Heimurinn stefnir á orkuskipti. Það er ljóst að losun á gróðurhúsalofttegundum vegna bruna á jarðefnaeldsneyti hefur aukið styrk koltvísýrings í andrúmslofti frá því fyrir iðnbyltingu úr um 280 ppm í yfir 420 ppm árið 2024. Þessi aukni styrkur hefur leitt til hækkandi hitastigs á jörðinni og var meðalhitastig jarðar á nýliðnu ári 1,38°C hærra en fyrir iðnbyltingu, en markmiðið með Parísarsamkomulaginu frá árinu 2015 var að halda hlýnun jarðar innan við 2° hækkun, en stefna á að hún verði ekki hærri en 1,5°. Það er því nokkuð ljóst að ekki muni takast að halda hlýnun innan við 1,5° og jafnvel gæti reynst erfitt að halda hlýnun undir 2°. Til að bregðast við þessu er mikilvægt að draga verulega úr eða hætta brennslu á jarðefnaeldsneyti alveg á næstu áratugum og má fullyrða að loftslagsmál séu orðin lykilatriði í stefnumótun og efnahagsþróun á heimsvísu. Á Íslandi fer raforkuframleiðsla og húshitun fram á sjálfbæran hátt með innlendum endurnýjanlegum orkugjöfum og er megináhersla lögð á nýtingu hreinna og endurnýjanlegra orkugjafa til að mæta orkuþörfum samgöngugeirans, á landi, sjó og í lofti.
Geta öll tæki gengið fyrir rafeldsneyti?
Hefðbundnar vélar í samgöngum og tækjum skiptast í þrjá meginflokka: Díeselvél, Ottóvél og túrbínu. Díeselvélin, sem Rudolf Diesel fann upp seint á 19. öld, þjappar lofti saman í brunahólfi þar sem eldsneyti er sprautað inn og sjálfsíkveikja á sér stað. Þetta ýtir bullunni niður, sem breytir hreyfingunni í hringhreyfingu. Díeselvélar geta gengið fyrir mismunandi eldsneyti, bæði fljótandi og á gasformi. Ottóvélin, sem Nikolaus Otto fann upp árið 1876, notar svipaða aðferð en þar er notaður utanaðkomandi neisti til að kveikja í loft- og eldsneytisblöndunni. Hún er aðallega notuð í bensínbíla og vélar sem ganga fyrir léttari eldsneyti, s.s. etanól og metanól. Túrbínan (gastúrbína/þotuhreyfill) var þróuð yfir langan tíma og kom fyrst fram á 20. öld. Ólíkt hinum vélunum er bruninn í túrbínu stöðugur og knýr blásara sem dregur loft inn í brunahólfið þar sem eldsneyti er bætt við. Túrbínur eru einfaldar, afkastamiklar og geta gengið á fjölbreyttu eldsneyti, bæði fljótandi og gasformi. Þær eru mikið notaðar í flugvélum (knúnar flugvélaeldsneyti, sem er steinolía) og í raforkuframleiðslu (knúnar gasi eða dísilolíu). Allar þessar vélategundir eiga það sameiginlegt að geta gengið á eldsneyti af lífrænum uppruna eða tilbúnu eldsneyti, svokölluðu rafeldsneyti. Samkvæmt nýlegri raforkuspá Landsnets er gert ráð fyrir að orkuskipti í samgöngum á landi verði að stórum hluta knúinn rafmagni beint, þ.e. með hjálp af rafhlöðutækni sem er í mjög hraðri þróun um þessar mundir. Öðru máli gegnir hins vegar um millilandaflug og skipasiglingar, þar sem gert er ráð fyrir að orkuskiptin fari að mestu leyti fram með íblöndun í hefðbundið jarðefnaeldsneyti. Gert er ráð fyrir að fyrst um sinn fari íblöndunin aðallega fram með lífrænu eldsneyti í takt við áætlanir Evrópusambandsins, en eftir áratug eða svo er svo gert ráð fyrir að íblöndunin færist yfir í rafeldsneyti í vaxandi mæli samfara tækniþróun og aukinni hagkvæmni á framleiðslu þess.
Mynd 1 : Lágmarksíblöndun SAF í flugvélaeldsneyti skv. stefnu ESB
Möguleikar Íslands til rafeldsneytisframleiðslu
Ísland er í einstakri stöðu þegar kemur að nútímalegum orkulausnum, þar sem nánast öll raforka landsins er framleidd með endurnýjanlegum orkugjöfum eins og jarðvarma, vatnsafli og vindi í örlitlum en vaxandi mæli. Margt bendir til þess að hagkvæmt geti verið að nýta þessa endurnýjanlegu orku til framleiðslu rafeldsneytis fyrir skipaflotann og fluggeirann, einkum með vetnisframleiðslu í gegnum rafgreiningu og áframhaldandi framleiðslu á e-metanóli, e-ammoníaki og e-SAF (Sustainable Aviation Fuel). Samkvæmt Raforkuspá Landsnets[1] munu orkuskipti í millilandaflugi og skipasiglingum leiða til vaxandi eftirspurnar eftir raforku, sem gæti numið allt að 15 TWh árlega árið 2050. Til að greina þróunina eru í raforkuspánni settar fram fjórar sviðsmyndir sem taka mið af mismunandi hraða innleiðingar orkuskipta í siglingum, sjálfbærs eldsneytis (SAF) í millilandaflugi og fjölda farþega til og frá landinu.
Rafeldsneyti fyrir fluggeirann
Rafeldsneyti er talinn ákjósanlegur valkostur til lengri tíma fyrir fluggeirann að ná markmiðum um kolefnishlutleysi. Í tengslum við vinnslu Raforkuspár fékk Landsnet verkfræðistofuna COWI til að framkvæma greiningu á möguleikum íslenska flugflotans að verða óháður notkun jarðefnaeldsneytis í framtíðinni. Í greiningunni var farið yfir sviðsmyndir um þróun farþegafjölda í flugi til og frá landinu, tækniþróun, mismunandi gerðir af vistvænu endurnýjanlegu flugeldsneyti (SAF) og áætlanir Evrópusambandsins um orkuskipti í flugi. Niðurstöður greiningarinnar benda til að líkleg sviðsmynd orkuskipta í flugi snúi að íblöndun í skrefum í hefðbundið flugvélaeldsneyti. Til að byrja með er gert ráð fyrir að íblöndunin sem fer stigvaxandi fari aðallega fram með lífrænu eldsneyti (Bio-SAF) en muni svo færast í skrefum yfir í tilbúið eldsneyti (e-SAF) eftir því sem tækni við framleiðslu þess og hagkvæmni framleiðslunnar þróist. Niðurstöður greiningarinnar eru birtar í skýrslunni Iceland Energy Outlook for Sustainable Aviation Fuel [2] og kemur þar fram að framleiðsla e-SAF á Íslandi krefjist bæði mikillar raforku sem og koltvísýrings. Mögulegt er að fanga koltvísýring á Íslandi m.a. frá jarðvarmavirkjunum og álverum. Samkvæmt kröfum Evrópusambandsins er í lagi að nota koltvísýring af iðnaðaruppruna til framleiðslu rafeldsneytis fram til ársins 2040 en eftir það þarf koltvísýringur að koma frá umhverfisvænum uppsprettum, t.d. lífrænum eða með því að fanga úr andrúmslofti, (DAC) eða hreinlega með innflutningi á CO2. Talsverður áhugi er á framleiðslu e-SAF á Íslandi en frumkvöðlafyrirtækið IðunnH2 stefnir á framleiðslu á SAF á Suðurnesjum til nota á íslenskar flugvélar, sem sýnir mikil tækifæri innanlands.
Rafeldsneyti fyrir skipaflotann
Siglingar er sá geiri á Íslandi sem notar hvað mest af jarðefnaeldsneyti. Til að ná fram fullum orkuskiptum í siglingum er ljóst að rafeldsneyti í einhvers konar formi muni þar spila stórt hlutverk. Í Raforkuspá Landsnets var notast við niðurstöður greiningar DNV á kolefnisjöfnun íslenska siglingageirans við mat á því hvernig orkuskiptin í siglingum gætu farið fram hérlendis. Samkvæmt skýrslunni Decarbonization of Icelandic Maritime Sector[3] verður rafeldsneyti lykilþáttur í orkuskiptum skipaflotans til lengri tíma litið. Er þá helst verið að horfa til e-ammoníaks, e-metanóls og vetnis, ásamt því að einhver hluti flotans verði knúinn rafmagni beint, þá aðallaga minni skip og bátar. Líkleg sviðsmynd gerir ráð fyrir að til að byrja með verði stuðst við einfaldari lausnir svo sem íblöndun af eldsneyti af lífrænum uppruna líkt og í fluginu og er þá helst horft til vetnismeðhöndlaðrar lífdísel olíu (HVO). Einnig er gert ráð fyrir að eitthvað verði um íblöndun af rafskipaolíu eða e-MGO sem er í raun tilbúið eldsneyti sem hefur alla sömu eiginleika og hefðbundið skipaeldsneyti. Til lengri tíma er þó horft til þess að skip verði knúin annað hvort af e-metanóli eða e-ammoníaki. Aðalkosturinn við ammoníak fram yfir metanól er að það er kolefnalaust eldsneyti og er framleiðsla þess því ekki háð aðgengi að koltvísýringi. Til að þetta gangi eftir er þörf á stuðningi við þessa þróun. M.a. þarf að byggja upp orkuframleiðslu á landinu ásamt framleiðslu- og dreifikerfi fyrir rafeldsneyti, bæði fyrir innanlandsnotkun og til þjónustu við alþjóðleg skip.
Mynd 2 : skip knúið af ammoníaki (mynd: Wärtsila)
Áskoranir og lausnir
Þrátt fyrir mikla möguleika fylgja rafeldsneytisframleiðslu einnig áskoranir. Tæknilegir erfiðleikar tengjast m.a. geymslu vetnis og ammoníaks, þar sem þau krefjast sérhæfðra geyma vegna efnaeiginleika þeirra og sprengihættu. Einnig er ljóst eins og fram kemur í Raforkuspá Landsnets að vænt framboð á raforku muni ekki duga til að mæta fyrirhugaðri eftirspurn vegna framleiðslu á rafeldsneyti. Það kallar á frekari þróun breytilegra orkugjafa eins og vind- og sólarorku, en innleiðing þeirra í orkukerfið er talsverð áskorun og kallar á mikla uppbyggingu í flutningskerfinu. Þá er mikil samkeppni á alþjóðavísu um aðgang að rafeldsneyti og Koltvísýringi, sem kallar á vandaða stefnumótun stjórnvalda og samstarf milli hagaðila, bæði þeirra sem koma að flugrekstri, orkuframleiðslu og orkuflutningi sem og alþjóðlegra fjárfesta sem vinna að þróun rafeldsneytisverkefna.
Mynd 3 : Ný 220 kV flutningslína í byggingu á NA-landi
Niðurlag
Rafeldsneytisframleiðsla á Íslandi fyrir skip og flugvélar er spennandi tækifæri sem getur stuðlað að kolefnishlutleysi Íslands fyrir árið 2050 eins og Orkustefna Íslands gerir ráð fyrir. Þó eru ýmsar áskoranir framundan sem nauðsynlegt er að leysa með aðkomu margra aðila. Stærstu áskoranirnar snúa að styrkingu á raforkukerfinu, bæði orkuframleiðslu og flutningskerfinu og eins með uppbyggingu innviða fyrir framleiðslu og dreifingu á rafeldsneyti. Með nánu samstarfi stjórnvalda, orkugeirans, atvinnulífsins og alþjóðlegra samstarfsaðila er hægt að skapa skilyrði til að nýta þessi tækifæri og tryggja sjálfbæra framtíð fyrir íslenska orku-, siglinga- og samgöngugeirann og samtímis að uppfylla skuldbindingar landsins í loftslagsmálum komandi kynslóðum til heilla.
Gnýr Guðmundsson, raforkuverkfræðingur og vélfræðingur.
Forstöðumaður kerfisþróunar hjá Landsneti
[1] https://landsnet.is/library/?itemid=4c131d9d-7627-4e63-b4f6-753d3d1a3896
[2] https://landsnet.is/library/?itemid=3893c48f-1b5d-414b-a0c6-9b6832a0c937
[3] https://samorka.is/wp-content/uploads/2021/12/Decarbonization-IMS_Final-Rev2.pdf
Grein sem birtist í Vélabrögðum“, tímariti véla, iðnaðar- og efnaverkfræðinema Háskóla Íslands 2025.