Man ser det tydeligt på cykelturene ud i det danske sommerland, og når man kører ad motorvejen på vej til sommerhuset: Danmark er et vindmølle-land. De bevingede hvide kæmper står og snurrer mere eller mindre trofast ved marker, strande og skove. På dage med en stabil sommerbrise kan man ikke undgå at blive imponeret over, hvordan vindmøllerne snurrer om kap med bilernes hjul på motorvejen. Idyllisk ser det ud, når moder natur på denne måde giver fossilerne kamp til stregen og giver sit besyv med i klimakampen.
Vi mennesker er visuelle væsner. Hvad vi ser, er hvad vi tror. Derfor er den nærliggende konklusion, at det meste af vores energi kommer fra vindmøllerne, som er så synlige i både landskab og medier. Virkeligheden er dog en ganske anden: Blot 10 pct. af Danmarks energi stammer fra de lystige vindmøller, resten kommer fra afbrænding af træ, kul, olie og gas i motorer og kraftværker.
Det er på godt jydsk en træls overraskelse for de fleste, men for en fysiker er der intet overraskende i det. Vindenergi er nemlig en relativt svag energikilde – selvom det ikke altid føles sådan på cykelstien. En fossil-drevet lastbil presser sig problemfrit igennem kraftig storm med sit tunge læs. Det er fordi, fossil energi har højere energitæthed end vind – der er flere tusinde gange mere energi i en kubikmeter diesel, end der er i en kubikmeter vind. Lastbilen fyrer nemlig årtusinders koncentreret solenergi af hvert eneste sekund. Planter har indfanget solenergi, hvorefter de er rådnet og sunket ned i jorden, hvor tryk og varme har omdannet planterne til energitætte substanser som olie og kul.
Har vi ambitioner om at drive et moderne højenergi-samfund på vindenergi, skal vi indfange rigtigt meget vind. Energimaskinerne vil derfor kræve rigtig meget plads fra naturen. At omstille vores energisystem, og gå fra 10 pct. til 100 pct. vindenergi, er en monumental udfordring, ikke blot for vores infrastruktur, men også for vores natur. Spørgsmålet er, om dette er en holdbar løsning, da planetens økosystemer har brug for, at mennesket giver naturen ro og plads. Ved siden af klimaudfordringen har vi nemlig også et problem med tab af biodiversitet. Årsagen er simpel: mennesket har taget for meget plads fra den vilde natur. Mindre plads giver færre levesteder for naturens planter og dyr.
Men er det så slemt, at der f.eks. står nogle vindmøller og snurrer i landskabet? Hvis man spørger adskillige natureksperter er vindmølleparker faktisk en stor trussel mod mange dyrearter. Det gælder for store rovfuglearter såsom ørne og falke, der reproduceres langsomt, og hvis dødsfald derfor har stor betydning for økosystemer. Det gælder for flagermusarter, hvor flere arter risikerer decideret udryddelse på grund af vindmøller. Og det gælder for insektarter, som dør i årlig billion-skala alene i Tyskland via sammenstød med vindmøller. Alle disse flyvende dyr har gennem årtusinder tilpasset sig til faste luftruter, som de ikke lige ændrer, fordi mennesket fylder landskabet med energimaskiner.
Jo flere energimaskiner, vi mennesker sætter op i landskabet, jo flere dyr vil dø, og jo flere økosystemer vil blive negativt påvirket. Målet bør derfor være at bruge de energikilder, der kan give os mest mulig klimavenlig energi på den mindst mulige plads. Areal-problematikken har været ganske fraværende i energi- og klimadebatten i Danmark. Det er ærgerligt, for de færreste danskere vil næppe tænke, at det er en god idé at beslaglægge et areal på størrelse med Jylland for at forsyne hele Danmarks energibehov med vindkraft.
I denne analyse vil du få indblik i, hvorfor der er stor forskel på, hvor meget forskellige energikilder fylder i landskabet. Denne viden om energikilders arealforbrug er helt essentiel for, at vi i fremtiden kan vælge de energikilder, der efterlader det mindste aftryk på både klimaet og naturen.
“Wind energy facilities kill a significant number of bats far exceeding any documented natural or human-caused sources of mortality in the affected species”, Paul Cryan, Biolog med ekspertise i flagermuse
Energikilders arealforbrug
Amerikanske forskere har gennem satellit-data udregnet, hvor store landarealer forskellige energikilder kræver for at producere en time elektricitet.
Arealintensitet km2/TWh for en række elektriske energikilder. Fra kilden anvendes totalt landforbrug inklusiv den nødvendige afstand mellem enheder (km2/TWh), da denne afstand er nødvendig for at opnå den angivne energitæthed. Eksempelvis er man nødt til at placere vindmøller med relativt stor afstand for, at møllerne ikke bremser for hinandens vind. Estimaterne for vindkraft er kun baseret på landvindmøller, da der for nuværende ikke findes tilstrækkelige videnskabelige GPS analyser af havvindmøller. Tallene vedrører udelukkende det direkte arealforbrug ved kraftværkerne og inkluderer ikke areal-aftrykket af de materialer, som er anvendt til at bygge kraftværket. Inkluderes disse tal i arealaftrykket vil vejrbaseret energi tage sig endnu dårligere ud, da disse energikilder er unikt materialekrævende grundet deres lave energitæthed (se figur over materialeforbrug sidst i denne analyse eller tabellen på s. 390 her). Der er flere lignende estimater for arealforbruget i nyere forskningsartikler, der også bruger GPS-metoden, se her og her.
Det springer straks i øjnene, at atomkraft er unikt areal-beskeden, idet atomkraft blot kræver 0.13 km2 til at producere en terawatt-time strøm. Atomkrafts lave arealforbrug per time strøm er direkte udtryk for atomenergiens helt unikke energitæthed: Uran indeholder omkring 2 millioner gange så meget energi som kul, og man kan derfor producere enorme mængder energi på næsten ingen plads.
Dette står diametralt i modsætning til den land-sultne vindenergi, som kræver hele 127 km2 for at producere samme mængde strøm. Det er en forskel på næsten faktor tusind i atomkrafts favør.
Vandkraft og solkraft er de næstmest arealkrævende energikilder. Vandkraft har dog den fordel, at produktionen fra dæmningens turbiner kan kontrolleres og tilpasses til elforbruget, hvorimod solkraft er stærkt vejrafhængig og sæsonbestemt. Udover et stort arealforbrug, så er ulempen ved vandkraft, at det kræver floder og bjerge, som mange lande, inklusiv Danmark, ikke råder over. Den eneste vedvarende energikilde, som har en energitæthed på niveau med fossile kilder er geotermi. Desværre er gode geotermiske kilder sjældne, og det er derfor ikke en energikilde, som hverken Danmark eller de fleste andre lande kan bruge i væsentligt omfang. Derfor vil vi i det følgende primært sammenligne atomkraft med solkraft, vindkraft og biomasse, da disse faktisk er tilgængelige i Danmark.
Mens vindkraft altså fylder ca. 1000 gange så meget som atomkraft, står det endnu værre til med biomasse. Biomasse, der hovedsageligt består af træ, kræver mere end 6.200 gange så meget land som som atomkraft. Det er helt skørt at “grønne” Danmark næsten får ⅓ af sin energi fra en så arealkrævende energikilde, ikke mindst fordi biomasse derudover udleder både CO2 og giftige luftpartikler ligesom kul.
Hvad hvis hele energiforbruget skulle dækkes alene med vejrbaserede energikilder?
Det er et interessant tankeeksperiment, hvor stor en del af Danmarks areal, som skulle være dedikeret til energiproduktion, hvis vi valgte at få 100 % af vores energi fra de respektive energikilder.
Danmarks totale energiforbrug var i 2019 på 193,5 terawatt-timer, og vores landareal er 42.933 km2. Dermed får man:
Hvis Danmark udelukkende fik sin energi fra at brænde skov i kraftværker, vil det kræve en absurd stor energiskov, der skulle være 3,6 gange større end hele Danmarks areal.
Vindkraft ser også problematisk ud, idet det ville kræve 57 % af Danmarks landareal. Jylland skulle således være én stor vindmøllepark, hvis vi udelukkende kørte på vindenergi. Baseret på de mange vindmølleprojekter, der har mødt lokal modstand, virker det ret urealistisk at få jyderne med på den idé.
Hundrede procent atomkraft ville kræve blot 0,05 % af Danmarks areal, svarende til ⅕ af Samsø. Visuelt ville 100 % vindenergi eller 100 % biomasse se sådan her ud:
Ovenstående grafik illustrerer, hvor meget areal hhv. vind og biomasse vil kræve for at kunne dække hele Danmarks samlede energiforbrug.
Mange store industrilande har et højere energiforbrug per kvadratkilometer, end vi har i Danmark, og derfor er Danmarks areal-problem ikke unikt:
En af verdens mest anerkendte energianalytikere, Vaclav Smil, kan bekræfte udregningerne i denne analyse. Smil finder, at hvis Tyskland og Storbritannien skulle være baseret på 100 % vedvarende energi, så skulle hele deres landareal være dedikeret til produktion af vindkraft, solkraft og biobrændsel. Endnu værre står det til i lande som Japan, Holland og Sydkorea, som langtfra kan dække deres energiforbrug, selv hvis hele deres landareal dedikeres til vedvarende energiproduktion. Smil konkluderer:
“Power densities matter, and this means that the transition from predominantly fossil fuel-based to purely renewable energy systems cannot take place – even in affluent, populous countries with large territories and with excellent conditions for PV-based and wind electricity generation.”
Ovenstående beregning er endda gavmild
Det faktiske danske arealforbrug for sol- og vindkraft vil faktisk være endnu højere end i ovenstående beregninger, hvilket der er to grunde til. Den første er, at der er bedre vind- og solforhold i USA, hvor de ovenstående tal for energikilders arealforbrug stammer fra.
Amerikanske landvindmøller producerer 35% af den energi, som de egentlig har kapacitet til. Det skyldes, at vinden ikke blæser med optimale forhold hele tiden. En vindmølle med en kapacitet på 1 megawatt kan altså i gennemsnit levere 0,35 megawatt, fordi kapacitetsfaktoren på amerikanske vindmøller er 35 %. Kapacitetsfaktoren på 35% er dog 1,3 gange højere end danske landvindmøller, som har en kapacitetsfaktor på 27 %, og derfor vil arealforbruget af dansk vindkraft reelt være højere end i ovenstående beregninger.
Amerikanske solceller findes primært i solrige stater som Californien, og har en kapacitetsfaktor på 25 %, hvilket er 2,8 gange så produktivt som solceller i solfattige Danmark, hvor kapacitetsfaktoren er blot 12 %.
Den anden grund til, at arealforbruget reelt vil være endnu højere, er, at de ovenstående beregninger antager, at der er et perfekt match mellem energiproduktion og energiforbrug, dvs. at vi udelukkede forbruger energi, når vinden blæser.
Dette gælder selvfølgelig ikke i virkeligheden, da vi forbruger energi, når vi har brug for det, og ikke kun når vinden blæser. Hundrede procent vindscenariet kræver altså, at man lagrer vindenergien, når der er meget af den, og så bruger den, når der er lidt af den. Lagring medfører dog et energitab, og i virkeligheden skal vi derfor producere vindenergi svarende til vores energiforbrug + energitabet. Yderligere kræver det også ekstra energi, og dermed flere vindmøller, at bygge selve energilagringssystemet i form af gigantiske batteriparker.
Hvor meget energi skal vi så lagre? Som nedenstående figur viser, er energiproduktionen fra vindmøller lavere i sommerhalvåret end i vinterhalvåret, mens energiforbruget er nogenlunde konstant henover året:
Ud fra disse procentforskelle kan man udregne, at der er et energiunderskud i 6 af årets måneder, som i alt beløber sig til 17,82 TWh. Det svarer til næsten en tiendedel af Danmarks nuværende årlige energiforbrug, som vi altså sammenlagt ville være nødt til at lagre.
Når man lagrer energi, så går noget af energien tabt i processen. I nedenstående tabel viser vi det reelle arealforbrug ved scenariet med hundrede procent vindenergi, når der korrigeres både for den lavere kapacitetsfaktor ved dansk vindenergi samt for energitabet ved forskellige typer af energilagring:
Det skal understreges, at dette blot er tankeeksempler. Samtlige lagringsløsninger hænger ikke sammen i praksis, da prisen for energilagring på denne skala er astronomisk høj. I en amerikansk kontekst har forskere f.eks. estimeret, at prisen for tilstrækkelig lagring via batterier ved et scenarie med 100% vind- og solkraft, ville koste amerikanerne 23 billioner dollars. Det svarer til mere end hele USA’s BNP bare for energilagringen.
Forholdet mellem energi og masse
Som vi har set kan energikilder med høj energitæthed skabe rigelig energi på ganske lidt plads. Energimaskiner, der bruger stærk energi med høj energitæthed fylder derfor mindre end energimaskiner, der indfanger svag energi fra store arealer.
Man kan se vindmøller som store sejl, der spredes ud i naturen for at opsamle naturens ukoncentrerede energistrømme. Vindmøllens vinger fanger den relativt svage bevægelsesenergi fra vinden, og generatoren i møllen laver så den svage bevægelsesenergi om til koncentreret elektricitet, som vi kan bruge.
For at fange nok vindenergi til at drive et moderne samfund med høj efterspørgsel efter koncentreret energi, er det nødvendigt med rigtigt mange vindmøller.
Dette står i diametral modsætning til atomenergi. Da atomenergien er ekstremt koncentreret behøves kun ganske få energimaskiner i form af atomkraftværker. Derfor kan man med atomenergi generere enorme mængder koncentreret energi med et lille aftryk.
Energitæthed har ikke blot betydning for arealforbrug, men også for ressourceforbrug helt generelt. Den amerikanske energistyrelse har taget et kig på den tilgængelige data og konkluderer, at vindkraft kræver 10 gange så mange råmaterialer som atomkraft.
Grafikken nedenfor viser, hvor mange råmaterialer det kræver at bygge energimaskiner, der kan producere den samme mængde energi. Det er tydeligt, at de ukoncentrerede vedvarende energikilder alle er meget materialekrævende sammenlignet med atomenergi.
Note: Da tallene dækker over materialer til at bygge kraftværket og ikke til at fremskaffe energibrændsel, så er atomkrafts samlede materialekrav lidt højere, men grundet urans høje energitæthed kræves ganske lidt brændsel per mængde energiproduktion.
Fysikkens love bøjer sig ikke for politiske præferencer. Hvis et samfund skal baseres på energikilder, som ikke har høj energitæthed, må man gøre beslag på flere ressourcer og et større areal for at indfange nok svag energi.
Hvis et samfund er baseret på energikilder med høj energitæthed behøver man omvendt ikke særligt mange materialer eller areal. Højt energi-flow betyder lavt materiale-flow.
Figuren nedenfor illustrerer kontinuummet mellem masse og energi. Des mere energi en energikilde indeholder, des mindre masse og areal behøves for at producere energi med den.
Med atomkraft kan vi løse klimaudfordringerne uden at gå på kompromis med naturen
Vind og sol er naturlige energier, men maskinerne, der høster disse naturenergier og fører dem ind i vores stikkontakter, er alt andet end naturlige. Man hjælper ikke naturen ved at grave den op og fylde den med energimaskiner under påskud af at ville redde klimaet. Vi er nødt til at sikre at vores klimaløsninger er til gavn og ikke til skade for naturen, der i forvejen er udfordret af menneskets store aftryk.
Med atomkraft kan vi få masser af klimavenlig energi på et ganske lille areal og dermed give plads til mere vild natur. Det bunder alt sammen i de astronomiske mængder energi, der findes i uranatomer. Uran skabes når supernovaer eksploderer, hvilket er et af universets mest energirige fænomener. I eksplosionen presses atomer og energi sammen og skaber uran, som bogstaveligt er en energipakke af kondenseret supernova-energi. Disse mystiske guldklumper, af ren energi fra en fordums tid i vores galakse, rummer et magisk potentiale.
Alt vi skal gøre er at slippe magien fri. Gør vi det, kan vi få rigeligt med energi til at sikre menneskeheden trivsel og fremskridt samtidig med, at vi kan have et minimalt aftryk på både klimaet og naturens økosystemer.
Det typiske modargument blandt den gammeldags miljøbevægelse er, at vi bør stoppe med at bruge meget energi, da vi så slet ikke ville få brug for energimaskinerne. Vi har skrevet en analyse om, hvorfor denne lavenergi-utopi, hverken er realistisk eller ønskværdig, som du kan læse her.