-pandemien i 2020 har lært os, at vi slet ikke behøver at flyve så meget. Mange møder kan sagtens holdes via Skype, og der er dejlige feriemål, som kan nås med tog. Men den specialuddannede vindmølle-montør, der skal hjælpe med at uddanne kolleger i Chile, eller lægen fra Læger uden Grænser, der skal redde liv i Afrika, skal jo også på arbejde.
Selv om vi fjerner al unødvendig flyvning, vil der stadig være masser af fly i luften, og at forsyne dem med batterier og elmotorer er fortsat en illusion. De ville simpelthen blive så tunge, at de ikke ville kunne lette – i hvert fald, hvis der skulle være batterikapacitet nok til en længere flyvetur. Fly har stadig brug for flydende brændstof.

Sådan giver solen luft under vingerne

Og for at gøre flybrændstof og brændstof til visse industrielle processer, der kræver mere varme, end el alene kan give, klimaneutralt, har vi brug store mængder vedvarende energi. Eller rettere vedvarende el, også kaldet Power to X.
Danmark er faktisk ret langt med at forske i klimaneutralt brændstof. Man skal bruge brint og CO2. Brint i større mængder kan bedst fremstilles ved elektrolyse, som i princippet spalter vand (H2O) i dets bestanddele, ilt og brint. Elektrolyse kræver masser af energi, og hvis det skal give nogen mening, skal det være vedvarende energi. Til gengæld kan vi glæde os over, at Power to X-processen også fjerner en smule af den CO2, vi har for meget.
Uanset hvilke VE-teknologier, vi bruger til at høste solenergi med, så er det bare med at komme i gang. Vi har brug for al den VE, vi overhovedet kan skaffe, så olien og kullet kan blive nede i undergrunden, hvor det hører hjemme!
Næste artikel i denne serie vil fortælle om en idé til, hvordan vi massivt kan udrulle VE – i praksis!