Månad: september 2022

Energiloop kan spara kostnader för industrin

KTH-forskare från olika discipliner går samman för att skapa en hållbar slinga från el till spillvärme och tillbaka till el. Detta sparar driftskostnader för energiintensiv industri och påverkan på vår planet.

Additiva tillverkningsgruppen vid Institutionen för materialvetenskap och teknik (MSE) har tagit fram en prototyp av kopparvärmeväxlare via elektronstrålepulverbäddfusion på Freemelt ONE 3D-skrivare.

Den speciella gitterliknande strukturen hos värmeväxlaren designades av samarbetspartners vid Högskolan för ingenjörsvetenskaper i kemi, bioteknik och hälsa (KTH). För att optimera strukturen användes en intern CFD-lösare (Computational Fluid Dynamics), en process för matematisk modellering av ett fysiskt fenomen som involverar vätskeflöde. I och med produktionen av prototypen ska den nu testas experimentellt.

Gruppen planerar också att trycka större, mer praktiska prototyper av värmeväxlare med hjälp av Institutionen för produktionsteknik (IPU).

Den kommersiella versionen av en framtida värmeväxlare kan sträcka sig från storleken på den första prototypen hela vägen upp till dimensioner på nästan en halv meter, vilket är den nuvarande maximala storleken för just denna tryckprocess.

”Slutmålet är att integrera den anpassade värmeväxlaren i ett system fyllt med den reaktiva vätskan för kraftproduktion, det vill säga generera el från spillvärme”, säger Ethan Sullivan , forskare vid MSE.

Den reaktiva vätskan hjälper till att upprätthålla hög värmeöverföringsförmåga över värmeväxlarens korta längd och skördar en stor mängd värmeenergi från den heta källan nästan omedelbart i form av kemisk energi.

Som ett resultat kan kemisk energi sedan frigöras i form av mekanisk eller elektrisk energi.

”Projektet syftar till att spara driftskostnader för energiintensiv industri genom att skapa en hållbar loop från el till spillvärme tillbaka till el”, säger Sullivan.

Tekniken kan tillämpas på många olika branscher, inklusive kylning, serverhallar och energiproduktion.

”En av de unika fördelarna som 3D-utskrift ger oss är att vi enkelt och snabbt kan skapa en specialdesignad värmeväxlare som passar en branschs särskilda behov.”

Via KTH med animering på deras webbplats: https://www.kth.se/en/om/nyheter/lokala-nyheter/loop-of-energy-can-save-costs-in-industry-1.1189957

Om projektet

Finansiärer av projektet är KTH Energy Platform, KTH Innovation och IRIS Initiative.

Forskare involverade i projektet:

• Lärare. Christophe Duwig och Dr. Kai Zhang (CBH) designade den gitterliknande strukturen hos värmeväxlaren
• Assoc. Lärare. Greta Lindwall och Dr. Ethan Sullivan (MSE) producerade en prototyp av kopparvärmeväxlare.
• Med prototypen till hands kommer Dr. Ali Najarnezhadmashhadi (CBH) att testa den experimentellt.
• Gruppen planerar också att skriva ut större, praktiska prototyper av värmeväxlare med hjälp av samarbetspartnern Dr. Sasan Dadbakhsh (IPU).

TESLA OWNERS SWEDEN – Nestor AB – VUEF.se – Energy Evolution Center

Via Miljö & Utveckling På söndag är det val. Elpriser, kärnkraft och vindkraft debatteras flitigt. Problemet är att helhetsbilden missas. Det menar forskare vid Blekinge Tekniska Högskola som gjort en strategisk hållbarhetsanalys av energisystemet.

Dagens energidebatt präglas av oro inför höga elpriser och i bakgrunden finns den större långsiktiga klimatkrisen som allt fler inser att vi måste hantera. Kärnkraft och förnybart ställs ofta mot varandra. Ett debattklimat med bristande källkritik och systematik har dock skapat onödig förvirring och oro hos allmänheten.

Vi vill därför nu bredda energidebatten så att inte bara klimateffekter och samhällskostnader berörs utan även andra miljökonsekvenser och sociala konsekvenser över tid.

Först frågar vi oss hur vi ligger till i förhållande till den önskvärda hållbara framtiden. Ett flertal stora utmaningar måste lösas för att vi ska kunna få ekologiskt, socialt och ekonomiskt hållbara energisystem. Hit hör:

• Växthusgaser och andra ämnen som släpps ut snabbare än naturen kan hantera dem. Enligt Parisavtalet behöver till exempel världens utsläpp halveras varje årtionde från år 2020 för att vi ska kunna rädda klimatet. Sverige har i linje med detta satt målet att bli världens första klimatneutrala välfärdsland och lagstiftat om att detta ska ske till 2045. Samtidigt har många regioner och kommuner antagit klimatbudgetar som har ännu högre ambitioner.
• Fysisk förstörelse av naturen. Vårt samhälle breder ut sig på naturens bekostnad vilket äventyrar de ekosystemtjänster vi är beroende av för bland annat frisk luft, vatten och mat. Ytterst få verkar inse hur stort trycket kommer att bli på naturytor när vi har slutat att använda fossila bränsleflöden i energiindustrin.
• Hälsoeffekter, sociala orättvisor samt motsättningar och polariseringar försvårar samarbete och välfärd.
• Resursutarmning och andra samhällskostnader. I takt med ökad utvinning närmar sig den tidpunkt då produktionen av olja och gas och många metaller slår i taket på global nivå med kraftigt stigande kostnader som följd.
• Allt detta innebär att det är väldigt bråttom att komma igång med en bred hållbarhetsomställning. I dagsläget bidrar dock vårt beroende av fossil energi, pågående krig samt skyhöga elpriser till alla hållbarhetsutmaningarna.

Vilka framtidsscenarier ser vi då? Vi kommer behöva mer el i framtiden för att kunna elektrifiera transportsektorn och förse industrin med utsläppsfri el och vätgas, inte minst för en fortsatt svensk stålproduktion samt för att lagra energi.

Scenariojämförelse: Ny kärnkraft eller effektivistering och förnybart?

Vi har därför gjort en scenariojämförelse mellan de två oftast debatterade sätten att lösa detta – ny kärnkraft respektive mer effektivisering och förnybart. Först av allt – oavsett vilket scenario vi väljer för att tillföra mer elproduktionskapacitet – måste vi dock börja med att effektivisera så mycket som möjligt. Detta är oftast det billigaste.

Svenska forskare har också nyligen kommit fram till att vi har upp till 40 procent effektiviseringspotential i våra byggnader. Vår startpunkt är de senaste årens elproduktionsnivå om ca 160 TWh, varav ca 130 TWh har använts inom landet och 30 TWh har gått på export.

Kärnkraftscenariot

I kärnkraftsscenariot utgår vi från en vanligt förekommande prognos om ett minst fördubblat elbehov inom cirka 15 år. Vi antar också att detta behov möts med 130 TWh ny kärnkraft fördelat på 10 reaktorer.

Hållbarhetseffekterna av kärnkraftscenariot kan sammanfattas med att:

• Växthusgasutsläppen bedöms oftast vara nästan lika små som för förnybart, men det kommer att krävas tillskott av mer förnybar energi i kärnkraftens internationella värdekedja för att få bort de fossila bränslen som används där idag. Risken för utsläpp av radioaktiva material kräver också omfattande insatser för att hanteras längs hela värdekedjan från uranmalmsbrytning, bränsletillverkning, drift och avfallshantering.
• Speciellt uranmalmsbrytningen har också ett stort fysiskt ‘fotavtryck’ och tar stora naturytor i anspråk.
• Sociala problem inkluderar hälsoeffekter vid uranbrytning, olyckor, spridning av kärnvapen samt säkerhetsrisker kopplat till terrorism och konflikter. Ryssland använder ju nu kärnkraftverk som påtryckning i sitt anfallskrig mot Ukraina.
• Resursmässigt bygger också kärnkraften på en linjär hantering av uranmalm, som finns i begränsad mängd, och skapar radioaktivt avfall som är svårhanterligt under all överskådlig framtid. Vad gäller kostnader så säger oberoende internationella bedömare som IEA, Lazard och Bloomberg att ny kärnkraft är minst 3-10 gånger dyrare än förnybart. Dessutom ökar denna skillnad eftersom kärnkraften måste hantera ett över tid ökat antal risker medan förnybart blir billigare ju mer som byggs på grund av ‘lärkurvan’ och skalfördelar. Det pågår försök och utveckling kring så kallade Små Modulära Reaktorer (SMR) med förhoppningen att de ska kunna bli billigare än stora kärnkraftverk. Detta är dock dels oprövat och dels bygger sådana reaktorer fortfarande på linjär bränslehantering. Detta är en uppförsbacke som dömer ut alla tänkbara kärnkraftverk som mer och mer olönsamma i förhållande till de eviga flöden som förnybar energi bygger på, och där inga bränslen alls behövs.
• Det finns därtill studier som pekar på att SMR kommer att skapa ännu mer avfall än de större kärnkraftverken och detta borde snarare driva upp kostnaderna. Det finns också ambitioner att i framtiden bygga fjärde generationens kärnkraft som delvis ska kunna upparbeta kärnavfallet så att det kan användas igen och ge ett avfall som blir farligt under kortare tid. Samtidigt kan kärnkraftsscenariots högre elpris medföra att produktion av fossilfritt stål inte blir konkurrenskraftigt i Sverige utan istället kan komma att hamna i andra länder. Och då faller en stor del av anledningen till att fördubbla elproduktionen i Sverige.
• Tidsmässigt har alla kärnkraftstekniker en avgörande nackdel i att de kommer på plats för sent för att kunna hjälpa till med att hantera klimatutmaningen. Erfarenheter från de senaste verkliga kärnkraftsbyggena i världen tyder på att det oavsett reaktortyp i bästa fall tar 15 år innan ny kärnkraft kan finns på plats (jämför Finland som snart har hållit på i 20 år med Olkiluoto). En annan viktig tidsmässig poäng är att även kärnkraftsscenariot kommer att kräva en kraftfull expansion av förnybart. Under kärnkraftens långa byggtid så är det enda vi kan göra för att ge samhället mer energi att effektivisera och att bygga ut förnybart. Å andra sidan innebär ju detta att kärnkraften blir överflödig när den väl ska kopplas in eftersom vi då redan har nödvändig elproduktionskapacitet på plats.

Kärnkraftsscenariot har alltså flera allvarliga hållbarhetsrisker, blir dyrt och tar alltför lång tid att komma på plats för att hinna hjälpa till i klimatomställningen.

Effektiviserings- och förnybartscenariot

I effektiviserings- och förnybartscenariot utgår vi också från att elbehovet kommer att öka. Dock antar vi att ett stort fokus på effektivisering kan begränsa denna ökning till 85 TWh inom 15 år. Vi antar också att detta främst möts med förnybar sol-, vind- och vågkraft kombinerat med energilagring och flexibilitetstjänster.

Hållbarhetseffekterna av effektiviserings – och förnybartscenariot kan sammanfattas med att:

• Växthusgasutsläpp är mycket låga för det förnybara systemet och kan bli ännu lägre allt eftersom förnybar energi används i transporter, tillverkningsindustrin och byggsektorn.
• Även gruvbrytningen till solceller, vindkraftverk och lagringslösningar har ett kännbart fysiskt fotavtryck. Problemet är dock mindre än för kärnkraft eftersom ingen gruvdrift behövs för själva driften i förnybartscenariot. Dessutom är en hög metallåtervinningsgrad möjlig vilket kommer att spara både jungfrulig råvara och energi.
• Socialt sett kan lokalsamhällen och självbestämmande stärkas genom att alltfler privatpersoner kan ta makten över sin energi genom t.ex. solceller på taket. Detta scenario ger också potentiella hälsoeffekter vid gruvbrytning och tillverkning men detta blir i mindre skala. Det kan också bli konflikter kring markanvändning när sol- och vindkraftsparker breder ut sig. Ett sätt att minska dessa motsättningar kan vara att låta mer av den förnybara energins vinster stanna kvar hos lokalsamhällena. Dessutom blir ett nytt decentraliserat energisystem med självförsörjande byggnader som kombineras till självförsörjande grannskap och städer mer robust. Hela landet blir ett energisystem som varken stormar, terrorhandlingar eller angrepp från främmande makt kan slå ut.
• Resursmässigt kan det tillfälligt bli hög efterfrågan på vissa metaller men när de förnybara systemen och energilagren väl har byggts så förbrukas väldigt lite. Dessutom finns det stora möjligheter till att täta kretslopp och återvinna mer via nya affärsmodeller. Kostnadsmässigt ser vi nu att sol- och vindel i hela världen – även i Sverige – på 10 år har gått från att vara dyrast till att bli billigast av alla energislag.
• Tidsmässigt har effektiviserings- och förnybartscenariot stora fördelar. Solel kan byggas ut direkt och om alla lämpliga tak används så skulle detta kunna ge 40 TWh på ett par år. Potentialen för havsbaserad vindkraft är också stor. Energimyndigheten har föreslagit ett planeringsmål på ca 90 TWh men det kommer att ta lite längre tid att få på plats pga. större tekniska utmaningar och komplicerade tillståndsprocesser. Nya lagringstekniker förbättras också i rasande takt vilket kompletterar sol- och vindel och ger en god planerbarhet. Samtidigt kommer den elektrifierade fordonsflottan tillföra en stor batterikapacitet som kan balansera elnätet från en dag till en annan. Produktionen av utsläppsfritt stål kommer på liknande sätt förutsätta utbyggnaden av stora vätgaslager som kan hantera säsongsvariationer mellan sommar och vinter.

Effektiviserings- och förnybartscenariot ger alltså sammanfattningsvis mycket mer begränsade och hanterbara hållbarhetsrisker, blir betydligt billigare och kan genomföras tillräckligt snabbt för att vara relevant för klimatutmaningen.

Uppmaningar till kommande regering

Vad behöver vi då göra nu? Potentialen i effektivisering, förnybart och flexibilitetstjänster är som synes enorm och det krävs nu en kraftfull samlad satsning för att omsätta denna i en snabb svensk energiomställning med därtill kopplade exportmöjligheter. Vår uppmaning till kommande regering blir därför att:

1. Samla partierna och oberoende experter att formulera en ny kraftfull blocköverskridande energiöverenskommelse som kan lösa de mer akuta problemen på ett sätt som samtidigt lägger en grund för kommande steg i omställningen.
2. Använd ökade energiskatteintäkter till en investeringsfond för energiomställning
3. Kräv solceller på alla offentliga byggnader
4. Stärk energirådgivarna i en informationskampanj för omställning som uppmuntrar till beteendeförändringar.
5. Satsa på utbildning och vidareutbildning för de samhällsplanerare, arkitekter, ingenjörer, installationstekniker och andra som behövs inom effektivisering och förnybart.
6. Ge samtliga hushåll och företag stöd till omställning med effektivisering, avveckling av direktverkande eluppvärmning, solcellsutbyggnad och energilagring.
7. Förenkla tillståndsprocesserna för vindkraftsetablering.

Sammanfattningsvis ser vi alltså att vi har all teknik vi behöver och att de accelererande hållbarhetsutmaningarna gör att det aldrig blir billigare än idag att börja driva på omställningen. Varje krona som eventuellt nu läggs på ny kärnkraft måste samtidigt tas från utbyggnad av billigare, snabbare och hållbarare kraft. Låt oss nu lyssna på den varning som elprischocken har gett oss och investera oss ur fossilberoendet en gång för alla.

– Henrik Ny, docent

– Martin Prieto Beaulieu, projektledare

– Karl-Henrik Robèrt, professor

Samtliga vid Institutionen för strategisk hållbar utveckling vid Blekinge tekniska högskola.

TESLA OWNERS SWEDEN – Nestor AB – VUEF.se – Energy Evolution Center