For å få energi må vi bruke energi (EROEI)
For å vurdere samfunnsnytten av energikildene, så holder det ikke bare å se på kostnader. Det må også gjøres en vurdering av hvor mye energi energikildene produserer i forhold til hvor mye energi som brukes for å produsere dem, såkalt EROEI.
Jeg har tidligere skrevet om hva strømmen koster til forbruker. Det holder ikke bare å se på levetidskostnadene for utbygger, såkalte LCOE, som er som er summen av alle kostnader for et kraftverk delt på summen av produsert energi over hele levetiden. Svakheten med den betraktningen er nemlig at den ikke tar høyde for tidsavhengigheten. Når noen sier at vind- og solkraft er billig, så er det typisk med utgangspunkt i utbyggers ståsted, ikke forbrukeren sitt. Det gir et ufullstendig bilde.
Fordi væravhengig kraft ikke nødvendigvis leverer når strømmen trengs, må det iverksettes en rekke tiltak. Det kan være energilagring, bygging av strømnett over store distanser, samt fleksibel utnyttelse av alternative backup-energikilder som hydrogenkraftverk eller gasskraftverk med karbonfangst og -lagring. Alt dette koster penger, og kalles systemkostnader. Disse belastes forbrukerne som skatter og avgifter som kommer i tillegg til selve strømprisen. Jo mer væravhengig kraft i energimiksen, jo høyere blir systemkostnadene.
I denne artikkelen beskriver jeg en annen svært viktig parameter som dessverre altfor sjelden diskuteres. Det handler om energien som brukes for å lage et kraftsystem i forhold til energi som produseres fra kraftsystemet. Det sier seg selv at et selvgående energisystem som skal vare i mange år, må ha den egenskapen at du får mer energi ut av systemet enn det som brukes for å lage det.
Se for deg at du skal lage et selvgående energisystem for framtiden som består av fossilfrie energikilder. Vi kan altså ikke lene oss på fossile energikilder til gruvedrift for å hente ut råvarene, foredling av disse, transport til fabrikkene som skal bygge komponentene, bygging av veier og transport til der kraftverket skal stå. Alt skal skje fossilfritt. Fabrikker og maskiner skal bygges med fossilfrie energikilder, og vi kan heller ikke bruke fossilt for å lage kraftnettet som skal transportere strømmen dit den skal brukes.
De fossilfrie systemene som bygges i verden i dag, bygges i all hovedsak med fossile brensler. Det skal altså endres, men det holder ikke at systemet i seg selv er selvgående. Det må produseres nok energi til at et samfunn kan fungere i tillegg. Det skal bygges skoler, fabrikker, veier, biler og båter. Mennesker og produkter skal transporteres fra et sted til et annet sted. Og disse menneskene skal ha mobiltelefoner, klær, mat og så videre. Alt behøver energi. Fossilfri energi.
Det er i denne sammenheng begrepet EROEI (eller EROI), Energy Returned On Energy Invested, kommer på banen. Kort oppsummert, er EROEI for et energisystem ganske enkelt forholdet mellom den nyttige energien du får ut fra systemet delt på energitilførselen som kreves for å lage systemet i utgangspunktet. Formelen ser slik ut (Figur 1):
Når EROEI for en energikilde er mindre enn eller lik 1, blir den energikilden en netto "energisluk", og kan ikke lenger brukes som energikilde. Energikilden må altså ha en EROEI som er høyere enn 1 for at det skal gi mening.
Figur 2 viser hvordan systemet fungerer. Det koster energi å bygge kraftverket, drifte det og til slutte stenge det ned. Så produserer kraftverket energi, og differansen mellom det som produseres og det som brukes, er netto energien som er tilgjengelig for forbrukerne.
Ulike energikilder har ulik energitetthet, og som en følge av dette vil også EROEI variere. For eksempel har vindkraft mye lavere energitetthet enn kjernekraft, noe som betyr at det kreves blant annet mye mer materialer for vindkraft for å produsere tilsvarende mengde energi som et kjernekraftverk. I 2013 publiserte Weissbach med flere en artikkel som synliggjorde EROEI-verdiene for ulike energikilder.
Figur 3 er hentet fra den artikkelen og viser nokså greit at areal- og materialkrevende energikilder har lavere EROEI enn de energikildene som har høy energitetthet, typisk fossilt og kjernekraft, men også vannkraft. I tillegg krever væravhengige systemer ekstra løsninger som gjør det mulig å levere strømmen når den trengs. Denne «lagringen» er både fordyrende og energikrevende. Som resultat, synker EROEI-verdien når det tas hensyn til lagring («buffer»). Kjernekraft har suverent høyest EROEI av alle energikildene, grunnet sin høye energitetthet. Du får rett og slett veldig mye energi igjen for energien du putter inn i systemet for å lage og drifte et kjernekraftverk, hele 75 ganger mer.
Som tidligere nevnt, holder det likevel ikke med at et energisystem leverer litt mer energi enn det systemet bruker. Samfunnet skal også driftes med alle sine innbyggere og aktiviteter. Det kreves derfor en mye høyere EROEI enn 1 for at det hele skal gå rundt. Det er ulike meninger om hvor høy EROEI som trengs for at et samfunn skal kunne fungere, men typisk ligger dette på rundt 5-7. Og da kommer det umiddelbart fram et vesentlig problem. Vind og solkraft i kombinasjon med nødvendige lagringsløsninger får typisk en EROEI som ligger under det som kreves for å få samfunnet til å fungere.
Eller sagt på en annen måte: Det er i utgangspunktet krevende å lage en vindturbin med en vindturbin, men det er enda mer krevende å skulle både lage vindturbiner og drifte samfunn med vindturbiner. Ifølge Weissbach et al., så går det ikke det regnestykket opp. Weissbach et al. definerte den økonomiske grenseverdien for at samfunn skulle fungere til å være en EROEI på 7.
Grunnen til at EROEI er så viktig, er at hvis vi bruker for mye tid og energi på å samle energi, så har vi mye mindre tid og energi tilgjengelig for andre aktiviteter, og da begynner samfunnet å forringes. Dette illustreres best av noe som kalles "Net Energy Cliff" («energistupet») og som er beskrevet av Euan Mearns (se figur 4).
Historisk har samfunnet beveget seg i en retning hvor vi har gradvis tatt i bruk mer energitette energikilder, det vil si at EROEI har økt over tid. Nå er dette imidlertid i ferd med å snu. Vi lager nå samfunn som skal benytte energikilder som enten grenser mot, eller ligger under, den EROEI som kreves for at samfunnet skal kunne fungere. Det er mildt sagt problematisk.
Vi oppdager ikke dette i første omgang ettersom vi per nå i all hovedsak bruker fossile energikilder til å fremstille fornybare energikilder. Problemstillingen oppstår når vi har faset ut fossilt og de fornybare energikildene har nådd enden av sin levetid. Da må det produseres nye kraftverk, og med en EROEI under 5-7, så beveger samfunnet seg sakte, men sikkert mot «energistupet». Behovet for backupkraftverk, omfattende strømnett og lagringsløsninger bidrar til å akselerere det hele i feil retning.
Energiforfatteren David Turver viser i en artikkel hvordan det britiske kraftsystemet har beveget seg i feil retning over tid, fra en EROEI på 40,8 i 1998 til 33,6 i 2008 og 25,4 i 2021. Når han legger til grunn scenarioet som britene kaller «The Leading Way», så får han en vektet gjennomsnitts-EROEI på 10,7, og da er altså Storbritannia på kanten av «energistupet». Det skyldes at 86% av energiproduksjonen da skjer med kraft fra vind, biomasse og sol, og ikke minst biomasse med karbonfangst og -lagring, hvor sistnevnte er et energisluk med EROEI på bare 0,7. De andre energikildene ligger alle under 4 når det tas høyde for behovet for lagring.
Det er fullt mulig å iverksette tiltak som kan gjøres for å motvirke denne utviklingen i feil retning, og den mest åpenbare er å ta i bruk energikilder med høyere EROEI. Kjernekraft vil være en slik energikilde. Det er derfor svært bekymringsfullt at sentrale aktører, både politiske partier og interesseorganisasjoner kjemper imot at kjernekraft skal kunne bidra i den norske energimiksen. Vi er nemlig også på vei i retning av lavere EROEI, og vil derfor også nærme oss «energistupet» over tid. Og kanskje enda mer bekymringsfullt at de kanskje ikke en gang vet hva EROEI er for noe og hvorfor det er så viktig. Nå vet i hvert fall du det.
For å avslutte artikkelen der den startet, er det noen sammenheng mellom kostnader og EROEI? Det korte svaret er ja, selv om det hele kompliseres av subsidier, regelverk, skatter og avgifter. Ikke minst kompliseres det av at dagens energikilder i hovedsak bygges med fossil energi.
En vanlig måte å vurdere investeringer på er å se på forholdet mellom fortjeneste og kostnader, såkalt ROI, altså Return On Investment. Over brøkstreken setter man netto fortjeneste (altså fortjeneste minus kostnader). Under brøkstreken setter vi kostnadene. For EROEI (eller EROI) setter vi energien som produseres over brøkstreken og energien som brukes under brøkstreken. Så «Return On Investment» og «Energy Return On Energy Invested» har klare likhetstrekk.
Chris Neldor har skrevet en fin artikkel om dette, hvor han viser at høyere EROEI gir høyere ROI og motsatt. Når EROEI-verdien er over 10, så er det en tilnærmet lineær sammenheng mellom EROEI og ROI. Men under 10, så blir sammenhengen ikke-lineær. En EROEI-verdi på rundt 10 definerer dermed et slags økonomisk «tipping point», hvor kostnadene eskalerer raskt med lavere EROEI-verdi. Husk i den forbindelse på at de faktiske kostnadene til forbruker ikke bare defineres av utbyggers kostnader (LCOE), men også av systemkostnadene. Selv anerkjente analysebyråer feiler på dette.
På kort sikt klarer vi oss nok med energikilder med lav EROEI, men på lang sikt er det mye som taler for at en energimiks som også inneholder kjernekraft vil være bedre enn en uten kjernekraft. Så sier da også den svenske statsministeren at kjernekraft ikke bare er et viktig klimatiltak, det er det viktigste klimatiltaket. Kanskje har han et poeng.