Kapittel 14: Radikal omlegging er nødvendig

FNs Klimapanel (IPCC) ble etablert i 1988 og legger grunnlaget for internasjonalt forpliktende avtaler om klimagassreduksjoner, tilrettelagt av FN gjennom COP (Conference of the Parties) hvert år siden 1994. IPCC-rapportene ser på årsakene til klimaendringer, virkninger og fremtidige risikoer ved gjennomgang av tusenvis av vitenskapelige artikler. I Parisavtalen (2015) ble landene enige om at temperaturen på kloden ikke må stige mer enn 2 grader før århundret er over, og at de skal gjøre alt de kan for å begrense oppvarmingen til 1,5 grader.

Energibruk står for ca. 75 % av klimagassutslippene (Net Zero by 2050 – Analysis - IEA), i hovedsak fra fossile energikilder som kull, olje og naturgass. De store sektorene som bruker fossil energi i dag, er transport-, bygning-, industri- og varmesektoren samt kraftproduksjon, i hovedsak fra kull. For å oppfylle Parisavtalen og redusere klimapåvirkningen må det utvikles nye teknologier og systemer som erstatter systemene som i dag slipper ut klimagasser til atmosfæren. Det er krevende å endre energisystemet fra store, sentrale kullfyrte anlegg for elektrisitetsproduksjon til et mer desentralisert system med variable fornybare energikilder som sol og vind.

Det store bildet og ambisjonene mot 2050

Klimagassutslippene globalt er ujevnt fordelt, idet de store utslippene domineres av land som defineres som fremvoksende eller utviklingsøkonomier sammenlignet med land som defineres som avanserte økonomier. Men ser en på utslipp per innbygger, så er bildet helt motsatt: Da dominerer de avanserte økonomiene.

Land som er i utvikling, vil øke sin brutto nasjonalprodukt (GDP) frem mot 2050. Ifølge analyser knyttet til et nullutslippssamfunns (Net Zero Emission (NZE))-scenario for 2050 vil verdensøkonomien (GDP) dobles fra 2020 til 2050 basert på en befolkningsøkning fra 7,8 milliarder til 9,7 milliarder. Økningen skjer i hovedsak i land med fremvoksende økonomier og spesielt i Afrika, hvor befolkningen vil øke med 1,1 milliarder. Afrika vil passere både Kina og India i befolkningstall før 2050. Økning i befolkningstall og levestandard i nye økonomier gjør det ekstra utfordrende å oppnå nullutslipp.

Ved utgangen av 2022 hadde 87 land og EU kunngjort løfter om å redusere utslippene til null i dette århundret. Dette dekker over 85 % av verdens utslipp og 85 % av bruttonasjonalproduktet. Kina har mål for karbonnøytralitet innen 2060, India har ambisjoner om netto nullutslipp innen 2070 og Indonesia om netto nullutslipp innen 2060. Hvis alle kunngjøringer og mål oppfylles fullt ut og i tide, vil det være nok til å holde stigningen i globale temperaturer til rundt 1,7°C i 2100 (Energy Technology Perspectives 2023 – Analysis - IEA).

En rekke organisasjoner gjennomfører analyser av energisystemene basert på ulike forutsetninger. Viktige forutsetninger er antagelser om hvor mye energi som brukes i ulike sektorer som elektrisitetsproduksjon, bygningssektor, industri, transport og hvilke energibærere som dominerer disse sektorene. Dette er direkte koblet til hvor mye utslipp en totalt får i de ulike sektorene. Ser en på de ulike analysene samlet, så er det en klar sammenheng mellom andel fornybar energi på den ene aksen og brutto energiforsyning på den andre. Økt elektrifisering med fornybar energi gir høyere energieffektivitet og mindre behov for totalt energiforbruk og dermed lavere utslipp.

Det internasjonale energibyrået (IEA) lager analyser av utviklingen innen energisektoren fremover i tid basert på ulike forutsetninger. Modellene de bruker, er både nye og veldig omfattende, såkalte hybride modeller som har vært brukt i analyser av netto nullutslipp (Net Zero Emission (NZE)). Disse hybride modellene kombinerer ulike modeller basert på markedsanalyser inkludert policy og mer enn 800 ulike teknologier som brukes innen energiforsyning, industri, transport og bygninger. De kobler også opp utslippsmodeller fra IIASA (International Institute for Applied Systems Analysis) og investeringsmodeller fra det internasjonale pengefondet (IMF). Fremskrivinger fra IRENA, som vist i figur 14.1, har mange likheter med IEAs analyser.

Figur 14.1 Betydningen av fornybar energi i energiomstillingen (Renewable energy targets in 2022: A guide to design (irena.org)).

Energisektorens overgang til nullutslipp

Elektrisitet er en energibærer og ingen energiressurs og må produseres fra ulike kilder som sol, vind, og vann, i tillegg til bioenergi, avfall, bølgekraft, tidevann etc. Alle disse fornybare energikildene er desentraliserte og har lav energitetthet sammenlignet med kjernekraft og fossile energikilder. Elektrisitet kan brukes i mange sektorer som kraftproduksjon, transport, varmesektor og industrielle prosesser, som er de sektorene med høyest klimagassutslipp.

Siden energisektoren står for 75% av utslippene og elektrisitet fra fornybar energi kun står for en andel på 26 %, er det viktig å få konvertert denne sektoren til nullutslipp. Sol og vind utmerker seg som de kildene som har størst vekstpotensial. Fra figur 14.1 ser en at totalt endelig energiforbruk (TFEC - Total Final Energy Consumption) vil reduseres fra 392 EJ i 2019 til 373 EJ i 2030 og 348 EJ i 2050.

Historisk har det vært en god korrelasjon mellom befolkningsvekst, GDP og økt energiforbruk, da innenfor et fossilbasert system. Årsaken til at analysene gir mindre energiforbruk i 2050, er skiftet fra fossil til fornybar energi. Det er en klar korrelasjon mellom andel fornybar energi og lavere energiforbruk. Den fornybare andelen av elektrisitetsforbruket øker i samme periode fra 26 % i 2019 til 65 % i 2030 og 90 % i 2050.

Kjernekraft vil ifølge IAEA (Det internasjonale kjernekraftbyrået) utgjøre 12 % i deres høye case- prognoser for 2050. Kjernekraft sto for rundt 10 % av verdens elektrisitetsproduksjon i 2020. Bruken av biomasse vil øke fra 5 % (tradisjonell biomasse) til 12 % i 2030 og 18 % (moderne biomasse) i 2050. Fornybarandelen innen fjernvarme og hydrogenbruk øker også betydelig. Men hva må vi gjøre for å oppnå disse resultatene i 2050?

Konkret handling er nødvendig på 2020-tallet i alle land og regioner for å fremme avkarboniseringen av sektoren, nå målene med utslippsreduksjon innen 2030 og videre bane vei for netto nullutslipp innen 2050. Tilgjengeligheten av kostnadseffektive fornybare energikilder globalt, støttet av en akselerasjon i energieffektivitet, kan gjøre dette mulig. På kort til mellomlang sikt må tekniske og økonomiske utfordringer oversettes til konkrete investeringer og regulatoriske handlinger.

Et grønt energisystem

For at energiomstillingen skal bli en realitet, må det gjennomføres endringer. Den store overgripende endringen til et desentralt energisystem hvor sluttbrukerne også kan produsere sin egen energi, krever et mye større samspill mellom ulike enheter i energisystemet, som igjen vil måtte utvikle og ta i bruk digitale verktøy. Å finne bærekraftige løsninger på disse endringene vil kreve innsats innen flere fagområder i tett samarbeid (figur 14.2).

Teknologi handler både om tekniske muligheter, skalerbarhet og bærekraft. For en grønn omstilling av energisystemet er ikke bare teknologiutvikling og tekniske innovasjoner avgjørende, men også forholdet mellom nye teknologier og politiske beslutninger og myndighetskrav. Vi trenger hensiktsmessige investeringer i infrastruktur, utvikling og implementering av reguleringer, standarder, insentiver og markedsreformer. I tillegg må teknologiene og sluttbrukerne spille på lag for å sikre en god og effektiv bruk av nye teknologier. Og til slutt er forholdet mellom politikk og sluttbrukerne, innbyggerne og næringsliv, avgjørende for å ta riktige og demokratiske beslutninger.

Finansiering av hele den teknologiske verdikjeden fra forskning og utvikling via prototyping og industriell produksjon er viktig. I tillegg er investeringer i nødvendig infrastruktur en stor samfunns- messig oppgave. Nye digitale teknologier og løsninger må utvikles og tas i bruk for å håndtere de komplekse problemstillingene som desentrale systemer krever.

Figur 14.2 For en grønn omstilling av energisystemet må nye teknologier, politikk og sluttbrukere spille på lag.

I løpet av det siste tiåret har fornybare energikilder vokst raskt. I 2022 utgjorde fornybar energi 30% av den globale kraftproduksjonen, økt fra 20 % i 2010. Økningene var størst for solenergi, vindkraft, vannkraft og bioenergi. Elektrifiseringen skjer på tvers av alle sluttbrukssektorer.

Likevel, skal en følge NZE-banen, er det behov for en massiv innsats med insentiver og reguleringer for å fjerne fossilbaserte løsninger og fremme fornybare løsninger med teknologi som allerede er tilgjengelig. Verdensøkonomien i 2030 er beregnet til å være 40% større enn i 2020, men vil bruke 7% mindre energi. Noen eksempler på hva som må til, er at energieffektiviteten i verdensøkonomien må økes med 4% per år. Dette er tre ganger høyere enn økningen som har funnet sted de siste tjue årene. Installering av sol- og vindkraft til sammen må være 1000 GW per år, som er fire ganger installeringen i 2020. Salg av elektriske biler på verdensbasis må økes fra 13% i 2022 til 60 % av bilsalget i 2030.

Et fleksibelt energisystem

Den nordiske kraftbørsen, Nord Pool, ble etablert i 1992, og det er høstet betydelige erfaringer med en markedsbasert elektrisitetsforsyning. Systemet fungerte bra ved å kombinere den store lagringskapasiteten i den norske vannkraften med grunnlastkapasiteten i det svenske og danske kraftsystemet (kjernekraft resp. kullkraft). Vannkraften fungerer også godt sammen med variabel fornybar energi, som vind og sol, for å øke fleksibiliteten i elektrisitetsmarkedet.

Naturgassrørledninger og -lager kan også spille en fleksibilitetsrolle i den europeiske energisektoren. I tillegg er energibæreren hydrogen en mulig fleksibilitetsleverandør. EU-kommisjonens visjon for 2030 er å installere ca. 40 GW vann-elektrolysører som kan produsere nullutslippshydrogen til lagring og til bruk i varmemarkedet ved behov. Energiomstillingen i EU vil kreve betydelige mengder hydrogen inntil kraftsektoren er fullstendig avkarbonisert.

Storskala anlegg for fornybar energi er ofte lokalisert i avsidesliggende områder, noe som gjør det nødvendig å styrke overføringsnettene for elektrisitet til etterspørselsregionene. Det gjøres store investeringer for å bygge høyspenningsledninger over lange avstander. Evnen til å tilpasse en aldrende kraftinfrastruktur for å støtte integreringen av flere fornybare energiressurser er avgjørende. Innovasjon er nødvendig for å utvikle teknologi raskt nok til å møte verdens økende krav til grønn energi.

Alle steder er det nødvendig med utvikling av nye løsninger for at transmisjonsnettene skal fungere best mulig. Dette skal sette nettoperatører i stand til å administrere transformatorstasjonene og nettverket som helhet bedre – og bane vei for å møte endrede energibehov. Utvikling fra tidsbasert til tilstandsbasert vedlikehold er avgjørende for å forbedre nettverksutnyttelsen av fremtidens kraftsystemer. Det er også behov for betydelig innsats og investeringer for å utvikle ulike typer av mikronett, lokale energisamfunn, integrering av distribuert produksjon, lokal energilagring i form av batterier og styring av etterspørselssiden. For å oppnå et fleksibelt og velfungerende integrert energimarked må hindringer i systemet fjernes gjennom bedre regelverk og harmonisering.

Ved innføring av nye komponenter og aktører i energisystemet må de fysiske kravene til nettet håndteres, som overføringskapasitet, likevekt og variabilitet, med hensyn til graden av usikkerhet i produksjon og etterspørsel. Mekanismer for spenningsstøtte som opprettholder spenningsnivået i nettet, vil få en viktig rolle.

Et digitalt energisystem

I overgangen til nullutslippssamfunnet vil digital teknologi få en økt betydning. De iboende periodiske egenskapene til sol- og vindkraft må håndteres på en optimal måte gjennom blant annet planer for drift på forskjellige tidsskalaer (f.eks. år, dag, time). Desentralisering av energiforsyningen, sammen med den utviskede grensen mellom energiprodusent og forbruker, øker behovet for å styre energiflyten. Det vil være nødvendig å utvikle og ta i bruk nye digitale teknologier og løsninger for å håndtere mer komplekse problemstillinger som desentrale systemer krever i et samspill mellom ulike sektorer som energiforsyning, transport, bygninger og industri.

Et integrert energisystem med smarte enheter trenger data fra sensorer som kobles sammen til intelligente systemer. Disse systemene må samhandle sømløst og pålitelig for å sikre en stabil strømforsyning. Digitale løsninger har allerede fått en betydelig plass, og tingenes internett (Internet of Things, IoT), maskinlæring og kunstig intelligens vil få enda større betydning fremover.

Som muliggjørende teknologi vil digitalisering spille en viktig rolle i utviklingen mot et netto-null energisystem. Bruk av digitale tvillinger basert på tilgjengelig data kan redusere energiforbruk i eksisterende prosesser og systemer. Design av nye prosesser og systemer kan redusere både investeringskostnader, energiforbruk og klimagassutslipp.

Gjennomføring av digitalisering i energisystemet vil føre til et økt nivå av kompleksitet. Hvordan en skal håndtere utilsiktede effekter, er fortsatt uklart. Slike utfordringer spenner fra databehandling og ledelse til kommunikasjonsprotokoller, fra effektiv algoritmeutvikling til instruktiv visualisering.

Et viktig element i energiomstillingen er innbyggernes samspill med teknologier og systemer. Det er behov for mer innsikt i hvordan en kan skape inkluderende engasjement for å stimulere etterspørselen etter lavkarbonløsninger og sikre en bærekraftig praksis.

Mens tidligere omstillinger var drevet av nye teknologier eller funn av ressurser som for eksempel olje, spiller politikken en nøkkelrolle i den nåværende energiomstillingen. En må skape politisk legitimitet og mobilisere ressursene som trengs, samtidig som en hindrer sosial treghet skapt av kultur, normer, skikker og rutiner.

En utfordring ligger i bruken av digitaliseringsverktøy. Smart, energibesparende nettverkstilkobling på sluttbrukernivå krever stordata og kraftig databehandling i den smarte nettinfrastrukturen. Det er mulig å styre og automatisere tjenester som belysning, oppvarming/kjøling og vasking for å redusere energiforbruket og gi lastfleksibilitet til nettet. Smarte enheter koster mer og lider under manglende forbrukertillit når det gjelder fordelene. Forbrukerne er bekymret for misbruk av data i nettskyen og hacking av data og enheter.

Sysselsetting og arbeidsplasser

Energiomstillingen til rene teknologier gir store muligheter for vekst og sysselsetting i nye og voksende bransjer. Forutsatt at land over hele verden gjennomfører sine energi- og klimaløfter fullt ut, er potensialet til det globale markedet estimert til USD 650 milliarder per år innen 2030 – mer enn tre ganger dagens investeringsnivå i de samme bransjene. Antall arbeidsplasser vil i så fall mer enn dobles fra 6 millioner i dag til nesten 14 millioner innen 2030 og økes ytterligere mot 2050. Over halvparten av disse jobbene er knyttet til elektriske kjøretøy, solenergi, vindkraft og varmepumper. Risikoen er knyttet til geografisk konsentrasjon av kritiske materialer og hele verdikjeder av produksjon av disse nye energiteknologiene.

Internasjonalt samarbeid og rettferdig fordeling

Internasjonalt samarbeid er avgjørende for å realisere nullutslippssamfunnet i 2050. Hindringer på tvers av landegrenser må reduseres eller fjernes, både med hensyn til koordinering av forsknings- programmer, implementering og bruk av teknologi, bygging av nødvendig infrastruktur, internasjonale standarder samt oppskalering og finansiering langs hele verdikjeden. Det vil være forskjeller i hvor en er i utviklingen av dette både mellom land og sektorer i ulike land. For mange industrialiserte land blir energiomstillingen dyrere uten internasjonalt samarbeid. Land under utvikling vil ha behov for internasjonal støtte både innen teknologi, reguleringer og styring samt finansiering. Uten et utpreget internasjonalt samarbeid er det ikke mulig å oppnå nullutslipp i 2050 som vist i figur 14.3.

Figur 14.3: Betydningen av lite internasjonalt samarbeid på utslippsreduksjonene (Renewable energy targets in 2022: A guide to design (irena.org)).

Internasjonal utvikling har gått fra å flytte produksjon av teknologier i industrialiserte høykostland til lavkostland i en global handelsøkonomi til å ha en strategi for å flytte produksjon «hjem igjen», i en regionalisert verden hvor kontroll på teknologi og industriell produksjon er blitt viktigere. Etter Russlands invasjon av Ukraina er betydningen av forsyningssikkerhet av energi blitt viktigere, for EU spesielt.

Både EU og USA har endret strategi for å ta hjem produksjon av kritiske komponenter og systemer. EU med sin Green Deal Industrial Plan, Net-Zero Industry Act og Critical Raw Materials Act vil forbedre betingelsene for investering i netto-null-teknologier ved å forbedre informasjon, redusere administrative ordninger, forenkle tillatelsesprosesser og kreve at myndigheter vurderer kriterier for bærekraft for netto-null-teknologier i offentlige anskaffelser eller auksjoner. USA med sin Inflation Reduction Act og Chip Act legger forholdene til rette for økte investeringer i ny teknologi.

Nesten alle land har signert Parisavtalen og bidratt med nasjonale mål (Nationally Determined Contributions (NDCs)). Summert kommer de nasjonale målene på 5,4 TW fornybar kraft. Dette er ikke i nærheten av å begrense den globale temperaturøkningen til 1.5 °C, som krever 10,8 TW innen 2050. Det er også et begrenset antall land som har fulgt avtalene fra Glasgow (COP26, 2021) om å styrke ambisjonene og målene for 2030.

Ser vi på et øyeblikksbilde av hvilke fornybare energikilder som dominerer i ulike deler av verden, er det sol-, vind- og vannkraft med noe innslag av bioenergi. Størst omfang av dagens 3,1 TW installert fornybar effekt ligger i Asia etterfulgt av Europa og Nord-Amerika. Sør-Amerika har en del vannkraft, men lite sol- og vindkraft.

Globalt behøves det svært store endringer for å oppnå et nullutslippsscenario i 2050, eller sagt på en annen måte, begrense oppvarmingen av atmosfæren til 1.5°C. Ser en frem mot 2030 og hvilke regioner som bidrar til målet på 5,4 TW, er det fortsatt Asia foran Europa og Nord-Amerika som bidrar mest, og sol-, vind- og vannkraft dominerer.

For å oppnå netto null er det avgjørende å utarbeide langsiktige planer for utbygging av tilstrekkelig kraftnettutvidelse, planlegge og støtte industriklynger og gi teknisk og reguleringsmessig bistand til fremvoksende økonomier.

Behov for store investeringer

Ifølge IPCC (2022 WGIII) var de totale globale energiinvesteringene 1940 milliarder dollar i 2019 (IEA, 2021f). Denne summen kan deles inn i følgende hovedkategorier: fossilrelatert energiforsyning, inkludert olje-, gass- og kullutvinning og fossil elektrisitetsproduksjon (990 milliarder dollar); fornybar elektrisitet, primært sol- og vindenergi (340 milliarder dollar); kjernekraft (40 milliarder dollar); elektrisitetsnettverk (270 milliarder dollar) og effektiv sluttbruksenergi (270 milliarder dollar). Disse investeringene vises som gule søyler i figur 14.4.

Investeringer som er nødvendige frem mot 2052 for de samme kategoriene ved et 1,5 grader scenario vises som blå søyler i figuren. Figuren viser dessuten at en veldig stor økning i investeringer, spesielt innen transmisjons- og distribusjonsnettet (vist som transport i figuren), er nødvendig, spesielt i fremvoksende økonomier i Asia. En stor økning innen sol- og vindkraft er også beregnet samt økninger innenfor energilagring, vannkraft og kjernekraft. Investeringene innen fossilrelatert utvinning og energiforsyning vil tilsvarende reduseres ned mot en tredjedel.

Kina investerte 546 milliarder dollar i 2022 innen sol- og vindenergi, elektriske kjøretøy og batterier. Det er nesten fire ganger beløpet for amerikanske investeringer, som utgjorde 141 milliarder dollar. EU brukte 180 milliarder dollar i investeringer i ren energi. Kina har klart å lage integrerte, effektive verdikjeder innen tilvirkning av solcellepaneler og battericeller, begge utgjør nå en betydelig prosentandel av Kinas eksportinntekter. Kina investerer også tungt i innenlandske forsyningskjeder, som komponenter til vindturbin både på land og offshore.

USA og Europa jobber for å ta hjem produksjon og utvide innenlandsk produksjonskapasitet. USA har de siste månedene begynt å rulle ut inflasjonsreduksjonsloven (IRA), som innebærer 369 milliarder dollar i insentiver rettet mot å bygge opp den amerikanske rene energiindustrien.

Figur 14.4 Årlige investeringer innen ulike energiteknologier frem mot 2053 sammenlignet med 2019.

Perspektiver for fremtiden

Menneskeheten står overfor den største utfordringen noensinne, nemlig å hindre at klimagassutslippene fører til en oppvarming av kloden på mer enn 20C. Som FNs generalsekretær uttalte – vi er på «kode rød».

Siden FNs rammekonvensjon for klima ble signert i 1992, har bruken av fossile brensler økt med 60%. Fornybare energikilder har også økt betydelig, spesielt etter 2010, og Parisavtalen i 2015 var et gjennombrudd hvor de fleste land undertegnet avtaler om reduksjon av sine klimagassutslipp. Men en gjennomgang og oppfølging av nasjonale ambisjoner og avtaler viser både for lave nasjonale mål og manglende implementering av avtalene.

De geopolitiske endringene har ført til en sterkere regionalisering og en industriell strategi som skal «ta hjem» produksjonen. Målet er å komme seg ut av situasjonen der Asia og særlig Kina dominerer.

Befolkningsøkningen frem mot 2050 i land som defineres som fremvoksende økonomier, gjør klimagassreduksjonen ekstra krevende. Afrika vil få en befolkning som passerer både Kina og India før 2050, slik at internasjonalt samarbeid og rettferdig fordeling blir helt avgjørende for å lykkes.

Ved utgangen av 2022 har store land som Kina, India og Indonesia, i tillegg til EU, kunngjort løfter om å redusere utslippene til null i dette århundret. Disse utgjør 85% av verdens utslipp. Hvis alle kunngjøringer og mål oppfylles fullt ut og i tide, vil de være nok til å holde stigningen i globale temperaturer til rundt 1,7°C i 2100.