Vaihtoehtoiset energianlähteet öljylle
Vaihtoehtoisia energianlähteitä öljylle etsitään, koska maaöljyn odotetaan ehtyvän lähivuosikymmenien aikana. 40 % kaikesta maailmassa käytetystä energiasta ja 95 % liikenteessä käytetystä energiasta tulee öljystä.
Epätavanomainen öljy tarkoittaa öljyä, joka tuotetaan menetelmillä, jotka poikkeavat tavanomaisesta öljyntuotannosta. Tällä hetkellä tärkein epätavanomainen öljy on öljyhiekka. Merkittäviä epätavanomaisia öljyesiintymiä ovat Kanadan ja Venezuelan öljyhiekat. Öljy-yhtiöt arvioivat, että näissä esiintymissä on yhteensä kaksi kolmasosaa maailman öljyvaroista. On esitetty, että öljyhiekka ei kuitenkaan pysty estämään maailman öljyntuotannon kääntymistä laskuun. Tuotanto öljyhiekasta vaatii paljon energiaa. Tähän tarkoitukseen käytetään maakaasua. On ehdotettu ydinvoimaloiden rakentamista tätä varten. Epätavanomaisen öljyn tuotanto on tehottomampaa ja ympäristölle haitallisempaa kuin tavanomaisen öljyn tuotanto.
On odotettavissa, että maakaasu saavuttaa tuotantohuippunsa 5-15 vuotta öljyn jälkeen. Laivoissa voidaan käyttää nesteytettyä maakaasua polttoaineena (LNG). On olemassa suuret, mutta rajalliset kivihiilivarat, joita voidaan käyttää polttoaineena öljyvarojen ehtymisen aikana. Fischerin-Tropschin prosessissa muutetaan hiilidioksidia, hiilimonoksidia ja metaania erimuotoisiksi nestemäisiksi hiilivedyiksi. Saksalaiset kehittivät tekniikan toisen maailmansodan aikana lieventämään öljypulaansa. Tekniikkaa käytetään nykyään Etelä-Afrikassa dieselin tuottamiseen hiilestä. Koska hiilivarat ovat myös rajalliset, tätä tekniikkaa voisi käyttää väliaikaisratkaisuna jos öljyvarat käyvät vähiin.
Monissa epätavallisissa öljyissä energian hyötysuhde on negatiivinen, mutta uuden tekniikan avulla voidaan päästä voitolle. Sitä vastoin jäljellä olevat fossiiliset polttoaineet voivat olla todella vaikeasti tavoitettavissa. Ne voivat olla syrjäisissä paikoissa, kuten syvällä merenpohjassa tai Etelämantereella. Ne voivat olla huonompaa, vaikeasti jalostettavaa laatua.
Molemmat seikat voivat vaikuttaa öljyn hintaan, jolloin ennustamisesta tulee hankalaa. Loppujen lopuksi uusi teknologia ei voi estää öljyntuotantoa hiipumasta, sillä öljy on rajallinen luonnonvara. Uusi tekniikka saattaa siirtää öljyhuippua kauemmaksi tulevaisuuteen, mutta toisaalta myös lisätä tuotantoa ja entisestään nopeuttaa öljyntuotannon vähenemiskehitystä. Kehittyneen tekniikan käyttö johtaa usein nopeampaan tuotannon putoamiseen: pudotus on ollut yksittäisten kenttien kohdalla jopa yli 15 prosenttia vuodessa. Ylituotanto voi johtaa kentän vahingoittumiseen ja nopeaan romahdukseen.
Metanolia voidaan käyttää moottoreissa pienin muutoksin. Metanoli tehdään yleensä maakaasusta, joskus myös hiilestä, ja sitä on mahdollista tehdä kaikista hiiliyhdisteistä, myös hiilidioksidista.
Maailma tarvitsisi yli kymmenen kertaa nykyistä enemmän ydinvoimaa, jotta se voisi korvata nykyiset fossiiliset polttoaineet, jos lasketaan mukaan autojen kuluttama bensiini. Useiden ydinvoimaloiden kuluttama uraani on myös uusiutumaton luonnonvara, mutta sangen yleinen (yhtä yleinen kuin tina) eikä sillä tunneta ydinteknisen käytön lisäksi muita merkittäviä käyttötarkoituksia. Kaivostoiminnan lisäksi ydinpolttoainetta saadaan kierrätyksellä jälleenkäsittelystä, ydinaseriisunnasta ja vanhoista varastoista. Maailman taloudellisesti hyödynnettävissä olevat tunnetut uraanivarat ovat noin 3 miljoonaa tonnia, joka nykyisellä noin 35 000 tonnin vuosittaisella kaivostoiminnalla riittäisi runsaaksi 80 vuodeksi. Jos uraanin hinta nousisi huomattavasti, käytettävissä olevat malmivarannot kasvaisivat hyvinkin 100 miljoonan tonnin mittaluokkaan. Täten ydinvoimalla voitaisiin tuottaa energiaa huomattavasti nykyistä suuremmankin kulutuksen kattamiseksi ainakin useita vuosisatoja.
Uraanin riittävyydessä ei ole niinkään kyse uraanin määrästä, vaan pikemminkin sen hinnasta. Voimakkaastikaan kallistuva uraani ei välttämättä vaarantaisi ydinvoiman taloudellisuutta, sillä uraaniraaka-aineen osuus ydinsähkön hinnasta on vain joitain prosentteja - täten uraanin hinnan kaksinkertaistuminen merkitsisi vain muutaman prosentin nousua sähkön hinnassa. Jos uraanin hinta edelleen nousisi aina satoihin euroihin kilolta, yllä mainittujen malmivarantojen lisäksi jopa uraanin eristäminen merivedestä tai tavallisesta graniitista tulisi kannattavaksi. Graniitissa on tyypillisesti verrattain suuri uraanitiheys ja johtuen uraanin korkeasta energiasisällöstä kilogramma graniittia sisältää huomattavasti suuremman määrän energiaa kuin hiilivoimalassa poltettu kivihiilikilo. Kaikkiaan uraania on siis saatavilla hyvinkin kymmenien tuhansien vuosien tarpeeseen ja pidemmällekin. Uraanin lisäksi voidaan ydinpolttoaineena hyödyntää myös huomattavasti yleisempää toriumia. Toistaiseksi toriumin käyttö ei ole ollut kannattavaa koska uraania on saatavilla edullisesti, mutta tarvittaessa sillä voidaan kasvattaa saatavilla olevan ydinpolttoaineen riittävyyttä entisestään. Toinen mahdollisuus liittyy fuusioenergiaan, joka hyödyntää polttoaineenaan deuteriumia eli raskasta vetyä. Deuteriumia on mahdollista erottaa vedestä, joten maailman meret tarjoaisivat fuusiovoimaloille miltei ehtymättömän polttoainevarannon.
Käytetyn ydinpolttoaineen jätehuollolle on esitetty lukuisia erilaisia ratkaisuja. Noin 95 % käytetystä polttoaineesta voidaan kierrättää jälleenkäsittelyllä, jota tehdään mm. Ranskassa ja Japanissa. Toisaalta käytetty ydinpolttoaine voidaan säilyttää vartioiduissa varastoissa. Säilytys on teknisesti yksinkertaista ja edullista, mutta vaadittu pitkä varastointiaika tekee varastoinnista hankalan suunnitella ja varmentaa. Ydintekniikan asiantuntijoiden yleisesti parhaana pitämä ja mm. OECD:n alaisen kansainvälisen energiajärjestön IAEA:n suosittelema keino korkea-aktiivisten ydinjätteiden jätehuoltoon on geologinen loppusijoitus. Toisaalta yhteiskunnassa esiintyy varsin laajalti myös loppusijoituksen vastaisia mielipiteitä. Muita ehdotettuja keinoja ovat mm. loppusijoitus merien syvänteisiin, napajäätiköiden alle tai avaruuteen, mutta nykyisin niiden tutkimuksesta on luovuttu lähes kokonaan geologisen loppusijoituksen hyväksi.
Biopolttoaineita ovat esimerkiksi biokaasu, biodiesel ja etanoli.
Öljyhuipun väistämättömyys on saanut Euroopan unionin tutkimaan unionilaajuisesti biopolttoaineiden mahdollisuutta fossiilisten polttoaineiden korvaajana, koska ottomoottoreita voidaan käyttää bensiinin ohella myös etanolilla ja metanolilla, dieselmoottoreita biodieselillä ilman laajamittaisia muutostöitä.
Ruotsissa vuodesta 1997 lähtien kasvava osuus myydystä polttomoottorien polttoaineesta on E85:tä, josta on 85 % etanolia ja 15 % moottoribensiiniä. Etanolin etuna on korkea oktaaniluku (96 % väkiviinan oktaaniluku on noin 110), joten nakutuksenestoainetta ei tarvita käytettäessä etanolipohjaista polttoainetta. Agroetanol AB:n mukaan ruotsalaisen E85:n energiaekonomia on 170 %, eli etanolituotannosta saadaan 70 % enemmän energiaa kuin mitä sen tuotantoon kuluu. Moottoribensiinin energiaekonomia on vain noin 80 %, sillä bensiinin valmistus raakaöljystä vie paljon energiaa. Dieselmoottorien polttoaineena voidaan käyttää lähes mitä tahansa triglyseridejä. Tavallisimmat biodieselit ovat puhdas rypsiöljy, soijaöljy, oliiviöljy, RME (rypsiöljy-metanoliesteri) sejä REE (rypsiöljy-etanoliesteri). Koska polttoainelaadun öljyn laatuvaatimukset ovat alhaisemmat kuin elintarvikelaadun, tuotanto on helpompaa. Toisaalta myös elintarviketeollisuuden sekä kotitalouksien ja ravintoloiden jäteöljy kelpaa mainiosti suodatuksen jälkeen moottoripolttoaineeksi.
Biopolttoaineet perustuvat tällä hetkellä usein viljeltyyn biomassaan (esim. sokeriruoko, rypsi, soija), ja nämä joutuvat kilpailemaan ruokatuotannon kanssa viljelyalasta. Tämä yhtälö saattaa muodostua ongelmaksi jos esim. ruokatuotantoa yritetään nostaa samalla kun lisätään biopolttoaineiden käyttöä.
Toinen mahdollinen ratkaisu ennustettuun energiapulaan on käyttää osa maailman jäljellä olevista energiaresursseista uusiutuvien energiamuotojen voimaloiden rakentamiseen. Uusiutuvia energiamuotoja ovat ainakin tuulivoima, aurinkovoima, aaltovoima, vuorovesivoima, maalämpö, vesivoima ja biopolttoaineet kuten biodiesel sekä alkoholipohjaiset, joita riittää käytännössä loputtomiin. Joskus myös turve lasketaan uusiutuvaksi energiamuodoksi, vaikka sen uusiutuminen kestää suhteellisen kauan. Uusiutuvien energialähteiden hyödyntäminen saattaa lieventää fossiilisten polttoaineiden hupenemisesta johtuvia taloudellisia seurauksia.
Biodieseliä voidaan sekoittaa n. 25 % suhteessa mineraalidieseliin ilman muutoksia auton moottoriin ja etanolia bensiiniin 10 % suhteella. Pelkkä biopolttoaine vaatii ns. flex fuel-moottorin, joita ovat useimmat 1990-luvun puolivälin jälkeen myydyt moottorit. Muutokset biodiesel-autoon ovat pienempiä, eli suuttimien muutto isommiksi ja ajotietokoneiden uudelleenohjelmointi moottoreihin. Etanoli vaatii isompia muutoksia polttoaineen suihkutukseen ja jäähdytysjärjestelmiin. Suomessa ja muissa kylmän talven maissa tarvitaan lisäksi syttymistä edistävää ainetta, kuten etanolissa eetteriä.
Biodieselin ja etanolin (gasohol) jakeluun voisi käyttää muokkaamalla olemassa olevaa polttoaineenjakeluverkostoa . Etanolin mittarihinta Brasiliassa, joka on johtava etanoliautojen käyttäjä, oli elokuussa 2005 noin puolet bensiinin hinnasta. Etanoli maksaa n. 25 dollaria tynnyriltä, kun taas öljy maksoi elokuun 2005 alussa n. 62 dollaria. Brasilia on myös aloittanut etanolin viennin.
Biodieseliä suunnitellaan tuotettavaksi levästä ja teollisuusjätteistä kuten rasvoista ja jäteöljyistä. Fortum on pystyttämässä Suomeen biodieselin tuotantolaitosta 2007 ja Eurooppaan 2008. Etanolia tuotettaneen selluloosasta. Euroopassa vastaavia ovat Choren Industries ja Kanadassa Iogen. Euroopan merkittävin bioetanolin tuottaja on Saksa. Etanolin ja biodieselin lisääminen öljypohjaisiin polttoaineisiin on lisääntymässä kasvavalla vauhdilla sitä mukaa kun tuotantoa saadaan pystyyn. Monet hallitukset edellyttävät kansallista sekoittamista, mm. USA:ssa on 10 % etanolisuhde, Brasiliassa 25 %. EU edellyttää tälle vuodelle 2 % ja 10 % vuoteen 2010 mennessä. Suomessa sekoitussuhde on nollassa, minkä takia maa on saanut EU:lta huomautuksen.
Vesivoimalat tuottavat sähköä paljon halvemmalla kuin maakaasuturbiinit. Vesivoimaloita onkin rakennettu lähes maailman jokaiseen koskeen ja uusien vesivoimaloiden rakentaminen ei välttämättä ole mahdollista. Vesivoima aiheuttaa myös paikallisia ympäristöongelmia jokien ekosysteemeille. Toinen lupaava uusiutuvan energian lähde voisi olla tuulivoima. Se on nykyään neljä kertaa tehokkaampaa kuin aurinkovoima. Tuulivoimalan rakentamiskustannukset ovat elinkaarikustannukset huomioon ottaen noin puolet vastaavan vesivoimalan rakentamisesta. Aurinkovoimaa voidaan käyttää sekä kuumilla että kylmillä alueilla eri tekniikoita käyttäen.
Uusien energiamuotojen kehitykseen myös panostetaan merkittävästi, esimerkiksi aurinkotorni. Parhaat mahdollisuudet saavutettaneen yhdistelemällä eri tuotantotapoja, esim. tuottamalla vetyä auringolla ja tuulella ja tallettamalla sen polttokennoihin jatkokäyttöä varten. Maailmalla on viime aikoina (2005) satsattu merkittävästi tuuli-, vety- ja aurinkovoiman käyttöönottoon ja eräät maat kuten Saksa edellyttävät lailla näiden energiamuotojen käyttöä energiantuotannossa.
Vety on "energian varastointitapa", ei energialähde. Vety saattaa olla ratkaisu tulevaisuuden energiaongelmiin. Suhteellisen uusilla tekniikoilla voidaan tehokkaasti hyödyntää vetyenergiaa. Vety on kuitenkin tuotettava muulla energialla. Tehokkain tapa tuottaa vetyä on tehdä sitä maakaasusta, joka sekin on ehtyvä luonnonvara. Toinen tapa tehdä vetyä on elektrolyysin avulla, jossa vettä hajotetaan vedyksi ja hapeksi. Tähän tarvitaan sähköenergiaa. Biomassasta ja hiilestä on myös tehty vetyä.
Suuri joukko energia-asiantuntijoita ja tutkijoita on sitä mieltä, että vety on tällä hetkellä epäkäytännöllinen vaihtoehto fossiilisten polttoaineiden korvaajaksi. Sen tuottaminen on tehotonta, sen energiatiheys ei ole hyvä (vetytankkien tulisi olla 2-3 kertaa suuremmat kuin bensatankkien) ja se on kallista kuljettaa ja muuttaa takaisin sähköksi. Miljoonien uusien vetykulkuneuvojen valmistamiseen sekä vedyn jakelun infrastruktuurin rakentamiseen kuluisi valtavasti energiaa. Vedyn käyttäminen suoraan henkilöautoissa onkin vastatuulessa, ja vedyn suhteen ollaan keskittymässä juniin ja energian tallettamiseen tuuli- ja aurinkovoimasta. Vetytekniikan tutkimus jatkuu.
Uusimman tutkimuksen mukaan vetyä voidaan tuottaa jopa nelinkertainen määrä estämällä hapen pääsy polttokennoon ja samalla kohdistamalla bakteereihin sähkövirtaa: . Tätä kutsutaan mikrobiaaliseksi polttokennoksi.
Vetytalouden suurelta osin ratkaisemattomien käytännön ongelmien vuoksi vaihtoehdoksi on esitetty myös metanolitaloutta, jossa energian siirto- ja varastointikemikaalina käytettäisiin vedyn sijasta metanolia. Metanolin varastointi ja kuljetus on huomattavasti yksinkertaisempaa kuin vedyn.