Greinasafni: Orka
Viðtal við Þorstein I. Sigfússon
Endurnýjanlegir orkugjafar

Viðtal við Þorstein Inga Sigfússon prófessor við Háskóla Íslands

Mynd: RAX 

Nýlega var tilkynnt í Moskvu að Alheimsverðlaunin , Global Energy International Prize, árið 2007 yrðu veitt Þorsteini I. Sigfússyni prófessor við Háskóla Íslands fyrir rannsóknir hans, þróun og alþjóðleg áhrif á sviði endurnýjanlegra orkubera, einkum vetni. Global verðlaunin eru einstök verðlaun sem ætlað er að styðja við alþjóðlega samvinnu við að leysa brýnustu vandamál samtímans á sviði orku.Verðlaunin eru veitt fyrir vísindaleg afrek á sviðum orkunýtingar, nýrra tækifæra og nýrra aðferða í orkumálum. Blaðamaður ræddi við Þorstein og forvitnaðist um bakgrunn verðlaunanna. Fyrsta spurningin til Þorsteins var að gera grein fyrir stöðu endurnýjanlegra orkugjafa í nútímanum. 

Orka samfélagsins 
„Orka er lykilþáttur í samfélagi manna. Vélar framkvæma vinnu í verksmiðjum, knýja farartæki og varmi er lykilþáttur í alls konar iðnaði. Á plánetunni Jörðu er orkunotkun u.þ.b.tugum þúsunda sinnum meiri en orkunotkun Íslendinga. 
Uppruni orkunnar er með ýmsu móti. Olía, kol og jarðgas eru um 4/5 af af heildarorkunotkuninni. Kjarnorka er um 6 prósent og endurnýjanlegir orkugjafar lítið eitt hærri hlutfallslega eða nær 8 prósentum. 
Jarðefnaeldsneytið sem fyrst var nefnt á það sameiginlegt að fela í sér sambönd kolefnis og vetnis sem náttúran hefur bundið um langa hríð. Þegar það brennur þá skilar það CO2 koltvíildi. Laufgræna jarðar, bæði í laufi og í þörungum, bindur koltvíildi á ný; þannig hefur náttúran haft hemil á ferlinu. Maðurinn hefur hins vegar síðan í iðnbyltingunni nýtt jarðefnaeldsneyti í miklu meira mæli en náttúran hefur getað bundið á ný. Þess vegna eykst magn CO2 í andrúmsloftinu hröðum skrefum. Notkun jarðefnaeldsneytis er ekki sjálfbær og orkugjafarnir eru ekki endunýjanlegir miðað við þann hraða sem þeir eru nýttir á. 
Kjarnorka felur í sér orku sem í sjáfri sér er ekki endurnýjanleg. Menn grafa út samsætur af efnum eins og úrani sem henta til þess að kjarnaklofnun verður til, mikill varmi myndast og unnt er að knýja gufuhverfla til framleiðslu rafmagns. Vandi kjarnorkunnar er fólginn í geislavirkum úrgangi sem viðheldur geislavirkni sinni í mjög langan tíma sem nálgast æviskeið mannkyns. Von kjarnorkunnar er orka samrunans, eins og gerist á sólinni. Það gæti tekið fjóra til fimm áratugi að gera samrunaorku kleifa. Á síðasta ári voru Global verðlaunin einmitt veitt til Japana, Frakka og Rússa fyrir þróun í samrunatækni“. 


Tunglið séð með afar sterkum stjörnukíki.

En hvernig eru Endurnýjanlegir orkugjafar skilgreindir? 
„Endurnýjanlegir orkugjafar eiga sér tvenns konar uppruna: Annars vegar eru þeir tengdir sólinni sem uppsprettu ljóss og varma, og hins vegar eru þeir tengdir hreyfingu jarðar, tungls og sólar og samspili aðdráttarkrafta. 
Skoðum fyrst sólarorkuna. Hún getur leitt til margs konar afleiða. Geislar sólar skella á jörðunni þannig að meira en ett kílóWatt af geislaorku skín á hvern fermetra yfirborðsins á meðan að jörðin snýr að sólinni. Þessa orku má nýta með ýmsu móti. Elstu aðferðirnar eru fólgnar í því að láta sólarljósið hita upp efni beint. Þessi aðferð er til dæmis notuð til að eima sjó í saltnámum á yfirborði jarðar. 
Nýrri aðferðir fela í sér að nota spegla, til dæmis holspegla sem hægt er að beina geislum sólar á til dæmis suðuketil með vatni og skapa gufuorku. 
Tæknilegustu aðferðirngar fela í sér að nota t.d. kísilflögur og framleiða rafmagn beint. 
Allar þessar ofangreindu aðferðir eru enn sem komið er dýrari en bruni jarðefnaeldsneytis en þeim fleygir hratt fram. Sólin verður mesta beina orkuuppsretta mannkyns innan einnar aldar; aðeins er beðið eftir frekari þróun í orkunýtni við beislun sólarljóssins. 
En blessuð sólin skapar einnig aðstæður uppgufunar á jörðunni og mishitunar sem leiðir til bæði skýja og bindingu vatns í andrúmsloftinu. Vindar, sem einnig eiga uppruna sinn í sólarorkunni, bera ský og raka í lægðum. Atlantshafslægðirnar bera til dæmis raka til Íslands sem á endanum fellur sem snjór á jöklum landsins. Þessir jöklar eru forðabúr vatns, orkunnar sem við nýtum í vatnsaflsvirkjunum. Slíkar virkjanir byggja á miklu magni vatns sem látið er falla háan veg niður á hverfla túrbína sem framleiða rafmagn.

„Endurnýjanlegir orkugjafar eiga sér tvenns konar uppruna: Annars vegar eru þeir tengdir sólinni sem uppsprettu ljóss og varma, og hins vegar eru þeir tengdir hreyfingu jarðar, tungls og sólar og samspili aðdráttarkrafta.
 
Vindarnir sem áður eru nefndir fela í sér mikinn flutning loftmassa sem unnt er að virkja með vindmyllum. Nokkrar þjóðir hafa náð mjög langt í virkjun vinds og eru frændur okkar Danir þar fremstir í flokki. Nú er yfir fimmtungur rafmagns í Danmörku framleiddur með vindorku. Vindar leiða til öldugangs á hafinu og haföldur fela í sér mikla orku. Hún er ekki eins aðgengileg og vindorkan, en víða um heim er unnið að virkjunum ölduorku. Einfaldasta form slíkra virkjana eru bullustrokkar sem öldur eru látnar bifa og þeir tengdir við sveifarás í rafala“. 

En hvað með Tunglið, gegnir það ekki mikilvægu hlutverki? 
„Jú, sannarlega. Hreyfing jarðarinnar um sólu og einkum hreyfing tunglsins á sporbaug um jörðu skapar aðdráttarkraftana sem leiða til sjávarfalla. Hugsum okkur að bunga á yfirborði sjávar myndist í sífellu og snúi að tunglinu. Þessi bunga felur í sér hæðarmun á yfirborði sjávar og þar með mikinn mun á stöðuorku sjávar. Virkjun slíkrar orku er áhugaverð, fremur dýr enn sem komið er, en þó eru virkjanir á sjávarföllum í gangi eins og hin mikla virkjun við Biscayaflóa í Frakklandi sem er um 100 MW“. 

Nú er jarðvarminn hér á landi mjög mikilvægur, hver er uppruni hans? 
„Jarðvarmi eins og við þekkjum hér á Íslandi á sér uppruna í heitum innviðum jarðar. Hann er í sjálfu sér ekki endurnýjanlegur þar sem gera má ráð fyrir að jarðarinnar bíði kólnun á löngum tíma. Hins vegar halda náttúruleg ferli hitanum við þegar samsætur geislavirkra jarðefna skapa hita í iðrum jarðar. Einnig getur verið skemmtilegt að hugsa sér að jarðskorpuhreyfingar og jarðskjálftar viðhaldi sprungukerfi og auki þessar sprungur í sífellu og endurnýi þannig jarðvarmann.“ Núna, þegar þú ert búinn að skilgreina orkugjafana, hvað þá með endurnýjanlega orkubera eða eldsneyti? „Einfaldasta form endurnýjanlegra orkubera er tengt orkumyndun með endurnýjanlegum hætti. Þannig er rafmagn eins og það er framleitt með til dæmis vatnsorku eða jarðorku, upplagt form endurnýjanlegra orkubera. Vandinn er sá að geymsla rafmagns er rúmfrek; við þekkjum takmörk rafhlaða hvort sem er í rafgeymi bíls eða í gsm síma. Tækninni til að gera rafhlöður þéttari í orku fleygir fram og nú eru fáanlegir bílar sem ekið geta hundruð kílómetra á einni hleðslu. Hleðsla rafhlöðu kallar hins vegar á tíma og nú er unnið mikið verk við að stytta nauðsynlegan hleðslutíma rafhlaða. 
Bílaframleiðendur hafa unnið gott verk við að bæta orkunýtni rafbíla með því að endurnýta hemlunarorkuna sem losnar úr læðingi við hemlun bíla. Við þekkjum öll sjóðandi heita bremsudiska eftir snögghemlun. Með því að hemla með rafbremsu má fá þessa orku að hluta til á formi rafmagns sem svo má geyma í rafgeymi. 
Í dag eru slíkir bílar búnir léttum hreyflum sem brenna bensíni eða díselolíu og hlaða rafhlöðuna og leiða almennt til betri nýtingar eldsneytis og miklu minna útsleppi CO2 fyrir hvern ekinn kílómeter“. 

Hvar stendur lífrænt eldsneyti? 
„Lifrænt eldsneyti hefur góða eiginleika varðandi CO2 útsleppi ef gert er ráð fyrir að það sé jafnharðan endurnýjað með því að planta nýjum plöntum í stað þeirra sem skornar eru upp til eldsneytisframleiðslu. Ég skoðaði í síðustu viku verksmiðju í Brasílíu þar sem sykurreyr er skorinn upp, 1,5 miljónir tonna á ári, og framleitt er bæði sykur og etanól eða vínandi. Þetta telja Brasílíumenn vera nauðsynlegt magn hráefna til þess að gera verksmiðju hagkvæma. Brasilíumönnum tekst að gera þetta með mjög snjöllum hætti og etanóli er nú bætt í bensín þannig að ekki er hægt að fá hreint bensín í Brasilíu í dag. 
Sykurreyr hefur mjög hátt hlutfall orku í sér og hentar mjög vel til þessarar framleiðslu. Það helsta sem Brasilíumennirnir vildu taka fram varðandi framleiðsluna var að þetta væri auðvitað samkeppni við mat- Endurnýjanlegir orkugjafar Viðtal við Þorstein I. Sigfússon prófessor við Háskóla Íslands „Endurnýjanlegir orkugjafar eiga sér tvenns konar uppruna: Annars vegar eru þeir tengdir sólinni sem uppsprettu ljóss og varma, og hins vegar eru þeir tengdir hreyfingu jarðar, tungls og sólar og samspili aðdráttarkrafta.“ Mynd: RAX Tunglið séð með afar sterkum stjörnukíki. 20 VIÐTAL 21 vælaframleiðslu og að verð þessara matvæla og eldsneytis væri í samkeppni innbyrðis. 
Bush Bandaríkjaforseti hefur ýtt mjög undir framleiðslu etanóls með korni og skyldum jarðargróða í Bandaríkjunum, einkum í landbúnaðarfylkjum ríkisins. Gallinn við gerjunina á slíkum lífmassa er lægri nýtni en í tilviki sykurs og benti Scientific American tímaritið á það í desember s.l. að allt að 70 orkueiningar af jarðefnaeldsneyti þyrfti til að búa til 100 orkueiningar af etanóli í Bandríkjunum. Þar er talið saman notkun eldsneytis á býlunum allt frá sáningu til uppskeru og flutnings. Þannig eru uppi efasemdir um endurnýjanleika þessarar aðferðar. Þegar farið er frá sykri og korni að jarðargróða með meira tréni eða sellulósa, eins og hey, sem gæti orðið hráefni hér á landi, verða vandkvæði vegna miklu minni nýtni og skorts á ensímum til þess að hraða gerjunarferlinu“. 

Nú hefur þú beitt þér mjög fyrir vetni og vetnistækni, hvar stendur það í þessum samanburði? 
„Það er einmitt alveg réttur staður að nefna vetnið. Þetta léttasta allra atóma er erftitt í meðförum. Ef það er framleitt úr náttúrugasi sem er ódýrasta aðferðin, er skilið eftir heilmikið af CO2. Það er aftur á móti að hluta til vistfræðilega heppileg aðferð ef menn nota vetnið í efnarafölum sem hafa miklu hærri nýtni er sprengihreyfillinn. 
Vetni framleitt úr endurnýjanlegum orkugjöfum eins og við þekkjum hér á landi felur í sér nokkurn veginn alveg CO2 lausa lausn. Kostnaður er enn hár þótt vel miði áfram og áskoranir felast í meiri nýtni í framleiðslunni. 
Geymsla vetnisins er heilmikil áskorun. Það má geyma á formi háþrýsts gass eða þá að geyma það á formi vökvavetnis. Rúmfang sem vökvavetni krefst er mjög mikið. Helst láta menn sig dreyma um að binda vetni í málmhýdríð sem framtíðargeymsluform. 
Á næstu misserum er gert ráð fyrir að Íslensk NýOrka og Vistorka prófi hér á landi fjölda vetnisbíla sem byggja munu á háþrýstri geymslu vetnisins. Síðasta vígið til að vetnisvæða gæti væntanlega orðið flugvélarnar, en þar hafa t.d. Rússar gert tilraunir með vetnisknúnar þotur“.


Metani dælt á einn metanbíla Sorpu.

Hvaða atriði hefur þú verið að rannsaka og þróa í vetnistækni sem alþjóðasamfélagið er að heiðra? 
„Ég hef beitt mér alveg sérstaklega fyrir tilraunum með vetni í samgöngusamfélaginu og beitti mér alveg sérstaklega fyrir því að Íslensk NýOrka var stofnuð um aldamótin síðustu. Hún þótti vera tímamót og við höfum notið krafta hæfileikafólks eins og Jóns Björns Skúlasonar og Maríu Maack og margra fleiri. Þræðirnir liggja langt til baka til frumherjans Braga Árnasonar sem ég kynntist við komuna til Íslands 1982. 
Síðan skilgreindi ég „vetni úr jarðhita“ , geothermal hydrogen, og hef unnið að ýmsum þáttum þess. Til dæmis að rafgreina vatn með notkun varmaorku. Vinnsla vetnis úr jarðhitagasi hefur verið sérstakt verkefni hjá mér og mínum stúdentum og síðast en ekki síst vil ég nefna notkun jarðhita til þess að þjappa vetni þar sem nokkrir stúdentar hafa komið að máli; ég nefni sérstaklega Hallmar Halldórs doktorsnema, sem unnið hefur frábært starf á þessu sviði. Það eru forréttindi að vinna með stúdentum í framhaldsnámi, ég hygg að fræðimenn sem fara á mis við það heyri aðeins lágu tónana í sköpunarsymfóníu vísindanna!“

„Geymsla vetnisins er heilmikil áskorun. Það má geyma á formi háþrýsts gass eða þá að geyma það á formi vökvavetnis. Rúmfang sem vökvavetni krefst er mjög mikið. Helst láta menn sig dreyma um að binda vetni í málmhýdríð sem framtíðargeymsluform.“  



Nú hefur þú einnig talað fyrir ýmsum samsettum aðferðum eins og að nota útblástur stóriðju og búa til eldsneyti? 
„Ég skal einmitt skýra það út. Hugsum okkur að hér verði unnt að framleiða vetni úr endurnýjanlegum orkugjöfum með sem hagkvæmustum hætti. Til þess að búa til etanól eða metanól úr vetninu þarf að afla kolefnis sem hér á landi mætti afla með tvennum hætti. Annars vegar úr útsleppi stóriðjunnar og hins vegar með söfnun CO2 beint úr andrúmsloftinu. Við notkun slíkra lausna er ekki um endurnýjanlega orkubera að ræða nema að til komi söfnun úr andrúmsloftinu. Slíkar aðferðir eru reyndar í dag og einn af samstarfsaðilum Háskóla Íslands, Klaus Lackner við Columbia háskóla, er leiðandi í þessum efnum í heiminum í dag. 
Í sumar verða reyndar ýmsar aðferðir í samvinnu við Orkuveitu Reykjavíkur, Hitaveitu Suðurnesja og stóriðjufyrirtæki á sviði bindingar CO2. 
Ísland getur verið í fararbroddi slíkra rannsókna og þróunar. Draumur okkar sem vinnum á þessu sviði er að sá dagur renni upp á nokkrum áratugum að Íslendingar byggi orkukerfi sitt 100% á endurnýjanlegum orkugjöfum og orkuberum“. 

Hvað tekur við framundan? 
Næsti mánuður verður fjölbreytilegur: ég sæki verðlaunin úr hendi Pútíns Rússlandsforseta í St. Pétursborg, fer og stjórna Framkvæmdanenfndarfundi Alþjóðasamtakanna IPHE í Seoul í Kóreu, held opnunarfyrirlestur í Maastricht og kenni í sumarskóla í Belfast. Það eina sem ekki verður mjög endurnýjanlegt í mínu lífi framundan er flugvélaeldsneytið sem ég þarf til að stunda alla þessa alþjóðastarfsemi. Það lítur sannarlega ekki nógu vel út“, sagði Þorsteinn I. Sigfússon verðlaunahafi að lokum.

Tengt efni

Eldri tölublöð
Öll blöð í vefútgáfu

Netútgáfa. Samhliða prentaða blaðinu verður einnig hægt að nálgast netútgáfu af blaðinu á slóðinni www.landogsaga.is. Greinarnar verða bæði í pdf og HTML formi sem gerir þér til dæmis kleift að senda þær áfram og nýta í markaðsskyni. Netútgáfan verður ítarlegri og verður hægt að senda inn efni sem sett verður á vefinn, umfram það efni sem er í blöðunum. Þessi vefur mun síðan halda áfram að vaxa og dafna. 

© 2007 - 2012 Land og saga