Energiforbrug og miljøbelastning

Fra energiwiki.dk

Dette kapitel introducerer begreberne energiforbrug og miljøbelastning og giver en oversigt over Danmarks energiforbrug fordelt på energiarter og sektorer.

Energiforbrug i form af brændselsanvendelse medfører grundlæggende en luftforurening, der i vid udstrækning overføres til jord- og vandområder. Miljøbelastningen fra energiforbruget forurener luften på tre niveauer:

• Global luftforurening: Fælles for globalt luftforurenende stoffer er, at de bidrager til drivhuseffekten. Der er primært tale om stofferne kuldioxid (CO2), metan (CH4), lattergas (N2O)og visse kølemidler (CFC).
• Regional luftforurening: En række luftforurenende stoffer kan spredes over større afstande og give skader som fx forsuring på dyre- og plantelivet samt bygninger. Der er tale om stofferne svovldioxid (SO2), kvælstofoxider (NOx) og kulbrinter (HxCx).
• Lokal luftforurening: De stoffer, der hovedsagelig bidrager hertil, er SOx, NOx, CO, CxHx, PAH(PolyAromatiske Hydrocarboner) og partikler.

Den følgende beskrivelse af miljøbelastningen som følge af energiforbrug falder i to dele: De overordnede miljøeffekter, der typisk opstår ved samspil mellem flere forureningskomponenter, og en omtale af de mest betydningsfylde forureningskomponenter.

Drivhuseffekt
Jorden er blevet varmere de seneste 150 år i takt Energiforbrugets miljøeffekter med verdens industrialisering. Siden 1850 er temperaturen steget knap en grad. Denne temperaturstigning bl.a. er forårsaget af menneskets øgede afbrænding af fossile brændstoffer. Ved afbrænding af fossile brændstoffer som olie, kul og naturgas dannes CO2, og det øger koncentrationen af CO2 i atmosfæren. Da CO2 er en såkaldt drivhusgas, bliver drivhuseffekten større, og jordens temperatur stiger. Et enigt FN klimapanel vurderer, at vi selv med kraftige reduktioner af CO2 udledningen, får svært ved at holde fremtidige temperaturstigninger under to grader.

Drivhuseffekten er beskrevet i figur 1:
Når jorden rammes af sollyset, udsender den varmestråling mod verdensrummet. Denne stråling holdes i stor udstrækning tilbage af partikler, skyer og de såkaldte drivhusgasser. Atmosfæren bliver herved opvarmet. En balance opretholdes, ved at atmosfæren sender varmestråling såvel ud mod verdensrummet som ned mod jorden. Atmosfærens evne til at holde igen på varmestrålingen fra jordoverfladen kaldes drivhuseffekten. Drivhuseffekten er nødvendig for livet på jorden. Det er beregnet, at jordens overflade i gennemsnit ville være 33°C koldere, end den faktisk er, hvis der ikke var nogen drivhuseffekt. Drivhuseffekten skyldes drivhusgasserne, hvoraf de to vigtigste er vanddamp (skyerne) og CO2. Andre drivhusgasser er CH4 (metan), N2O (lattergas) og CFC (fx i køleskabe og spraydåser). CFC er egentlig kun indirekte en drivhusgas, idet stoffet ikke i sig selv er en drivhusgas, men det nedbryder ozonlaget og forstærker dermed drivhuseffekten.

Drivhusgassernes koncentration, klimaaftaler
Som det fremgår af tabel 1, er indholdet af drivhusgasser i atmosfæren øget betydeligt i takt med, at verden er blevet industrialiseret. Der har igennem tiderne været naturlige udsving i drivhusgassernes koncentration blandt andet pga. store vulkanudbrud. Men ud fra boreprøver af den grønlandske indlandsis er det påvist, at atmosfærens CO2-indhold har ligget ret tæt på 280 ppm (parts per million, dvs. andele per million, volumenmæssigt) inden for de sidste 1.000 år frem til industrialiseringens start i slutningen af 1700-tallet.

Målet med de internationale klimaforhandlinger er at indgå en aftale, der indebærer, at CO2-koncentrationen i atmosfæren stabiliseres på 450 ppm. Det er kun muligt, hvis væksten i udledningen stoppes, og der indgås langsigtede aftaler om reduktion i udledningen. Danmark tiltrådte i 2002 sammen med en række andre lande Kyoto-aftalen, der betyder, at fx Danmark skal reducere sin CO2-emission med 21% i forhold til 1990-niveauet. Det skal ske inden 2012.

Det er ikke lykkedes at få international enighed om rammerne for Kyoto-aftalens afløser på plads. Men du kan læse mere om EUs målsætninger og resultaterne fra FN´s seneste klimaforhandlinger her:

http://www.kemin.dk/DA-DK/KLIMAOGENERGIPOLITIK/EUSKLIMAOGENERGIPOLITIK/Sider/Forside.aspx

http://www.kemin.dk/da-DK/KlimaogEnergipolitik/klimakonvention/Sider/fnsklimakonvention.aspx

Som det fremgår af tabel 1, er CFC-gasserne nogle af de mest potente drivhusgasser, samtidig med at de har lang levetid i atmosfæren. Internationalt arbejdes der med blive enige om aftaler om at udfase og erstatte disse stoffer.

Forsuring
Næringssaltbelastning
Fotokemisk smog

Energiforbrugets forureningskomponenter

Tabel 3 viser en oversigt over de vigtigste forureningskomponenter.

CO2

CO2 dannes ved forbrænding af fossile brændsler. Mængden afhænger stærkt af, hvilket brændsel der er tale om. Det fremgår af tabel 4. I tabellen ser det ud, som om biomassebrændsler ikke danner CO2 ved forbrænding. Det er ikke helt korrekt. Der udsendes CO2 ved biomasseforbrænding, som svarer til den mængde CO2, som planterne optager under vækst. Derved er biomasse næsten CO2-neutralt, men ikke helt, fordi der ved markarbejde, gødskning og transport anvendes en del CO2-belastende energi. Netto svarer det til få procent af energiindholdet i biomassebrændslet.

CO2 er den vigtigste drivhusgas, og det er meget vanskeligt at begrænse CO2-emissionen fra et givent brændsel. Kun meget energikrævende anlæg eller deponering dybt i undergrunden/havene regnes som en mulighed. I afsnittet om energistatistik er der en oversigt over CO2-emission fra de forskellige sektorer i det danske samfund.

SOx

Dannelsen af SOx er bestemt af brændslets indhold af svovl. Derfor er der de senere år blevet stillet stadigt større krav til begrænsning af svovlindhold i olieprodukter som fx dieselolie. Naturgas indeholder yderst lidt svovl, og det stammer primært fra odoriseringen. Der arbejdes i øvrigt med nye odoriseringsmidler helt uden svovl. SOx bidrager i fugtig luft til dannelse af svovlsyre, der er en del af forsuringsproblematikken. SOx kan fjernes fra røggassen i særlige rensningsanlæg.

NOx (NO, NO2, N2O)

NOx-dannelsen afhænger af temperatur samt opblandings- og luftforhold ved forbrænding og kan derfor til en vis grad kontrolleres via design og styring. I forbindelse med forbrænding af fossile brændsler dannes normalt NO, NO2 og N2O. N2O vil dog kun forekomme i meget små mængder, fx typisk under 1 ppm for en gasmotor. Man kan reducere dannelsen af NOx på mange måder, fx ved at sænke forbrændingstemperaturen. Det kan ske ved vand- eller dampindsprøjtning, der undertiden anvendes på gasturbineanlæg. Til kedler m.m. er der gennem de seneste 30 år udviklet brændere med meget lav emission af NOx. NOx-emission kan i øvrigt minimeres med særlige renseanlæg, de såkaldte de-NOx anlæg, som ofte anvendes på fx kulfyrede kraftværker. NOx bidrager til forsuringen og fotokemisk smog.

CO

CO dannes som mellemprodukt ved forbrænding af alle brændsler. CO er ret giftig, og en koncentration på kun 0,4% er livsfarlig for mennesker. Dårlig forbrænding er en hovedkilde til CO-emission.

NMVOC

De største kilder til udslip af NMVOC (non-methane volatile organic compounds) er ufuldstændig forbrænding fra diesel- og benzinmotorer samt fordampning i forbindelse med opløsningsmidler. I følge indgåede klimaaftaler skal udslippet reduceres betydeligt. Udslip af NMVOC medvirker ved dannelse af den fotokemiske smog.

Partikler

Partikler dannes ved de fleste forbrændingsprocesser. Indholdet og partikelstørrelsesfordelingen afhænger af brændslet og forbrændingsprocessen. Trafikken er en af de største bidragydere. Tidligere udledte de kulfyrede kraftværker også store mængder partikler, men værkerne er nu forsynet med effektive filtre. Naturgas medfører en af de mindste partikelemissioner.

PAH

PAH dannes især ved forbrænding af brændsler, der indeholder aromatiske forbindelser. PAH-emissionens omfang afhænger af forbrændingskvaliteten. PAH udsendes primært ved ufuldstændig forbrænding af biomasse i fx brændeovne. I trafikken bidrager især dieselkøretøjer til PAH-emission. Visse PAH-forbindelser er kræftfremkaldende, og PAH bidrager til dannelse af fotokemisk smog.

Aldehyder

Ved forbrænding dannes aldehyd som et mellemprodukt. Aldehydemission kan derfor ske ved en ikke-perfekt forbrænding som fx pulserende forbrænding i gasmotorer. Aldehyderne består her overvejende af formaldehyd og acetaldehyd. Aldehyd kan fjernes med særlige renseanlæg, fx katalytisk.

Eksempler på emissioner

Figur 2, 3 og 4 viser eksempler på emissioner fra henholdsvis individuel boligopvarmning, store kedler og industrielle processer. Betegnelsen UHC (Unburned Hydro Carbon) dækker uforbrændte kulbrinter, bl.a. metan.

Udvalgte energistatistikker

Følgende figuer er en række udvalgte figurer om Danmarks energiforbrug op til år 2009. Figurerne stammer fra Energistyrelsens Energistatistik (september 2010).

Figur 1 - Danmarks Primære Energiproduktion

Produktionen af olie og naturgas toppede i 2005 med 1189 PJ og er herefter faldet med 27%. Vedvarende energi udgør en stigende andel af energiproduktionen, i 2009 14%.

Figur 2 Danmarks Bruttoenergiforbrug, fordelt på energivarer

Produktionen af vedvarende energi er steget med 160% frem til 2007, hvorefter der har været et lille fald. Den største stigning – en 11-dobling – har været for vindkraften.

Figur 3 Bruttoenergiforbruget fordelt på brændsler Bruttoenergiforbruget (korrigeret for udenrigshandel og klimaudsving) steg svagt frem til 2007 og er derefter faldet til niveauet i 1990. Olie står for 39% af energiforbruget. Forbruget af vedvarende energi og naturgas har været stigende, mens forbruget af kul og koks næsten er blevet halveret i perioden.

Figur 4 – Bruttoenergiforbruget fordelt på anvendelser

Der har ikke været store ændringer i energiforbrugets fordeling fra 1990 til 2009. Forbruget i energisektoren og til transport er steget henholdsvis 60% og 23%, mens forbruget i produktionserhvervene er faldet med 18%.

Figur 5 Danmarks selvforsyningsgrad med energi

Selvforsyningsgraden for "energi i alt" er den primære energiproduktion (figur 1) sat i forhold til det klimakorrigerede energiforbrug (figur 3 og 4). "Olie" er produktionen af råolie i forhold til Danmarks olieforbrug. Begge selvforsyningsgrader toppede i 2004.

Figur 6 Energiforbrug til transport fordelt på drivmidler

Energiforbruget til transport er steget 23% fra 1990 til 2009, dog med mindre fald enkelte år. De største ændringer er en stigning i dieselolieforbruget på 60% og i flybrændstof på 22%.

Figur 7 Danmarks energiforbrug til produktions erhverv

Produktionserhvervenes energiforbrug toppede i 1997 og er herefter faldet 21%. Forbruget af olie samt kul og koks er siden 1990 faldet henholdsvis 31% og 67%, mens forbruget af el og fjernvarme er vokset med 2% og 48%.

Figur 8 Energiforbrug til handel og service

Energiforbruget i handel og service er steget frem til 2006, hvorefter det er faldet lidt. El og fjernvarme stod i 2009 for henholdsvis 46% og 37% af energiforbruget. Forbruget af olie er faldet stærkt, mere end naturgasforbruget er steget.

Figur 9 Husholdningernes forbrug fordelt på energiarter

Husholdningernes energiforbrug er steget 4% fra 1990 til 2009. Det er især forbruget af vedvarende energi og fjernvarme, der er steget, og de udgør i 2009 henholdsvis 22% og 34% af forbruget, mens olieforbruget er faldet stærkt til 11%.

Figur 10 CO2-emissioner ved endeligt energiforbrug

CO2-emissionen fra slutforbruget af energi er faldet med 19% fra 1990 til 2009. Der har været markante flad for erhvervene og husholdninger, mens emissionen fra transport er steget 23%.

Forfatter og revision

Forfatter 2002 Henrik Iskov (DGC) Opdatering 2010 ved Mogens Johansson (Dansk Energi Analyse) og Dorte Nørregaard Larsen (Energiforum Danmark

Kilder og yderligere oplysninger

• Drivhusgasemission ved tilvejebringelse af fossile brændsler og biomassebaserede brændsler til energiformål, Miljø og Energiministeriet, 2000.

• Danmarks drivhusgasregnskab 1990-2012, Miljø og Energiministeriet, juni 2001.

• Miljø 2001, Danmarks Statistik, 2001 Gengivet med tilladelse fra Dorthe Isabell Buch og Danmarks Statistik.

• Luftforurening, Redigeret af Jes Fenger og Jens Chr. Tjell. Polyteknisk Forlag, 1994.

• Hvor kommer luftforureningen fra? – Fakta om kilder, stoffer og udvikling, J.B Illerup,M. Winther, E. Lyck, J. Fenger: Temarapport nr. 29. Danmarks Miljøundersøgelser, 1999.

• Energi- og miljøoversigt, Leo van Gruijthuijsen og Jan K. Jensen. Dansk Gasteknisk Center 2000

• Energistatistik 2009, Energistyrelsen, oktober 2010

• [1], Danmark Metrologiske Institut(DMI)

• Naturgas – Energi og Miljø, Dansk Gasteknisk Center 2001