Energi om 25 år

Det här med Elektronik i Nordens 25-årsjubileum lockar fram en hel del funderingar. Därför tänkte jag fortsätta spekulera med utgångspunkt från elektronikområdet. Vad hände på 25 år och vad kan vi förvänta oss av de närmaste 25 åren. En artikel i dagens nummer av Svenska Dagbladet får mig att börja med energiområdet.

Det Bjørn Lomborg, ledare för Copenhagen Concensus Center, säger borde inte vara särskilt uppseendeväckande. Han är ju inte ”klimatförnekare”.

Men Lomborg tror på objektiva data och han vänder sig mot de vansinniga summor som idag läggs på klimatåtgärder med ingen eller marginell betydelse. Han fnyser också åt den intet förpliktigande Parisöverenskommelsen och de åtgärder som IPCC föreslår för att minska koldioxidutsläppen. I stället vill han se ordentliga satsningar på forskning. Mycket underhållande och tänkvärt.

Från transistor till 10 nm
Så låt oss ta en titt på vårt sätt att lösa energifrågan de närmaste 25 åren och vad som hänt de senaste 25 åren och dessförinnan.

Till att börja med kan det vara intressant att göra en snabb jämförelse med elektronikområdet och då bör vi nog först backa 50 år. 1964 var halvledartekniken ganska väl etablerad, men användes i första hand för diskreta komponenter som dioder och transistorer. Den första transistorn patenterades faktiskt redan 1923, även om Nobelkommittén helt missade den saken och gav Bardeen, Brattain och Shockley hela äran i Nobelpriset 1956. Faktiskt inte helt olikt LED-priset härom året, då man glömde Wally Rhines gamla patent från sjuttiotalet.

1964 hade i alla fall industrin och forskningsvärlden lärt sig att tillverka integrerade kretsar i både bipolär teknik och MOS-teknik. Året innan (1963) hade dessutom C. T. Sah and Frank Wanlass från Fairchild beskrivit CMOS-tekniken och lagt grunden till den moderna elektroniken.

Den som vill vara elak kanske kan säga att vi sedan dess bara ägnat oss åt att förfina tekniken, men det är förstås inte hela sanningen. Det har satsats enorma summor på att hitta vägar för att kunna konstruera och producera halvledare (framför allt i CMOS) i allt finare geometrier.

Måla med ljus
Ett av de stora problemen sysselsatte många forskare för 25 år sedan. Det handlade om att kunna producera halvledare med billig optisk teknik, trots att geometrierna närmade sig ljusvåglängden. Det är ju uppenbart svårt att ”rita” geometrier med några få nanometers upplösning om ”penselbredden” (ljusvåglängden) är ca 200 nm. Att rita direkt med elektronstråle skulle bli alldeles för dyrt och att använda ljus med våglängder från 10 till 124 nm (EUV) introducerar en rad intressanta (och dyra) problem.

Men återigen – massor av pengar till forskning löste problemen steg för steg. Så här 25 år senare ligger fortfarande EUV ett par processgenerationer bort och man klarar att rita geometrier på några få nm med en mer än 150 nm bred ”roller”. Det krävs visserligen flera masker per lager, men det blir billigare än använda EUV.

De senaste 25 åren har de mest avancerade processerna skalats ner bortåt 100 gånger linjärt (10 000 gånger sett till area), samtidigt som bättre processkontroll tillåter större chip. Vissa processer (flashminne) tillåter dessutom stackade minneslager och därmed en ökning med ytterligare en faktor 100.

Sol och vind
På energiområdet har vi inte alls sett samma tekniska utveckling. De senaste 25 åren har det mesta handlat om solenergi och vindkraft och där har man i och för sig lyckats producera billigare vindkraftverk och billigare solpaneler. Men tekniskt sett är lösningarna och utbytet inte så värst mycket bättre än för 25 år sedan.

Om man återigen vill vara elak skulle man kunna säga att satsningen på sol och vind egentligen inte har så ruskigt mycket med forskning att göra. Det är mera en fråga om industrialisering av en befintlig produkt och subventionering av en massiv utbyggnad. Tyvärr ser det också i fortsättningen ut att krävas en massiv subventionering av driften och det kan leda till stora problem.

Både sol och vind är dessutom fantastiskt ”volatila” tekniker. De producerar energi bara när det blåser eller solen skiner. Effektutbytet är heller inte linjärt mot vindstyrkan, utan varierar med kubiken på vindhastigheten.

Den svenska statistiken för 2016 visar det här på ett strålande sätt. Där utmärker sig vindkraften med att ha en kvot på nästan 300 mellan högsta och lägsta produktion. Figuren visar gigantiska svängningar, trots att den summerar vindkraftsanläggningar över hela landet.

04vind01
I Sverige kan vi till stor del kompensera det här med vattenkraft, men de flesta andra länder i världen har inte den möjligheten.

Batterier
Förutsättningen för att sol och vind skall fungera i verkligt stor skala är därför att lagringstekniken förbättras dramatiskt. Här har vi sett en hyfsat snabb utveckling de senaste 25 åren, men det är fortfarande mycket långt kvar innan den på allvar skall kunna fungera som utjämnare för solenergi och vindkraft. Här satsas tack och lov stora pengar på grundforskning.

Man kan nog säga att hela dagens energipolitik står och faller med ett genombrott inom batteritekniken. Det är en riskabel strategi. Men batteriforskningen har i alla fall fördelen av att inte behöva finansiering från energiproducenterna.

Bara statliga pengar
Det är tur, för energiproducenterna har idag inte mycket pengar att spela med. De stora subventionerna till vindkraften har resulterat i elpriser (till producenterna) som är så låga att de knappast ens betalar driften av befintliga konventionella anläggningar (se Varning för dödsspiraler). Därför är det i praktiken världens politiker som helt och hållet styr inriktningen på energiforskningen. Allt måste betalas med statliga pengar.

Vi har en ganska märklig situation, där det satsas vansinniga pengar på energiområdet, men egentligen väldigt lite på framtidsforskning. En hel del pengar går visserligen till forskning inom fusionsteknik (med all rätt), men ingen tror på allvar att vi kommer att se några fusionsreaktorer inom överskådlig tid. Förmodligen blir de aldrig lönsamma.

Inget till kärnkraft
Det politiska läget gör att nästan inga länder i västvärlden har lust att satsa statliga pengar på forskning inom kärnkraftsområdet. Samtidigt är energiföretagen dränerade på pengar och har inte råd med egen forskning. Det här är förmodligen det märkligaste och mest riskabla inom energiforskningen.

För alla vet att kärnkraftstekniken har en mycket stor outnyttjad utvecklingspotential. Den ligger i nästan samma klass som halvledartekniken, med möjliga förbättringar på en faktor hundra eller mer. De flesta av dagens kärnkraftverk har en tekniknivå som motsvarar gamla germaniumtransistorer eller i bästa fall gamla TTL-kretsar.

Det handlar alltså om att äntligen ta steget till generation fyra och en teknik som varit känd i minst femtio år. Det finns fungerande kraftverk av den här typen (i Ryssland), men i praktiken skulle det behövas mycket stora satsningar inom både forskning och produktifiering för att få tekniken kommersiell och billig.

Men det är klart – jämfört med de gigantiska summorna till vindkraftssubventioner framstår den här typen av satsningar som småsummor.

Satsa på allt
Det kanske finns andra vägar till billig och miljövänlig elproduktion, men idag styr politikerna forskningen till sol och vind och inte något annat. Det är synd och man kan bara hoppas att andra än politiker kan komma in med pengar.

Björn Lomborg tror och hoppas på innovationer inom energiområdet och han ser också intresse från andra håll än de trångsynta politikerna. En grupp ledd av Bill Gates har till exempel lovat 30 miljarder dollar per år och det kanske kan räcka ett stycke. Förhoppningen är att komma upp i minst 100 miljarder dollar per år i långsiktig forskning. Det är ändå småpengar jämfört med dagens subventioner. Eller lika mycket som den ”klimathjälp” som USA lovat distribuera till fattigare länder (i utbyte mot påskrivet Paris-avtal).

Vad händer?
Hur ser då världens energiförsörjning ut om 25 år? Förmodligen inte så väldigt annorlunda jämfört med idag. Stora omläggningar tar sin tid och missriktade förändringar kan göra att det tar ännu längre tid. Sveriges omläggning till vattenkraft/kärnkraft gick ganska snabbt, men då fanns fungerande ekonomiska incitament för att göra omställningen.

Det stora problemet är återigen att elproducenterna inte har råd att betala för nyinvesteringar i annat än det som politikerna subventionerar. Inte mycket tyder därför på att elmarknaden skall förändras de närmaste åren och det borgar för utbyggd vindkraft i takt med politiska beslut (och subventioner).

Men för att vindkraft och solpaneler skall kunna ersätta en större del av kraftproduktionen krävs massiv lagringsteknik till rimligt pris. Det skulle i sin tur kräva att batteritekniken utvecklas på ett sätt som, ärligt talat, knappast är sannolikt. Med dagens politiska tongångar lär vi knappast heller se statliga subventioner av nybyggd gaskraft eller nybyggd kärnkraft.

Så huvuddelen av världens kraftproduktion lär fortsätta att ske med nödtorftigt uppfixade kolkraftverk.

Ryssland och Kina
En joker i leken är utvecklingen i Ryssland och Kina (och Indien). Där fortsätter kärnkraftsforskningen och det är fullt möjligt att kinesiska företag på sikt kan komma att producera serietillverkade kärnkraftverk av generation fyra. Landet har tillräckligt stora interna behov för att göra en sådan serieproduktion lönsam.

Så om forskarna i västvärlden inte hittar några helt nya metoder att producera miljövänlig el kanske det om 25 år finns ett kommersiellt kärnkraftsalternativ från Kina. Det är ingen orimlig tanke. Att producera kärnkraftverk är i grunden inte svårare och förmodligen inte dyrare än att producera stora passagerarflygplan.

Men visst är det synd att vi i västvärlden skall vara så politiskt styrda när det gäller forskning. Det är väl möjligt att batteritekniken når ett fantastiskt genombrott och att alla människor lär sig att älska ljudet och åsynen av gigantiska vindkraftverk. Men att satsa allt på det spåret verkar dumt och riskabelt. Några hundra miljarder till kärnkraftsforskning och några hundra miljarder till ren grundforskning är småslantar i sammanhanget och håller kvar en kompetens som idag riskerar att förloras.

Vill vi verkligen riskera att göra oss helt beroende av Ryssland eller Kina?

4 Responses to “Energi om 25 år”

  1. Tack för en av de bästa krönikorna hittills! Göte for President…)

  2. Apropå bättre batteriteknik så såg jag Donald Sadoways inspirerande TED talk: The missing link to renewable energy.
    https://youtu.be/Sddb0Khx0yA

  3. Vårt ända hopp för att få ner växthusgas utsläpp är att få ner priset på miljövänlig energi under nivån för kol/olja.
    Och enda sättet att lyckas med det är att forska kring det !
    Vilket parti diriver den frågan ???

  4. Ett stort problem är att politiker och miljöaktivister både vill definiera målet och dessutom den exakta vägen att komma dit. Den som har en annan väg mot samma mål riskerar att bli betraktad som en (minst) lika stor fiende som den som har ett helt annat mål.

    Då blir lätt symbolåtgärder utan större effekt viktigare än sådant som faktiskt fungerar.

    /göte