Sveriges framtida energiförsörjning: Miljökonsekvenser

av professor emeritus Ingmar Grenthe

Föredrag vid symposium i Akademien den 16 mars 2000.

Ingmar Grenthe, född 1933, är professor emeritus i oorganisk kemi vid Kungl Tekniska Högskolan och dess tidigare prorektor. Han har bl a varit ordförande i den Miljöstrategiska Stiftelsen. Ledamot av Kungl Vetenskapsakademien.

Kan man bedöma miljökonsekvenser? Svaret är inte självklart, tidshorisont och komplexiteten hos det system som skall bedömas sätter gränser. En analys av miljökonsekvenser av olika energisystem kräver en metodik med klara definitioner av systemgränser, samt beskrivning av ingående processer. Bilden av olika energisystems för- och nackdelar blir på detta sätt mera komplex än den allmänna debattens "för eller emot", men den är nödvändig om samhällets beslutsfattande skall vila på en någorlunda rationell grund. Den följande diskussionen kommer delvis att baseras på studier av olika framtida energiscenarier för Schweiz som utförts vid Paul Scherrer Institute. Eftersom jag inte känner till någon liknande studie från Sverige använder jag den som exempel, länderna har dessutom ungefär samma energistruktur.

Figur 1 visar schematiskt de komponenter som ingår i en analys av detta slag.

Figur 1 visar bl a hur miljöeffekter ingår som en del i en mera fullständig systemanalys. Livscykelanalyser är en viktig komponent, i detta fall omfattar dessa inte bara direkt emission vid konstruktion, drift och rivning av anläggningar, utan också den miljöbelastning som uppstår både uppströms och nedströms i energikedjan under hela deras livslängd. Dessutom inkluderas också de indirekta emissionerna som uppstår vid tillverkning av konstruktionsmaterial, energitillförseln i de olika delstegen ovan etc. Eftersom ambitionen är att beskriva framtiden har följande framskrivningar gjorts på teknologisidan:

  • Naturgassystem, reduktion av läckage i transportsystemen, effektivare förbränning.
  • Kolsystem, utvinning av metan vid underjordsbrytning, förbättrad förbrännings- och askbehandlingsteknik.
  • Kärnkraftssystem, reduktion av radonemission från gruvdeponier, reduktion av energiförbrukning och emissioner vid isotopanrikning.
  • Hydrosystem, förbättrad turbinteknologi.
  • Fotovoltaiska system, förbättrad tillverkningsteknologi för att reducera energianvändningen vid tillverkningen, högre energiutbyte i cellerna.

De följande figurerna illustrerar resultaten av en analys av ovan angivet slag för olika energisystem.

Figur 2 visar dagens utsläpp av växthusgaser från elenergianläggningarna i några europeiska länder uttyckta i enheten g koldioxid per kWh producerad el.

Figur 3 är ett exempel på hur användningen av olika konstruktionsmaterial varierar mellan olika energisystem.

Figur 4 visar energikostnaden som procent av den totala mängden producerad energi i olika system:

På samma sätt kan man analysera transportbehoven i olika system, i figur 5 är dessa redovisade som tusentals km per GWh.

Tabell 1.
Supply mix optionsSystem shares in the cold season to cover the gap of electric energy
Conventional thermal50 % CC (gas); 25 % CC (oil); 25 % Coal
Nuclear100 % Nuclear domestic
Mix Nuclear/GasToday's installed nuclear capacity; rest of supply CC (gas)
Import 100 %10 % CC (gas); 30 % Coal; 60 % Nuclear
Import 50 %Import: 10 % Coal; 40 % Nuclear. Domestic: 25 % CC (gas); 25 % Nuclear.
Conventional thermal + PCAs option 1 with PC substituting 5 %
Mix Nuclear/Gas + PCAs option 3 with PC substituting 5 %

På detta sätt kan man kvantitativt jämföra olika energikedjor och identifiera deras särdrag.

Vi kan nu aggregera resultaten av energisystemanalysen och beskriva effekterna av olika val av energiproduktionssystem, för enkelhets skull uttryckta i enheten megaton koldioxidekvivalenter per år, figur 6 gäller för Schweiz.

Låt oss nu gå över till att diskutera miljökonsekvenser av de olika produktionssystemen. Dessa är sammanfattade i tabell 2.

Tabell 2.
EnergisystemMiljöeffekt
KolKlimatförändringar
SO2, NOX via aerosoler (kroniska och akuta effekter)
Partiklar (kroniska och akuta effekter)
Ozon (hälsoeffekter, effekter på växtlighet)
Olyckor vid gruvbrytning och transport
Skador på vägar genom tunga transporter
OljaDelar av ovanstående
Oljespill
NaturgasDelar av ovanstående
Pipeline läckage och stora olyckor
KärnenergiRadiologiska långtidseffeekter av C-14 läckage vid upparbetning
Radiologiska långtidseffekter av Rn-222 från gruvavfall
Reaktorolyckor
BiomassaPartikelutsläpp, kroniska och akuta hälsoeffekter
VattenkraftLokal störningar av ekosystem
Estetiska effekter
Effekter på turism
Stora dammolyckor
VindEstetiska effekter
Buller i befolkade områden
Olyckor vid anläggningen

En diskussion av miljökonsekvenser av olika energisystem kan inte ske enbart med ett nationellt perspektiv. Utbyggnaden av överföringskapacitet i det europeiska stamnätet innebär att energiproduktionen i framtiden, i mycket högre grad kommer att styras av av den faktiska produktionskostnaden än av var kraftverken byggs. En ökad användning av fossilenergi och möjligen också av bioenergi leder till ökande koldioxidutsläpp med globala konsekvenser. De svenska insatserna för att reducera miljökonsekvenserna av storskalig energiproduktion skall ses mot de förväntade förändringarna i den globala energiproduktionen. Med tanke på de mycket stora variationerna i elenergiproduktion per capita och år, från 18 400 kWh i Canada till 826, respektive 429 kWh i Kina och Indien, vet vi att energiproduktionen i utvecklingsländerna kommer att byggas ut mycket kraftigt under de närmaste decennierna. Detta kommer att ske genom ökad användning av fossilenegi. I USA har förbrukningen av elenergi vuxit med 2,25 % per år under de senaste tio åren. Om denna ökning fortsätter innebär det en ökning från 380 gigawattår i dag till 475 gigawattår 2010, 1 GWy svarar mot en stor reaktor eller 35 km2 solceller. Över till energipolitiken i Sverige - det verkar inte orimligt att energibalansen kan lösas även med nedläggning av samtliga kärnkraftverk. Detta förutsätter bl a en ökad användning av bioenergi, ett tema som behandlats av Per Olof Nilsson. Men mera krävs, ökad import och en kombination av andra åtgärder som sträcker sig från den enskilde konsumenten, till förändringar i existerande industristruktur. Jag antar att detta tema kommer att belysas av andra personer under detta symposium. Vi kan möjligen vara överens om att en omställning av detta slag kan komma att kosta mycket pengar. Det verkar rimligt att basera ett beslut på en så fullständig analys som möjligt av konsekvenserna för samhälle och miljö, både lokal och global. Effektiva energisystem är nödvändiga för att kunna höja levnadsstandarden hos en växande världsbefolkning - detta kräver en portfölj av olika produktionssystem, men också åtgärder för att effektivisera energidistribution och användning. Våra skattemedel kommer kanske till bättre användning för både oss och utvecklingsländerna om de används för det forsknings- och utvecklingsarbete som krävs för att uppnå en säker och miljömässigt acceptabel energitillförsel, än för att betala nedläggningen av fungerande kärnreaktorer. Forskning är samhällets försäkring för att kunna möta framtida hot och möjligheter. Det är vårdslöst att låta dagens energipolitiska agenda styra dess inriktning.

Förkortningar

PC=kolpulversystem
PFBC=trycksatt fluidiserad bäddförbränning av kolpulver
CC=kombicykel
GT=gasturbin
CHPP=samgenerering av el och värme
m-Si=fotovoltaiska system baserade på monokristallina kiselpaneler
a-Si=fotovoltaiska system baserade på paneler med amorft kisel

Bibliografi

Dones, R; Gantner, U; Hirschberg, S (PSI); Doka G; Knoepfel I (ETHZ): Environmental Inventories of Future Electricity Supply Systems for Switzerland, PSI Report No. 96-07, Paul Scherrer Institut, Villigen, Switzerland 1996.

Hirschberg, Stefan: Integral Assessment of Energy Systems, Environment and Nuclear Energy, ed. B. N. Kursonoglu, Plenum Publishing Co, New York.