Endurnýjanleg orka

Vindmyllur í Norðvestur-Englandi. Vindmyllur umbreyta vindorku í rafmagn.

Endurnýjanleg orka er orka sem kemur frá endurnýjanlegri orkulind sem minnkar ekki, heldur endurnýjar sig stöðugt þegar tekið er af henni og helst þannig í jafnvægi. Endurnýjanlegar orkulindir eru til dæmis sólarljós, vindur, hreyfingar vatns og jarðhiti. Nýting endurnýjanlegra orkulinda getur verið sjálfbær; en stundum er hún það ekki, eins og þegar lífmassi er nýttur hraðar en hann nær að endurnýja sig. Hagnýting endurnýjanlegrar orku á sér oftast stað á stórum skala, en hentar líka fyrir dreifbýli og þróunarlönd þar sem orkan skiptir miklu máli fyrir þróun samfélaga. Hagnýting endurnýjanlegrar orku fer oft saman við rafvæðingu sem hefur ýmsa kosti, meðal annars þann að vera hrein orka þar sem hennar er neytt.

Frá 2011 til 2021 hefur hlutur endurnýjanlegrar orku í raforkuframleiðslu heimsins vaxið úr 20% í 28%. Á sama tíma hefur hlutur jarðefnaeldsneytis minnkað úr 68% í 62% og hlutur kjarnorku minnkað úr 12% í 10%. Hlutur vatnsafls minnkaði úr 16% í 15%, en hlutfall vindorku jókst úr 2% í 10%. Hlutfall orku úr lífmassa og jarðhita fór úr 2% í 3%. Uppsett orka er 3.146 gígavött í 135 löndum, og 156 lönd hafa sett lög um endurnýjanlega orku. Árið 2021 var nær helmingur aukningar í nýtingu endurnýjanlegrar orku í Kína.

Á heimsvísu er áætlað að um 10 milljón störf séu í endurnýjanlega orkugeiranum, flest við framleiðslu á sólarsellum. Framleiðsla á endurnýjanlegri orku hefur þróast hratt og orðið hagkvæmari og ódýrari um leið og hlutur hennar í heildarorkunotkun heimsins hefur farið vaxandi. Stór hluti af nýrri rafmagnsframleiðslu heimsins byggist á endurnýjanlegum orkulindum. Í flestum löndum eru sólarorkuver eða vindorkuver ódýrustu endurnýjanlegu orkukostirnir.

Mörg lönd uppfylla yfir 20% af orkuþörf sinni með endurnýjanlegri orku og í nokkrum fjölda ríkja stendur endurnýjanleg orka undir yfir helmingi raforkuframleiðslu. Fjögur lönd framleiða 100% af sinni raforku með endurnýjanlegri orku: Albanía, Paragvæ, Ísland og Lýðstjórnarlýðveldið Kongó. Áætlað er að markaðurinn fyrir endurnýjanlega orku muni vaxa hratt á 3. áratug 21. aldar. Samkvæmt Alþjóðaorkustofnuninni þurfa 90% af raforkuframleiðslu heimsins að koma frá endurnýjanlegum orkulindum ef takast á að ná kolefnishlutleysi fyrir árið 2050. Sumar rannsóknir benda til þess að skipti yfir í 100% endurnýjanlega orku á öllum sviðum orkunotkunar - raforku, húshitun, flutningum og iðnaði - séu bæði möguleg og fýsileg. Endurnýjanlegar orkulindir finnast nánast um allan heim, andstætt jarðefnaeldsneyti, sem finnst í vinnanlegu magni aðeins í nokkrum ríkjum. Aukin notkun endurnýjanlegrar orku hefur því veruleg áhrif á orkuöryggi, loftslagsbreytingar og efnahagslíf einstakra ríkja. Eitt af því sem stendur í vegi fyrir hagnýtingu endurnýjanlegrar orku eru styrkir til vinnslu á jarðefnaeldsneyti. Alþjóðlegar skoðanakannanir hafa sýnt mikinn stuðning almennings við endurnýjanlega orkukosti eins og sólarorku og vindorku. Árið 2022 gaf Alþjóðaorkustofnunin út tilmæli til aðildarríkja um að fjarlægja lagalegar og fjárhagslegar hindranir sem stæðu í vegi fyrir aukningu framleiðslu á endurnýjanlegri orku, til að ná markmiðinu um kolefnishlutleysi árið 2050.

Skilgreining

Ekki má rugla saman hugtökunum „endurnýtanlegur“ og „endurnýjanlegur“. Orðið „endurnýtanlegur“ vísar til þess að hægt sé að nýta eitthvað aftur. Sem dæmi má nefna dagblöð og flöskur sem við förum með til endurvinnslu. Orðið „endurnýjanlegur“ vísar hins vegar til þess að eitthvað endurnýjar sig þegar tekið er af því. Einnig kemur fyrir að hugtökunum „sjálfbær“ og „endurnýjanlegur“ er ruglað saman, en hafa skal í huga að sjálfbærni lýsir því hvernig orkulind er nýtt en endurnýjanleiki lýsir eðli hennar. Ekki er rétt að segja að orka sé endurnýtanleg, og ekki er heldur alveg rétt að segja að orka sé endurnýjanleg. Það sem átt er við þegar talað er um endurnýjanlega orku er að hún komi frá endurnýjanlegri orkulind.

Samkvæmt tilskipun Evrópusambandsins frá árinu 2009 er endurnýjanleg orka skilgreind þannig: orka sem ekki kemur frá jarðefnaeldsneyti heldur úr endurnýjanlegum orkulindum, þ.e.a.s. sól, vindi, jarðhita, haforku, lofthita, varma úr grunn- og yfirborðsvatni og vatnsorku, lífmassa, hauggasi, skolphreinsistöðvum og lífgasi.

Orkulindir

Orkulindir jarðefna, þ.e. olíu, kola og gass, teljast ekki endurnýjanlegar sökum þess hversu langur nýmyndunartími þeirra er miðað við nýtingarhraðann. Ekki er vitað með nákvæmni hversu langan tíma jarðefnaeldsneyti er að myndast, en ljóst er að um er að ræða þúsundir eða milljónir ára, eftir aðstæðum. Flest ef ekki öll lönd eru mjög háð jarðefnaeldsneyti, en sökum þess hversu hratt gengur á þær birgðir sem til eru, með tilheyrandi verðhækkunum, sem og losun koltvísýrings (CO2) við bruna þess, hefur þörfin fyrir endurnýjanlega orkugjafa aukist til muna undanfarin ár.

Jarðhiti

Jarðhiti er endurnýjanleg orkuauðlind sé hún nýtt á sjálfbæran hátt (Nesjavallavirkjun)

Aðalgrein: Jarðhiti

Hugtakið jarðhiti er í dag fyrst og fremst notað um það fyrirbæri þegar heitt vatn og gufa koma upp úr jörðinni á svokölluðum jarðhitasvæðum, auk fyrirbæra sem tengjast þessu, s.s. efnaútfellingar. Þessi svæði skiptast í lág- og háhitasvæði. Forsenda jarðhita í þessum skilningi er að jarðskorpan sé gljúp sem gerir vatni kleift að hripa niður og flytja svo með sér varmaorku frá neðri jarðlögum. Hitastigið hækkar eftir því sem neðar dregur og á það sérstaklega við á eldfjallasvæðum og heitum reitum líkt og á Íslandi. Orðið „jarðvarmi“ er notað um orkuna þegar greina þarf á milli jarðhitans sem almenns fyrirbæris og orkunnar sem berst með vatni og gufu upp til yfirborðsins.

Vatnsorka

Aðalgrein: Vatnsafl

Þriggjagljúfrastíflan í Kína.

Vatn er orkumiðill og vatnsorka sú orka sem vatn býr yfir á vissum stað í náttúrulegri hringrás sinni, en mikil orka felst í vatnsföllum. Fyrir tilstuðlan sólarinnar gufar vatn í sífellu upp af jörðinni. Við það að kólna þéttist gufan í ský, sem aftur skilar sér til jarðar sem úrkoma. Vatn sem rennur til sjávar ber orku sem fólgin er í falli þess. Þetta er sú orka sem beisluð er með vatnsaflsvirkjunum. Vatnsafl er virkjað til þess að framleiða rafmagn. Það er gert þannig að vatnið er látið falla, og þungi þess og fallhæð nýtt til þess að knýja hverfla. Því meira vatnsmagn og fallhæð, því meiri orka.

Sögulega hefur mest af raforkuvinnslu með vatnsaflsvirkjunum farið fram með því að reisa stórar stíflur með miðlunarlónum. Stærstu stíflur heims eru Þriggjagljúfrastíflan og Baihetan-stíflan í Kína, og Itaipu-stíflan milli Brasilíu og Paragvæ. Fjöldi smávirkjana og örvirkjana fer vaxandi um allan heim. Í Kína eru yfir 45.000 slíkar virkjanir. Margar smávirkjanir eru rennslisvirkjanir sem hafa ekkert miðlunarlón.

Vindorka

Aðalgrein: Vindorka

Kort sem sýnir möguleika til vindorkuvinnslu.

Vindorka er orka á formi hreyfiorku sem vindurinn felur í sér og á uppruna í geislum sólar. Maðurinn hefur beislað þessa orku í vel yfir 5500 ár, upphaflega með seglum báta og skipa. Talið er að fyrstu vindmyllurnar hafi verið hannaðar á 7. öld e.Kr., en þær gerðu mönnum kleift að nýta þessa orku til þess að mala korn og dæla vatni á milli staða. Síðar var farið að nota hana til þess að knýja ýmsan vélbúnað. Það var þó ekki fyrr en upp úr aldamótunum 1900 að vindmyllur voru fyrst notaðar til rafmagnsframleiðslu. Þróun vindmylla var hæg allt til ársins 1990 þegar stórt stökk varð í kjölfar umræðna um umhverfismál.

Vindorka er ókeypis og ótæmandi orkulind sem hefur ýmsa kosti varðandi nýtingu. Hún er vissulega ódýr virkjunarkostur, veldur lítilli röskun á umhverfi og er almennt talin umhverfisvæn (þótt sumir setji fyrirvara við þá ályktun). Þó eru ýmsir vankantar á og má þar helst nefna hversu óstöðug orkulind vindurinn er og hversu illa vindmyllur endast. Vindmylla þarf lágmarks vindhraða um 4 m/s til þess að framleiða rafmagn og nær fullum afköstum við 15 m/s. Þeim heldur hún að 25 m/s en þá aftengist hún þar til vindhraði er kominn niður undir 20 m/s. Það getur því verið vandasamt að finna góða staðsetningu fyrir vindorkuver og þar að auki er nauðsynlegt að hafa varaaflstöð til þess að tryggja stöðuga orku.

Sólarorka

Aðalgrein: Sólarorka

Kort sem sýnir styrk ágeislunar sólar á heimsvísu.

Sólin gefur á hverri sekúndu frá sér um $3,9\cdot 10^{26}$ júl af orku á formi rafsegulgeislunar. Til samanburðar samsvarar heildarorkuframleiðsla á jörðinni á ári því sem sólin framleiðir á einum billjónasta hluta úr sekúndu. Þessi orka er kölluð sólarorka og hluti af henni streymir til jarðar. Gufuhvolfið endurkastar svo eða gleypir flestalla skaðlega geisla áður en þeir ná til yfirborðs jarðar. Sólarorkan er uppspretta allra orkulinda jarðar að undanskildum jarðhitanum og kjarnorku. Hún er orkan sem drífur veðrakerfi og hafstrauma jarðar og því má rekja upptök vind- og vatnsorku til sólarinnar. Sama gildir um þá orku sem losnar við brennslu trjáa og plantna, því sú orka er í raun sólarorkan sem plönturnar beisluðu við vöxt sinn. Þetta gildir einnig um jarðefnaeldsneyti enda myndast það úr gömlum jurtaleifum og má þess vegna rekja til sólar.

Hægt er að nýta sólarorku á ýmsa vegu, bæði í iðnaði og á heimilum, til dæmis til hitunar vatns og lýsingar. Sólarljósið er þó ekki stöðugt og orkumagnið á hverjum stað misjafnt. Það fer eftir hnattstöðu, árstíma, tíma dags og veðráttu og því hentar best að beisla þessa orku á sólríkari svæðum.

Lífmassi

Dæmi um framleiðslu lífmassa, hampræktun á Möðruvöllum 2008

Aðalgrein: Lífmassi

Lífmassi er í grunninn lífrænt efni sem gengur af í líffræðilegum ferlum. „Þegar rætt er um lífmassa sem orkulind er yfirleitt átt við afurðir eða aukaafurðir úr skógrækt og landbúnaði, en etanól, metan og lífdísill eru helstu miðlar lífmassaorku. Því kemur ekki á óvart að þau lönd sem komin eru einna lengst í þróun á lífmassa sem eldsneyti í stað jarðefnaeldsneytis eru Brasilía, þar sem sykurreyr er hráefnið og Svíþjóð og Finnland, þar sem skóglendi er mikið. Fleiri lönd standa þó einnig framarlega í þessum efnum.“

Lífmassi er meðal þeirra orkugjafa sem munu koma í stað jarðefnaeldsneytis til að draga úr aukningu gróðurhúsaáhrifa. Með því að vinna gas úr sorpi og búfjáráburði er einnig dregið úr losun metans sem er mjög virk gróðurhúsalofttegund, og afgangar úr grisjun skóga og timburvinnslu eru mikilvægt hráefni. Úrgangur sem til fellur dugir þó skammt. Á Íslandi kemur til greina að hirða lífmassa af túnum eða rækta tún sérstaklega með tegundum eins og strandreyr, byggi og alaskalúpínu. Víði ætti að mega rækta með góðum árangri. Minni líkur eru á að rækta megi olíujurtir til að fá dísileldsneyti. Orkan sem fæst úr lífmassa er ekki jafn þétt og sú úr jarðefnaeldsneyti og því þarf aukna tækni til þess að lífmassaorka sé samkeppnisfær. Því er ljóst að landbúnaðurinn og iðnaður þarf meiri gróður og hagkvæmari vinnslu til þess að unnt sé að auka notkun lífmassa. Mögulegar afurðir úr lífmassa er eldsneyti í vökva- og gasformi auk fleiri gagnlegra efnasambanda sem nú eru framleidd úr jarðefnum.

Endurnýjanleg orka á Íslandi

Ísland hefur mikla sérstöðu þegar kemur að orkumálum. Hver íbúi notar meiri orku en þekkist annars staðar og sömuleiðis er hlutfall endurnýjanlegra orkugjafa óvenju hátt. Orkubúskapurinn byggist aðallega á jarðhita, vatnsafli og innfluttu jarðefnaeldsneyti. Samkvæmt Hagstofu Íslands var heildarorkunotkun þjóðarinnar árið 2020, 246 PJ (petajúl). Rúmlega 89% kom frá innlendum og endurnýjanlegum orkulindum og 10% úr innfluttu jarðefnaeldsneyti, en þessi hlutföll eru öfug við það sem gerist annars staðar í heiminum.

Af innlendri orku kom árið 2019 18,2% frá vatnsafli, en mest eða 65,5% frá jarðhita. Notkun jarðefnaeldsneytis einskorðast að mestu við bíla- og skipaflotann eða um 14,5% og um 1,8% eru kol sem notuð eru í iðnaði.

Íslensk stjórnsýsla

Ísland er í samstarfi á alþjóðavettvangi um orkumál og hefur þannig tækifæri til þess að miðla reynslu og upplýsingum á þessu sviði. Í dag heyra orkumál undir umhverfis-, orku- og loftslagsráðuneyti Íslands. Orkustofnun er stjórnsýslustofnun orkumála í umboði stjórnvalda og gefur ráðleggingar í þeim efnum. Stofnunin aflar þekkingar um orkumál og varðveitir þann þekkingarbrunn; aflar undirstöðugagna um vatnafar og vatnsbúskap, jarðhita, náttúrufar og umhverfi; og miðlar þurfandi þjóðum af þekkingu okkar í rannsóknum og nýtingu á jarðhita. Kröfur um samræmda stefnu og aðgerðir á heimsvísu hafa aukist mjög og því er alþjóðlegt samstarf engu síður mikilvægt svo markmiðum verði náð. Slíkt samstarf er sérstaklega mikilvægt fyrir Ísland sem að miklu leyti byggir efnahag sinn á sjálfbærri nýtingu náttúruauðlinda og hreinni náttúru.

Vinna að aukinni þekkingu og tækniþróunar á sviði endurnýjanlegrar orku hefur verið sett í forgang á Norðurlöndunum. Náttúrulegar aðstæður eru þó mjög mismunandi á milli landa eða svæða, og því misjafnt hvaða orkulindir hentar að nýta á hverjum stað. Þær orkulindir sem mest er horft til eru vindorka, vatnsorka, jarðhiti, lífræn orka og sólarorka.

Tenglar

• Landsvirkjun
• Orkustofnun
• Orkusetur
• Orkuskiptaspá Geymt 21 júní 2023 í Wayback Machine
• Umhverfisstofnun
• Alþjóðaorkustofnunin