inverkan på de
svenska miljömålen
NATURVÅRDSVERKET
Sverker Molander, Helen Ahlborg, Rickard Arvidsson, Linus Hammar, Duncan Kushnir, Are Wallin, Jenny Westerdahl
Beställningar
Ordertel: 08-505 933 40 Orderfax: 08-505 933 99 E-post: natur@cm.se
Postadress: CM Gruppen AB, Box 110 93, 161 11 Bromma Internet: www.naturvardsverket.se/bokhandeln
Naturvårdsverket
Tel: 08-698 10 00 Fax: 08-20 29 25 E-post: registrator@naturvardsverket.se Postadress: Naturvårdsverket, 106 48 Stockholm
Internet: www.naturvardsverket.se
ISBN 978-91-620- 6391-7 ISSN 0282-7298
© Naturvårdsverket 2010
Elektronisk publikation
Omslag: Byline: Lars-Olof Hallberg/N - Naturfotograferna
Förord
Hållbara transport- och energisystem är avgörande för möjligheterna att nå långsik-tiga miljömål. Naturvårdsverket arbetar bl.a. med att utveckla och utvärdera styr-medel och strategier som kan bidra till att alla miljökvalitetsmål nås. Förnybar energi är ett viktigt medel för att begränsa klimatpåverkan. Samtidigt har även förnybar energi negativa miljökonsekvenser och det är av största vikt att tidigt bedöma och minimera dessa.
Denna rapport är ett första steg i arbetet att gemensamt för alla förnybara energi-slag analysera hur de påverkar de 16 svenska miljökvalitetsmålen. Var och ett av energislagen vindkraft, biobränslen, vattenkraft är tämligen väl studerade. Däremot finns inte någon samlad konsekvensanalys av förnybarhetsmålet till år 2020 eller de volymer förnybart som kan tänkas till år 2050 då visionen är att Sverige ska ha noll nettoutsläpp av växthusgaser.
Syftet med rapporten är att översiktligt beskriva vilka konsekvenser olika förnybara energislag har på relevanta miljökvalitetsmål. Rapporten ska i första hand vara underlag för Naturvårdsverkets eget arbete med energi och miljö. I andra hand kan också rapporten ge länsstyrelser, kommuner och energisektorns aktörer en översikt över miljökonsekvenser av förnybar energi i olika faser av livscykeln.
Rapporten har författats av forskarna vid Chalmers Sverker Molander, Helen Ahl-borg, Rickard Arvidsson, Linus Hammar, Duncan Kushnir, Are Wallin, Jenny Westerdahl, vilka svarar för innehåll och slutsatser. Rapporten är framtagen på uppdrag av Naturvårdsverket, som inte nödvändigtvis delar slutsatserna. Från Na-turvårdsverket har Tea Alopaeus, energi- och transportenheten, varit uppdragsan-svarig. En intern referensgrupp har varit behjälplig med synpunkter under arbetets gång.
Stockholm i november 2010
Innehåll
FÖRORD 3 SAMMANFATTNING 5 SUMMARY 6 1 INLEDNING 7 1.1 Syfte 71.2 Metod och avgränsningar 8
2 VATTENKRAFT 12
2.1 Kopplingar till miljömålen – sammanfattning 14
3 VINDKRAFT 17
3.1 Landbaserad vindkraft 18
3.2 Havsbaserad vindkraft 19
3.3 Kopplingar till miljömålen – sammanfattning 22
4 SOLENERGI 25
4.1 El från solceller 25
4.2 Värme från solfångare 27
4.3 Kopplingar till miljömålen – sammanfattning 27
5 VÄRMEPUMPAR 32
5.1 Kopplingar till miljömålen – sammanfattning 33
6 BIOBRÄNSLEN 36
6.1 Odlade biobränslen 36
6.2 Biobränslen från avfall 37
6.3 Trädbränsle 37
6.4 Kopplingar till miljömålen – sammanfattning 38
7 DISKUSSION OCH REKOMMENDATIONER 43
Sammanfattning
I denna rapport beskrivs olika förnybara energikällors negativa påverkan på de svenska miljömålen. Resultatet har presenterats i form av ett antal konceptuella bilder som länkar miljöpåverkan i energislagens livscykelsteg till specifika miljö-mål. De energislag som studerats är vattenkraft, vindkraft, tunnfilmssolceller, ki-selbaserade solceller, solfångare, värmepumpar samt odlade biobränslen (såsom etanol och raps metylester), biobränslen från avfall (såsom biogas) och biobränslen från skogsråvara (såsom flis och pellets). Miljöpåverkan har inte kvantifierats i denna studie, och ingen jämförelse energislagen emellan har utförts. Vad som dock visats är att de ovan listade energislagen påverkar många svenska miljömål, och den påverkan kommer att växa om de aktuella svenska målen för förnybar energi förverkligas. Mer detaljerade studier kring de förnybara energislagens påverkan på miljömålen krävs således för att undvika negativ miljöpåverkan från förnybar ener-gi i framtiden. Denna rapport har utifrån dagens vetenskapsläge kartlagt de vikti-gaste verkningarna på de svenska miljömålens uppfyllelse från förnyelsebar energi-teknik, och utgör således en grund för ett sådant mer omfattande arbete. Avslut-ningsvis ges ett antal rekommendationer inför fortsatta studier på området.
Summary
This report describes the negative impacts from renewable energy sources on the Swedish environmental objectives. The result is presented as a set of conceptual cause-effect diagrams showing the links between the life-cycles of the energy sources to specific environmental objectives. The energy sources covered in the report are hydro power, wind power, thin-film solar cells, silicon-based solar cells, heat pumps, biofuels from crops (such as ethanol and rape seed methyl ester), bio-fuels from waste (i.e. biogas) and biobio-fuels from the forest (such as wood pellets and chips). No environmental impacts have been quantified in this report, and no comparisons between the energy sources have been performed. However, what has been shown is that the above mentioned energy sources may influence many of the Swedish environmental goals, and that this influence will increase if the current Swedish goals for renewable energies are realized. More detailed studies of the renewable energy sources influences on the environmental goals are thus required in order to avoid negative environmental impacts from future developments of renewable energy sources. This report has, based on current scientific knowledge, tried to point out the most important possible influences from renewable energy technologies, and is therefore a starting point for further studies. The report also gives some recommendations for further research.
1 Inledning
Intresset för förnybara energikällor har ökat sedan exempelvis FN:s klimatpanels fjärde rapport och Stern-rapporten pekat ut de stora riskerna med klimatförändring-ar (IPCC 2006, Stern 2006). Den svenska regeringens mål är 50 procent förnybklimatförändring-ar energi till år 2020 och det ska gälla alla sektorer utom transportsektorn, där målet är 10 procent till 2020 (Regeringen 2008/09). Nyligen utförda beräkningar i den vetenskapliga litteraturen visar dessutom att vind-, vatten och solenergi har poten-tial att förse hela världen med energi år 2030 (Jacobson och Delucchi 2009).
Sverige har idag 16 miljömål som ska vägleda miljöarbetet (Miljömålsrådet 2009). De första 15 miljömålen antogs 1999, medan miljömålet Ett rikt växt- och djurliv antogs först i november 2005. Syftet med miljömålen är att främja människors hälsa, värna den biologiska mångfalden, ta tillvara kulturmiljöer, bevara ekosyste-mens produktionsförmåga och trygga en god hushållning med naturresurser. Tan-ken är att målen ska vara uppfyllda 2020, eller 2050 för miljömålet Begränsad klimatpåverkan. Miljömålen är även nedbrutna till delmål med olika indikatorer. För tillfället pågår ett arbete med att utvärdera och eventuellt förändra miljömålen, men sannolikt kommer inga av dessa förändringar att påverka förutsättningarna för denna rapport (Miljödepartementet 2009).
Flera problem med förnybara energikällor som kopplar till miljömålen har upp-märksammats. Exempelvis kan biobränslet etanol beroende på råmaterial och andra förutsättningar avge mer växthusgaser under livscykeln än konventionell bensin (Farrell m.fl. 2006). Det står även klart att den utbyggnad av vattenkraft som skett i Sverige under 1900-talet gjort stora avtryck i miljön. Det är därför långt ifrån omöjligt att mål om minskad andel fossil energi, som är en förutsättning för att nå klimatmålet, kan komma att påverka andra miljömål negativt. Ett historiskt exem-pel på ett sådant fall är konstgödsel, som innebar en lösning på problem med utar-made jordar men kom att innebära problem med övergödning. En hållbar utfasning av fossila bränslen kräver insikter om hur förnybara energikällor påverkar samhäl-let och naturen för att undvika att skapa nya, allvarliga miljöproblem. Denna rap-port är en förstudie åt Naturvårdsverket och är en del av dess arbete att utvärdera förnybara energikällors miljöaspekter i ljuset av regeringens beslut om 50 procent förnybar energi till 2050.
1.1 Syfte
Syftet med denna rapport är att kartlägga hur olika förnybara energikällors påvisa-de negativa miljöpåverkan kan kopplas till påvisa-de 16 svenska miljömålen, och därmed inverka på deras uppfyllande.
1.2
Metod och avgränsningar
Denna rapport utgör en förstudie ämnad att ge en översiktsbild och identifiera kopplingar snarare än att väga olika förnybara energikällor mot varandra eller mot icke förnybara alternativ. Någon kvantifiering av energikällornas miljöpåverkan har därför inte gjorts. En ytterligare avgränsning är att fokus lagts på negativ miljö-påverkan; således anges inte positiva (främjande) kopplingar till miljömålen. De positiva miljöeffekterna av förnybara energikällor kommer ju främst av att de er-sätter fossila energikällor. För att tala om miljöfördelarna med förnybar energi måste således en jämförelse mellan fossila och förnybara energislag utföras. Detta ingår dock inte i denna studie.
Tekniker för att utnyttja olika förnybara energikällor befinner sig i markant olika utvecklingsstadier. Vattenkraft har stått för ungefär hälften av Sveriges elproduk-tion i årelproduk-tionden. Odlingar av alger för att producera biobränslen är däremot en ny teknik som existerar endast i laboratorier eller möjligtvis pilotanläggningsskala. I denna rapport kommer endast energikällor som nått innovationsstadiet att inklude-ras. Att nå innovationsstadiet innebär att det finns kommersiellt tillgänglig teknik på marknaden (Grübler 1996). Denna avgränsning görs av två skäl. Att även inklu-dera energikällor som ännu bara existerar i laboratorieskala eller i pilotanläggning-ar skulle innebära ett mycket stort antal, och det är oklpilotanläggning-art vilka av dessa som nå-gonsin kommer att nå innovationsstadiet. Dessutom är det mycket svårt att i nulä-get hitta tillförlitlig information om sådana energikällors påverkan på miljön. Vi vill dock understryka att denna exkludering av exempelvis algodlingar, vågkraft, Grätzelceller med mera inte på något vis innebär att vi ser dessa produkter som mindre lovande för framtiden eller fria från potentiell inverkan på miljömålen. Den här avgränsningen görs alltså med avseende på hur långt tekniken kommit mot kommersialisering. De förnybara energikällor som vi bedömer har nått innova-tionsstadiet är vattenkraft, vindkraft, tunnfilmssolceller, kiselbaserade solceller, solfångare, värmepumpar samt odlade biobränslen (såsom etanol och
rapsmetyles-ter 1), biobränslen från avfall (såsom biogas) och biobränslen från skogsråvara
(såsom flis och pellets).
Flera av miljömålen är dessutom sinsemellan länkade på ett komplicerat sätt. Exempelvis innebär avkall på miljömålet Giftfri miljö ofta i längden en påverkan på miljömålet Ett rikt växt- och djurliv. Det är här svårt att hitta självklara avgräns-ningar, men genomgående i rapporten har vi försökt att endast koppla miljöpåver-kan till det miljömål som drabbas först i en tänkt händelsekedja. Sekundära effekter på ett visst miljömål som uppkommer då ett annat miljömål drabbas är alltså inte inkluderade.
1 Notera att fossil metanol ofta används vid tillverkning av rapsmetylester, varför det färdiga bränslet
inte helt består av odlade biobränslen. Metanolen tillhör dock det fossila energisystemet, som inte inkluderas här, och därmed ses rapsmetylester som ett biobränsle i detta sammanhang. Det är heller inte otänkbart att i framtiden tillverka även metanolen från bioråvara.
Energianvändning i samband med exempelvis tillverkning, transporter och
under-håll och därtill hörande energiemissioner2 är en vanligt förekommande
miljöpåver-kan som har inneburit metodproblem. Dels beror energiemissionerna på vilka ener-gikällor som används, vilket varierar världen över och det är inte alltid lätt att av-göra var ett visst råmaterial kommer att produceras eller vilka energikällor som kommer att användas i ett framtida energisystem. Dels genererar ju samtliga i rap-porten inkluderade energikällor energi, och i många fall mer energi än vad som gick åt under livscykeln. Att inkludera energianvändning och energiemissioner som miljöpåverkan när tekniken i själva verket genererar nettoenergi är tveksamt. Dess-utom skulle i många fall energiemissionerna minska om energin som använts hade kommit från förnybara energikällor istället, eftersom energiemissionerna från fossi-la bränslen ofta är högre och påverkar flera av de 16 miljömålen. Slutligen är det svårt att avgöra vilken riktning det framtida energisystemets utveckling kommer att ta, och därmed vilka energiemissioner som kan väntas i framtiden. Därför kommer energianvändning endast att påpekas med en asterisk (*) i figurerna, men inte kopplas till några miljömål. Följaktligen kommer energiemissioner alltså inte att inkluderas i anslutning till beskrivningarna av de olika förnybara energislagens inverkan på miljömålen.
Metoden som kommer att användas för att koppla de förnybara energislagen med de svenska miljömålen är en syntes av livscykelanalys (LCA) och miljöriskanalys. LCA används för att bestämma miljöpåverkan från en produkt eller tjänst under sin livscykel, från ”vaggan till graven”. De emissioner och den resursanvändning som sker i de olika stadierna i livscykeln (råvaruutvinning, transporter, förädling, till-verkning, användning, avfallshantering etc.) kvantifieras och kopplas sedan till olika miljöproblem genom en orsak-verkankedja. För mer information om LCA-metodik se exempelvis Baumann och Tillman (2004). I denna studie kommer dock endast de emissioner och resursanvändning från de förnybara energikällornas livs-cykler som relaterar till de svenska miljömålen att inkluderas, och ingen kvantifie-ring av dessa kommer som sagt att ske. Praxis vid tillämpning av LCA-metodik är att fokusera på de ”få större materialflödena”, alltså de viktsmässigt större råmate-rialen, konstruktionsmaterialen och emissionerna, exempelvis växthusgaser, försu-rande ämnen och vissa flytiga kolväten. Därför tenderar LCA-studier att bortse från ”de många små flödena”, alltså olika kemikalier och metaller som förekommer i små volymer. Detta gör att kopplingarna mellan de olika förnybara energislagen och miljömålet Giftfri miljö möjligen är underskattat.
De relevanta emissionerna och den relevanta resursanvändningen kommer sedan att betraktas som stressorer i en miljöriskanalys. I en miljöriskanalys kopplas
2 Med energiemissioner avses här livscykelemissioner av koldioxid, svaveldioxid, kväveoxider,
kolmo-noxid, flyktiga organiska kolväten med mera per kWh eller MJ, se exempelvis Uppenberg m.fl. (2001). Däremot betraktas inte utsläppt spillvärme/kylvatten som en energiemission.
stressorer (exempelvis toxiska ämnen) samman med skyddsobjekt (exempelvis människan, akvatiska organismer eller olika ekosystem) via en exponeringsväg. Exponeringsvägarna kan se olika ut beroende på stressorerna. För mer information om metodik i miljöriskanalys se exempelvis Öberg (2009) eller Suter (1993). Skyddsobjekten har avletts från de svenska miljömålen antingen genom att redan befintliga delmål och deras indikatorer utnyttjats för att definiera skyddsobjekt eller genom att i miljömålen implicita skyddsobjekt identifierats. Stressorerna från de förnybara energikällornas livscykler har kopplats till miljömålen via de miljömåls-indikatorer som finns definierade för varje miljömål. I många fall har de existeran-de miljömålsindikatorerna inte upplevts tillräckliga för att beskriva miljöpåverkan, och då har egna indikatorer införts. Vi har dock försökt att i största möjliga mån hålla oss till de indikatorer som redan finns.
Resultatet redovisas i form av ett antal konceptuella modeller med tillhörande be-skrivning i text. Kriteriet för en koppling mellan en energikälla och ett miljömål har varit att kopplingen ska vara (1) beskriven i tillförlitlig (oftast vetenskapligt publicerad) litteratur och (2) fullt möjlig givet att den producerade energin an-vänds, men inte nödvändigtvis primärt produceras, i Sverige. Ingen kvantifiering varken av omfattningen av påverkan, eller av sannolikhet för kopplingar mellan energikällor och miljömål, har utförts i denna rapport. En kvantifiering av inverkan på miljömålen är en mycket omfattande uppgift vilken kräver ett avsevärt större faktaunderlag och antaganden om huruvida det är en nulägesbeskrivning eller ett framtidsscenario som avses. Vissa kopplingar i figurerna är alltså beroende av omständigheter, och därmed ovanliga eller mindre sannolika i normalfallet. Vi har i de beskrivande texterna försökt beskriva dessa förhållanden och indikerar dem även i figurerna, och avgränsar oss till att indikera att det finns kopplingar vilket innebär att om användningen av en viss energikälla ökar så kommer också påver-kan på det aktuella miljömålet sannolikt att öka. Vad som därefter påver-kan bedömas som stor eller liten påverkan relativt någon annan påverkan är ett mycket komplice-rat och mångdimensionellt problem som svårligen kan lösas på något enkelt sätt. Hur värderar man förändrad landskapsbild på grund av fler vindkraftverk mot ökad spridning av bekämpningsmedel, som kan bli en följd av ökad biobränsleframställ-ning? Sådana frågor diskuteras således inte i denna studie.
Listan på kopplingar mellan stressorer från olika förnybara energislag och målen är inte fullständigt heltäckande, då det inte är möjligt att täcka in all miljö-påverkan ens för en enda energikälla. Att istället fokusera på de kopplingar som enligt aktuell litteratur är tydligast innebär att denna rapport är preliminär – det kan dyka upp nya stressorer som uppmärksammas när en ny energikälla får större spridning. Det är självklart så att det är bättre att genom riskanalyser och extrapola-tioner i förväg försöka få en uppfattning om kommande miljöpåverkan. Balans-gången mellan att inkludera och inte inkludera vissa kopplingar har varit svår och vi har i vårt arbete försökt att inkludera även osäkra kopplingar. Dock har vi krävt att det skall finns tydliga indikationer i litteraturen för att en koppling skall etable-ras.
Notera att vi här heller inte gör någon jämförelse mellan förnybar och fossil energi. Som redan antytts finns det givetvis stora problem med fossil energi, och att en utfasning av fossil energi är nödvändig råder det knappast någon tvekan om. Det innebär dock inte att all slags förnybar energi alltid är bättre än vilken fossil energi som helst på alla sätt. Som visats av Farrell m.fl. (2006) gav exempelvis vissa typer av bioetanolproduktion upphov till större klimatpåverkan än konventionell bensin. För att undvika nya miljöproblem är det viktigt att kritiskt granska även alternati-ven till fossila bränslen, och denna rapport är en del av det arbetet och kan tjäna som en guide inför framtida, mer detaljerade studier.
2 Vattenkraft
Vattenkraft innebär allmänt att vattnets lägesenergi uppströms i vattendragen tas till vara som rörelseenergi då vattnet faller nedströms. Genom att låta vattnet strömma genom generatorer kan el genereras. Grovt sett kan vattenkraften indelas i vattenkraft med olika slag av fördämningar och strömvattenkraft där man utnyttjar strömmande vatten utan fördämningar. Fördämningar kan här vara både konstrue-rade dammar eller innebära att en befintlig sjö regleras. Av elproduktionen i Sveri-ge kommer ett normalår unSveri-gefär hälften från vattenkraft. Vattenkraften är relativt andra energikällor en mogen teknik som är nära sitt tak vad avser utvecklingspo-tential. En ökad elproduktion väntas framför allt ske genom effektiviseringar i befintliga vattenkraftverk samt genom att ta mindre vattenkraftverk i bruk.
I systemet som analyseras ingår de processer som krävs för att leverera elenergi från vattenkraftverket. Systemgränsen för det tekniska systemet är därför satt till
direkt efter turbinen. Därmed ingår inte distributionsnät med kraftledningar,
ställ-verk och transformatorstationer eller andra elnätkomponenter som krävs för att elen ska nå användaren. Energianvändning som krävs för de olika processerna i vatten-kraftens livscykel, till exempel dieselanvändning i transporter och arbetsmaskiner eller elanvändning i driften av vattenkraftverket inkluderas inte här i enighet med rapportens metod och avgränsning. Beskrivningen av vattenkraftens påverkan på miljömålen görs för vattenkraft med damm som exempel. Det som skiljer strömvat-tenkraftverk från vatströmvat-tenkraftverk med damm är att ingen damm krävs och därmed försvinner den miljöpåverkan som har med dammkonstruktion och vattenreglering på grund av uppdämning att göra. I övrigt kvarstår effekter orsakade av vattenav-ledning längs en del av vattendraget. Den litteratur som har använts är framför allt vetenskapliga artiklar men vi refererar också till rapporter som skrivits om vatten-kraftens miljöpåverkan i Sverige, till exempel av Kungliga Ingenjörsvetenskaps-akademien (2002).
Vattenkraftens miljöpåverkan relaterar till de förändringar av vattendragens flöden, ekologiska funktion och upplevelsevärden som sker under installation och drift samt till anskaffningen och tillverkningen av det råmaterial och de komponenter som krävs för att konstruera vattenkraftverket. De råmaterial som krävs i större mängder är metaller, berg- och jordarter samt fossila bränslen. Metaller som be-hövs för tillverkning av armeringsjärn, dammluckor och andra konstruktionskom-ponenter i stål samt av turbinen för generation av el är huvudsakligen järn och legeringsmetaller som krom och nickel samt koppar. Det finns långt fler kompo-nenter, med många olika ingående råmaterial, men dessa tas inte med i rapporten. Produktionen av cement till dammkonstruktionen kräver brytning av kalksten och lermineral som krossas och finmals och sedan bränns i ugnar, uppvärmda med kol och olja. För tillverkning av betong krävs därutöver makadam och naturgrus.
Anskaffningen av råmaterial är förknippad med energianvändning som ger luft-emissioner och reningsprocesser som genererar avfall och olika luft-emissioner. Från gruvdrift kan läckage av metaller ske från slagghögar och lakvattendammar till vattendrag. Brytning av kalksten leder till partikelutsläpp vilket har en åtminstone lokal påverkan på luftkvalitet. All form av uttag av resurser i dagbrott tränger un-dan habitaten för de arter som fanns på platsen tidigare. Täktverksamhet, som ex-empelvis avser uttag av naturgrus eller kalksten påverkar också förekomsten av grundvatten. Vid installationen av vattenkraftverket sker en avledning av vatten för att man ska kunna anlägga dammen. Därutöver sker också en bearbetning av mar-ken på land. Även tillfartsvägar som krävs betyder att mark tas i anspråk. Det leder till att habitaten för de arter som lever där försvinner eller skadas.
Konsekvenserna av att dämma upp vattendrag är välkända och allmänt beskrivna av bland annat Dynesius och Nilsson (1994), Kungliga Ingenjörsvetenskapsakade-mien (2002), och Nilsson m.fl. (2005). Dämningen av vattendragen innebär att strand- och våtmarksområden uppströms dammen dränks. Detta leder till att habita-ten för de växter och djur som lever där försvinner och därmed även dessa arter. De stora dammarna återfinns också högre upp i vattensystemen, i fjällområden, där upplevelse och orörd natur värderas högt. Därutöver stagnerar flödet vilket möjlig-gör sedimentation av såväl finkornigare eroderat material som de näringsämnen som tidigare förts med strömmen. Till exempel förändras kisel/kväve-balansen vilket får effekter på bland annat förhållandet mellan olika arter av fytoplankton i kustvattnen och kopplar därför till problemet med övergödning i kustvattnen (Humborg m.fl. 1997). Den näringsfattigare miljön nerströms leder också till att produktionsförmågan minskar nerströms dammen, i och längs vattendraget (Nils-son m.fl. 2005). Det har även visats att dammar kan avge metan till atmosfären, åtminstone i de fall där stora landområden med mycket vegetation täckts med vat-ten (Kemenes m.fl. 2007). Generellt kommer förekomst av sedimenterat organiskt material att leda till utsläpp av metan genom mikroorganismers metabolism om syrefria förhållanden råder, och dessa metanutsläpp bidrar högst signifikant till vattenkraftens påverkan på global uppvärmning (Pacca m.fl. 2007).
Uppdelningen av vattendraget i delar som åtskiljs av dammar, som ger barriäref-fekter, leder till fragmentering av habitat. Det är väl känt att vattenkraftverk med dammar utgör vandringshinder för exempelvis laxfiskar och ålen (Penczak och Kruk 2000, Kungliga Ingenjörsvetenskapsakademien 2002). Ett reglerat vattendrag ger också minskad spridning av växter, både med avseende på mängd och artrike-dom, och ger en minskad kontinuitet i växtligheten längs vattendragets stränder (Johansson m.fl. 1996, Andersson m.fl. 2000, Bonn m.fl. 2002). Den förlust av arter och individer av arter som sker i och med att fördämningar görs återhämtas inte i någon större utsträckning (Nilsson m.fl. 1997). Längs en sträcka nedströms dammen kommer vattendraget ha mycket låg vattenföring och därmed elimineras habitaten för de växter och djur som är beroende av de förutsättningar en större älv ger i termer av exempelvis mikroklimat.
Under drift och vid underhåll av vattenkraftverket kommer vattnet att regleras. Framför allt däms vattendragen upp på sommaren för att sedan tappas av under vinterhalvåret när behovet av el är störst. Detta innebär att vattendragens nivå och vattenflöde kommer att fluktuera på ett onaturligt sätt, vilket kan påverka förutsätt-ningarna för ett antal naturligt förekommande arter i älvdalarna. Den ändrade flö-desregimen gör att arter som anpassat sig till exempelvis årliga översvämningar, exempelvis vissa grodor och insekter, kan klara sig sämre efter att reglering har införts (Bonn m.fl. 2002, Bunn och Arthington 2002). Ändrade flödesregimer på-verkar också bottenlevande organismer, både i art- och individantal (Hart och Fi-nelli 1999), vilket i sin tur påverkar de fiskar som har bottenlevande organismer som föda. Snabba ändringar i flöden som utförs under drift för att möta svängning-ar i behov av el eller för att undvika överfyllda magasin när nederbörden är stor ökar risken för erosion och det ger även minskade möjligheter för till exempel isbildning om vintern (Kungliga Ingenjörsvetenskapsakademien 2002).
Gällande nedmontering har inga större svenska vattenkraftverk nedmonterats ännu, och de beräknas hålla i åtminstone 100 år till. Mycket lite information har därför gått att finna om nedmonteringen, men tydligt är att den kan ge upphov till signifi-kanta emissioner av metan från de sediment som bildats under vattenkraftverkets livslängd (Pacca et al. 2007).
2.1
Kopplingar till miljömålen –
sammanfattning
Anskaffning av metaller under konstruktionsfasen påverkar framför allt miljömålet Giftfri miljö genom läckage från slagghögar. Indirekt kan alltså även målet Levan-de sjöar och vattendrag samt målet Ett rikt växt- och djurliv påverkas. Brytningen av kalksten och naturgrus påverkar grundvattenförekomster och därmed miljömålet Grundvatten av god kvalitet. Lokalt kan brytning av kalksten påverka miljömålet Frisk luft genom partikelutsläpp. Vid all form av uttag av material från jordskorpan som sker i öppna dagbrott kommer biotoper att trängas undan vilket i många fall förmodligen är biotoper i skog eller i fjällmiljö, ibland inom områden där det finns vattendrag och därför påverkas sannolikt även miljömålen Levande skogar, Stor-slagen fjällmiljö och Levande sjöar och vattendrag.
Dämningen av vattendragen och byggnation av tillfartsvägar innebär att habitat för växter och djur försvinner eller att förutsättningarna för liv förändras. Både mång-falden arter och antalet individer inom vissa arter minskar, åtminstone i delar av vattendragen. Det miljömål som avser vattendrags- eller vattendragsnära habitat påverkas därför, det vill säga Levande sjöar och vattendrag. Detta i sin tur påverkar de växter och djur som inte kan anpassa sig till de nya förutsättningar som skapats, till exempel när lågvattenstånd gör att habitat försvinner och de förhållanden som råder i den kvarvarande vattenfåran är radikalt förändrade. Det finns alltså en indi-rekt inverkan även på miljömålet Ett rikt växt- och djurliv. Även miljömålen
Le-vande skogar och Storslagen fjällmiljö påverkas genom installationen av ett vatten-kraftverk. Ändrade mineral- och näringsämnesflöden kopplar till miljömålet Ingen övergödning och emissioner av metan från dammarna till miljömålet Begränsad klimatpåverkan. En ändrad flödesregim hotar de vattenlevande arter som inte klarar av den förändrade livsmiljön detta innebär, därför påverkas miljömålet Levande sjöar och vattendrag, Myllrande våtmarker och indirekt även Ett rikt växt- och djurliv. Nedmonteringen ger upphov till metanemissioner som påverkar Begränsad klimatpåverkan.
Strömvattenkraft ger färre negativa konsekvenser för miljön då dämningar undviks, men även i detta fall kan påverkan på många av miljömålen inte undvikas. Se Figur 1 för en grafisk beskrivning av kopplingarna mellan vattenkraft med damm och de primärt påverkade miljömålen.
Li
vsc
yk
el
fa
se
r
S
tr
es
sor
e
r
M
ilj
öi
ndi
kat
or
M
ilj
öm
å
l
P rodu kt io n a v rå m a te ri a l sam t tillv e rk n in g • U tvi nni ng /br yt ni ng (jä rn , le ge rin gs m eta lle r, koppa r, ka lk st en , na tu rg ru s e tc .) • T illv er kn in g a v kom pon en te r (a rm er in gs jä rn , c em en t, tu rb in er et c. ) In st a lla tio n •M ar kb ea rb etn in g •V at te na vl ed ni ng •A nl äg gni ng a v da m m oc h kr af tv er k Dr if t o ch u n de rhål l •V atte nr eg le rin g •U nde rhå ll av da m m oc h kom pon en te r Ne d -mo n te ri n g B ygg na ti one r, ti llf ar ts väg ar o ch dä m ni ng P ar tik la r i lu ft M et anem is si on er L äc kage f rån sl agghö ga r För änd ra d p rod uk ti on, ar tr ik ed om oc h in di vi da nt al Er os io n N är in gs äm nes bal an s (kus tv at te n) L eva nd e sk og ar G ift fr i m ilj ö Fr is k lu ft Be gr än sa d klim at på ve rk an G run dv at te n av g od kv al ite t L eva nd e s jö ar oc h va tt en dr ag In ge n öv er göd ni ng St or sl ag en fj äll m ilj ö M yllr an de vå tm ar ke r Me ta llf öro re ni ng ar i m ar k oc h va tt en Fr ag m en ter in g oc h fö rl us t a v ha bi ta t (b er oe nd e a v lo ka lis er in g) U tt ag ka lks te n/ gr us B ar ri är och r egl er in g av s tr öm m and e vat ten (L ed er till ä nd ra d f lö de sr eg im , lå gv atte ns tå nd n ed str öm s d am m en, dr änk ta om rå de n upps tr öm s da m m en) G od be byg gd m ilj ö B or tt agand e av d am m G ruvor oc h br ot t G rund va tt enf ör ekom st Figur 1. Vattenkraft med damm
- primära koppl ingar till de sv en ska mi ljömå len.
3 Vindkraft
Produktionen av el från vindkraft har ökat kraftigt i Sverige under senare år. Av elproduktionen i Sverige kommer ungefär 2 procent från vindkraft år 2009, vilket motsvarar 2,5 TWh (Energimyndigheten 2010). Sveriges vindkraftspark år 2009 bestod av 1359 vindkraftverk med en installerad effekt på 1448 MW vilket innebar en ökning med nästan 46 procentenheter från år 2009 (Energimyndigheten 2010). De flesta verken finns i södra Sverige, framförallt i Skåne, Västra Götaland och på Gotland. Landbaserade verk utgör 95 procent av det totala antalet och 89 procent av installerad effekt och producerad el. Det finns ett antal modeller på marknaden och utvecklingen i Europa går mot allt större verk, med en effekt på 5-6 MW (En-ergimyndigheten 2010). I Sverige har vindkraftverken hittills varit av mindre stor-lek och effekt, på senare år mellan 800 kW och 2,5 MW (Energimyndigheten 2010). Det av riksdagen fastställda planeringsmålet är 30 TWh till år 2020 (Ener-gimyndigheten 2010). Hittills har vindkraftsbyggandet i Sverige framförallt bestått av mindre anläggningar på land, men ett fåtal havsbaserade installationer finns, där Lillgrund i Öresund utgör den största anläggningen. Tydliga ambitioner finns för kommande storskalig utbyggnad i havs- och fjällområden (Naturvårdsverket 2009). I miljömålet God bebyggd miljö betonas vikten av att främja utbyggnad av vind-kraft (indikator vindvind-kraftsel) och en generell positiv koppling görs således mellan vindkraft och detta miljömål.
Vindkraftens påverkan på de svenska miljömålen behandlas utifrån en uppdelning mellan landbaserad och havsbaserad vindkraft. Sammanställningen bygger på ma-terial publicerat i vetenskapliga tidskrifter samt rapporter från svenska myndigheter och några intresseorganisationer. Ett flertal LCA-studier har gjorts på såväl havs- som landbaserad vindkraft, se exempelvis Schleisner (2000), Lenzen och Munks-gaard (2002), Tremeac och Meunier (2009), Martínez m.fl. (2009) och Varun m.fl.
(2009).3 De modeller som studerats varierar i storlek och effekt från små verk på
endast 250 W till stora verk på 4,5 MW. De olika LCA-studierna varierar i resultat beroende på omfattning, metod och vilka modeller och data som används (Lenzen och Munksgaard 2002). Den generella slutsatsen är dock densamma, att tillverk-nings- och byggnadsfasen utgör den absolut största miljöpåverkan i vindkraftver-kens livscykel, medan miljöpåverkan under bruks- och nedmonterings-faserna är förhållandevis liten.
Erfarenheten av nedmontering av vindkraftverk är begränsad då tekniken är ny och således få verk har rivits. I Sverige har vissa vindkraftverk flyttats för att ge plats åt större installationer, varpå de mindre verken kunnat återanvändas i sin helhet på
3 Samtliga LCA-studier visar på en energiåterbetalningstid (eng. energy pay-back time) på mindre än ett
år, det vill säga den tid det tar för vindkraftverket att producera energi motsvarande den totala energi-åtgången för tillverkning och sluthantering. Detta motsvarar ett nettotillskott av energi efter ungefär 2 procent av vindkraftverkets livstid, vilket är att betrakta som effektivt.
andra platser med mindre men tillräcklig vindstyrka. Vid slutgiltig nedmontering förväntas stora delar av materialet, däribland stål och koppar, kunna återanvändas (Schleisner 2000, Martinez m.fl. 2009). De energikrävande glas- eller kolfiberma-terialen i vingarna kan emellertid inte återvinnas för samma ändamål utan hamnar oftast på deponi (Lenzen och Munksgaard 2002). Havsbaserade fundament är mer komplicerade att montera ned och det är inte sannolikt att de delar av fundamenten som försänkts i sjöbotten kommer att bärgas.
3.1 Landbaserad
vindkraft
Påverkan på miljömålen från landbaserad vindkraft sammanfattas i Figur 2. Enligt LCA-studierna sker miljöpåverkan i första hand i samband med tillverkningsfasen, i form av material- och energianvändning. Materialanvändningen innebär brytning av malm och mineral, vilket ger upphov till både markanvändning och eventuella läckage från slagghögar. Markanvändning för gruvdrift och dagbrott innebär inver-kan på tidigare, ofta naturliga, miljöer och inver-kan kopplas till miljömålen Levande skogar och Storslagen fjällmiljö beroende på var gruvdriften är förlagd. Läckage av skadliga metaller från brytningens slagghögar (urlakning av malm) innebär en koppling till miljömålet Giftfri miljö. Enligt Martínez m.fl. (2009) utgör använd-ning av fossila bränslen och utsläpp till luft de två viktigaste miljöpåverkanskate-gorierna under tillverkningsfasen. Utsläpp till luft sker framförallt i samband med cementtillverkning (fundamentet), en energikrävande tillverkningsprocess med stor miljöpåverkan och utsläpp av bland annat koldioxid, kvävoxider, kvicksilver och partiklar (Vold och Rønning 1995, Martínez m.fl. 2009). Tillverkningen av rotor-blad, som består av glas- eller kolfibermaterial, står för den största användningen av fossila bränslen. Sett till energianvändning (i kW inklusive el) under livscykeln har Lenzen och Munksgaard (2002) beräknat att tillverkningen av tornet, vilket oftast är av stål, är mest energikrävande. Energianvändningen inkluderas dock inte här, av skäl som beskrivs i rapportens metod och avgränsningar.
Enligt LCA-studien av Martínez m.fl. (2009) är miljöpåverkan från täckfärgen i sammanhanget försumbar. Underhållsarbeten företas i storleksordningen tre gånger årligen per vindkraftverk (Tremeac och Meunier 2009) och utsläpp från transporter under hela livscykeln är att betrakta som försumbara i jämförelse med miljöpåver-kan under tillverkningsfasen (Lenzen och Munksgaard 2002, Martínez m.fl. 2009). I de fall de stora volymerna maskinolja byts ut vid underhåll omhändertas den använda oljan (Marine Monitoring AB 2005). Vid byte av komponenter blir miljö-påverkan motsvarande den vid tillverkning (Martínez m.fl. 2009).
Anspråkstagande av mark sker i samband med gruvdrift för materialframställning, anläggning av tillfartsvägar och placering av vindkraftverket. Möjlig påverkan på djur- och växtliv relateras till fragmentering av habitat genom anläggande av vägar samt det roterande fysiska hinder för fåglar och fladdermöss som ett vindkraftverk kan utgöra. Installation av vindkraftverk i oexploaterade områden kräver anläggande
av relativt breda tillfartsvägar med ganska stora kurvradier vilket innebär ett in-grepp i naturmiljön. Detta beror på att längden på rotorbladen är avgörande efter-som de inte kan tillverkas i delar. Vid stora utbyggnader kan detta utgöra en bety-dande påverkan. Tillfartsvägar, precis som andra grusvägar, kan ge upphov till habitatfragmentering som kan utgöra hinder för smådjur (SLU 1994) eller störning av häckningsplatser för fågel (Mader 1984). Härigenom kan en icke obetydlig koppling mellan landbaserad vindkraft och miljömålet Ett rikt växt- och djurliv uppkomma. En sådan koppling kan emellertid inte förväntas för vindkraftsetable-ring i eller i närheten av bebyggd miljö. Tillfartsvägar kan även ha en påverkan på kringliggande vattendrag och våtmarker.
Beträffande kollisioner med vingblad indikerar befintliga studier att påverkan på fåglar och fladdermöss är liten om inte enskilda verk eller vindkraftsparker inte lokaliseras till särskilt olämpliga områden (Widemo 2007, JP Fågelvind 2006, Ahlén m.fl. 2007). En olämplig lokalisering kan exempelvis vara vid koncentrerade flygvägar, häckningsplatser eller födosöksområden. Det kan således inte uteslutas att vindkraft kan påverka dessa djurgrupper negativt i de fall storskalig utbyggnad av vindkraft sker i känsliga områden, vilket innebär en möjlig koppling till miljö-målet Ett rikt växt- och djurliv.
Vindkraftens inverkan på bebyggelse och miljömålet God bebyggd miljö avser främst buller. Riskerna för fysisk skadeverkan på människor och boendemiljö är små, dock kan isbildning på vingblad utgöra ett problem inom avstånd på ett par hundra meter från verket (Seifert m.fl. 2003, WEU 2009). Buller och risker för skadeverkan är tydligt avhängigt lokalisering och således reglerat genom varje enskild tillståndsprövning. En eventuellt negativ koppling till miljömålet God be-byggd miljö är därför avhängig lokalisering. Det bör i sammanhanget tilläggas att vindel utgör en positiv miljömålsindikator för God bebyggd miljö. Vindkraft bör alltså gynnas enligt detta miljömål. Dock är inte positiv miljöpåverkan inkluderad i denna rapport.
Att vindkraftverk kan uppfattas som visuellt störande betraktas här som en subjek-tiv upplevelse, vilken kan jämföras med visuella intryck av andra höga byggnader såsom vattentorn, broar eller kyrktorn. Flera miljömål beskrivs utifrån värnande om kulturmiljöer och upplevelsevärden, men någon direkt koppling till visuell störning saknas med undantag för miljömålet Storslagen fjällmiljö. Detta miljömål innehål-ler indikatorn exploatering i fjällen och formuinnehål-lering om att miljömålet bör innebära att ”fjällens karaktär av betespräglat storslaget landskap med vidsträckta samman-hängande områden bibehålls”.
3.2 Havsbaserad
vindkraft
Miljöpåverkan från havsbaserad vindkraft återges i Figur 3 och är i stora drag lik den från landbaserad vindkraft (se ovanstående stycke för kopplingar till miljömål).
Energiåtgång och utsläpp under tillverkningsfasen skiljer sig generellt mellan land- och havsbaserade vindkraftverk då förankringen i fundamenten som regel måste vara betydligt kraftigare i djupt vatten. Denna typ av miljöpåverkan är således större för havsbaserade vindkraftverk (Schleisner 2000, Varun m.fl. 2009). Även mellan olika havsbaserade vindkraftverk kan skillnaderna vara stora beroende av vilket fundament som används. Monopile- och fackverksfundament kräver stora mängder stål medan gravitationsfundament framförallt kräver betong.
Installation till havs innebär en annorlunda miljöpåverkan jämfört med installation på land. I samband med muddring av havsbotten för kablar och gravitationsfunda-ment kan sedigravitationsfunda-mentspridning påverka djur- och växtliv, vilket innebär en borttag-ning av befintlig botten och en kortvarig störborttag-ning genom sedimentpartiklar som kan skada juvenila livsstadier hos exempelvis fisk (Fiskeriverket 2007, Hammar m.fl. 2008). Den påverkade bottenarealen är emellertid begränsad. Vid pålning, som framför allt företas vid förankring av monopile-fundament, kan ljudpulser bli så starka att påverkan blir kraftig på fisk och marina däggdjur (Madsen m.fl. 2006, Fiskeriverket 2007, Hammar m.fl. 2008). De extrema ljudpulserna kan emellertid undvikas genom val av anläggningsmetod, skyddsåtgärd eller säsongsanpassning. Vid olämplig placering eller metod kan installationen således innebära skadeverkan kopplat till miljömålet Hav i balans samt levande kust och skärgård.
Placeringen av fundament på havsbottnen kan medföra en positiv, snarare än nega-tiv, påverkan på marina organismer inklusive vissa fiskarter (Hammar m.fl. 2008). Den så kallade reveffekten, där fisk och ryggradslösa djur ökar vid artificiella eller naturliga strukturer i vattnet, har bekräftats för havsbaserade vindkraftverk (Wil-helmsson 2009). Både förekomst och artdiversitet kan alltså öka vid fundamenten. Dessutom har studier av havsbaserade vindkraftsparker i sin helhet påvisat ökad förekomst av vissa arter. Här har kvaliteten på flera studier emellertid varit begrän-sad (Wilhelmsson 2009). Dock kan tillkomst av hårda substrat på mjuka bottnar verka som så kallade stepping stones och gynna spridning av oönskade och invade-rande arter. En gynnsam effekt på vissa arter kan leda till minskad förekomst av dess bytesdjur men sammantaget bedöms kopplingen till miljömålet Hav i balans samt levande kust och skärgård vara främjande snarare än negativ. I en vind-kraftspark står de individuella fundamenten med 500-1000 m avstånd och påverkan mellan verken blir liten. Det kan emellertid inte uteslutas att vindkraft kan medföra negativ påverkan på särskilda arter vid olämplig lokalisering.
Havsbaserad vindkraft medför en lokal begränsning i fisket, där trålfiske inte kan genomföras och nätfiske kan bli begränsat. För stationära fiskarter kan sådana in-skränkningar i fiske ge lokala beståndsökningar (Fiskeriverket 2007), vilket torde vara positivt för miljömålen. I förlängningen kan detta medföra en bättre avkast-ning för fisket i närområdet. Det skall dock betonas att för att fiskförekomst skall kunna gynnas krävs att inget betydande fiske sker inom vindkraftsparken, annars kan fångsterna snarare öka genom att fisken som samlats vid fundamenten är lätta-re att fånga, vilket skulle kunna leda till minskad fiskfölätta-rekomst på sikt
(Fiskeriver-ket 2007, Wilhelmsson 2009). Beträffande miljömålsindikatorerna yrkesfiske och fiskefartyg, relaterade till kulturvärden, hänvisas till Fiskeriverkets bedömning att yrkesfisket kan påverkas negativt av havsbaserad vindkraft på grund av inskränk-ningar i fisket (Fiskeriverket 2007). Här görs emellertid bedömningen att sådan negativ påverkan endast gäller på kort sikt och för särskilt stora vindkraftparker. Detta med hänvisning till de förhållandevis begränsade havsytor som omfattas av fiskeinskränkningar för vindkraftparker och de långsiktigt gynnsamma effekterna av fiskeskydd.
Både experimentella och fältmässiga studier har påvisat att de elektromagnetiska fält som uppstår utmed kablar på havsbotten kan registreras och påverka havsle-vande organismer, däribland vandrande ål (Gill m.fl. 2005, Westerberg och Lagenfelt 2006). Effekten på ålars navigering har hittills visats vara begränsad till en kort reducering i vandringshastighet just över kabeln (storleksordning 30-60 minuter). De studier som gjorts har inte uttryckt att havsbaserad vindkraft utgör någon risk för vandrande ål. Utifrån ålens hotade beståndsstatus kan det emellertid vara av betydelse att de landanslutande kablarna grävs ned i botten vid vindkrafts-parker vid svenska sydkusten, som är en betydande vandringsväg för ål.
Även om lågfrekvent stomljud från vindkraftverkens växellådor kan fortplanta sig över stora avstånd genom vattnet saknas det indikationer på att undervattensbuller påverkar den marina miljön annat än mycket lokalt. För studerade fiskarter har den komponent av ljudet som karaktäriseras av partikelrörelser visats vara ohörbar bortom 10 m från fundamenten (Sigray m.fl. 2009). Sett till ljudtryckskomponen-ten har Naturvårdsverkets forskningsprogram Vindval utfört två experimentella studier av påverkan från ljudtryck motsvarande ett vindkraftverk med växellåda. En studie, som dock inte innefattade tillvänjning, visade att vissa bottenlevande organismer kan uppfatta och påverkas av detta ljud (Wikström och Granmo 2008), medan den andra studien inte påvisade några effekter på testade fiskarter (Båmstedt m.fl. 2009). Då resultaten från de båda experimentella studierna överförs till reella förhållanden i öppet hav skall det beaktas att den kustnära havsmiljön kontinuerligt utsätts för ljud av samma frekvens och styrka som vindkraftverk, bland annat orsa-kat av passerande fartyg och brytande vågor (Hammar m.fl. 2008). Eventuella bullerstörningar motverkas också av tillvänjning hos många organismer
(Wilhelmsson 2009). Det har på dessa grunder inte bedömts vara rimligt att klassi-ficera störning från undervattensljud som en signifikant stressor från vindkraftverk.
Precis som vid landbaserad vindkraft kan eventuella kollisioner mellan vingblad och fåglar eller fladdermöss uppkomma i särskilda fall (Widemo 2007, JP Fågelvind 2006, Ahlén m.fl. 2007). Frekvensen av sådana kollisioner är generellt liten och risken för betydande påverkan kan minimeras genom att undvika särskilt olämplig lokalisering. En koppling till miljömålet Ett rikt växt- och djurliv kan alltså uppstå, men endast vid särskilt olämplig lokalisering.
3.3
Kopplingar till miljömålen –
sammanfattning
De miljömål som kan kopplas till vindkraftsutbyggnad är Levande skogar, Storsla-gen fjällmiljö, Giftfri miljö, God bebyggd miljö, Ett rikt växt- och djurliv, Levande sjöar och vattendrag, Myllrande våtmarker samt Hav i balans och levande kust och skärgård. Beträffande flera av kopplingarna mellan vindkraft och miljömålen blir de endast betydande vid särskilt olämplig lokalisering av vindkraft, vilket gör loka-lisering till en viktig fråga inför storskaliga framtida etableringar. Som angivits ovan innehåller miljömålet God bebyggd miljö även en specifik indikator för främ-jande av vindkraftsutbyggnad.
Li
vscyk
el
fa
se
r
S
tressor
er
M
iljö
in
di
ka
to
r
M
iljö
m
ål
Pr od u kt io n av rå m at eri al sa m t til lv er kn in g • U tv inni ng : b ry tn ing oc h m ar ka nvä nd ni ng (g ru vd ri ft e tc .) • B ea rb etn in g a v m ate ria l (s tå l, a rm er in gs jä rn , cem en t, b et on g, gl as /k ol -f ibe r, al um in iu m , ko pp ar , po ly es te r, e po xy , tä ck fä rg ) In sta lla tio n • An lä gg an de a v tillf ar ts vä ga r • G ru nd lä ggn in gs ar be te Dr ift o ch un de rh ål l • B eh ålln in g a v tillf ar ts vä ga r • A ns pr åks ta ga nde a v ma rk yt a • R ote ra nd e vin gb la d • Un de rh ål l • V is ue llt in tr yc k (i fjä llm iljö ) Ne d-mo n te rin g • Åt er vi nn in g a v st ål , jä rn oc h kop pa r • B et on g oc h g la s/ ko lf ib er till d ep on i • Fu nd am en te t ta s b or t elle r lä m na s o ch tä ck as G ruvor /br ot t B ygg nat io n och tillf ar ts vä ga r Fy si skt h ind er och ba rr iär ef fe kt er Le va nd e skog ar E tt ri kt vä xt -oc h dj ur liv G od be byg gd m ilj ö Fr agm ent er in g och för lu st a v ha bi ta t (b er oen de av lo ka lis er in g) Fr agm ent er in g K ollis io n me d få ge l elle r f la dd er m us (e nd as t v id o lä m plig lo ka lis er in g) L äckage f rån sl agg högar M et allf ör or en in ga r i m ar k o ch vat ten Gi ft fri m ilj ö St or sl ag en fj ällm ilj ö B ulle r V is ue llt in tr yc k B es vär av bul le r (e nd as t v id o lä m pl ig lo ka lis er in g) Is lo ss ni ng f rån vi ng ar O lycks ris k (e nd as t v id o lä m pl ig lo ka lis er in g) L eva nde sj öa r oc h va tt end ra g M yllr an de vå tm ar ke r Figur 2. Landb aserad vind kraft - primära koppl in gar till deLi vscyk el fa se r S tr essor e r M iljö in d ik a to r M iljö m å l Pr o d u kt io n a v rå m a te ri a l sa m t til lv e rk n in g • U tv inni ng : b ry tn ing oc h m ar ka nvä nd ni ng (e x. gru vd ri ft ) • B ea rb etn in g a v m ate ria l (s tå l, a rm er in gs jä rn , cem en t, b et on g, gl as /k ol -f ibe r, al um in iu m , ko pp ar , po ly es te r, e po xy , tä ck fä rg ) In sta lla tio n • E v. mu dd ri ng v id ka be lne ds po ln in g oc h gr av ita tio ns fu nd am en t • E v. p åln in g f ör m ono pi le -oc h fa ck ve rk sfu nd am en t • M od if ie rin g a v bo tte n Dr if t o ch un d e rh å ll • Fund am en t oc h er os io ns -s ky dd på bo tte n • A ns pr åks ta ga nde a v ha vs yt a • R ote ra nd e vin gb la d • Un de rh ål l Ne d -mo n te ri n g • Åt er vi nn in g a v st ål , jä rn oc h kop pa r • B et on g oc h g la s/ ko lf ib er till d ep on i • Fu nd am en te t ta s b or t elle r lä m na s o ch tä ck as G ruv a/ br ot t F ys is kt hi nd er L eva nde skog ar E tt ri kt vä xt -oc h dju rli v F ragm ent er in g och fö rl us t a v ha bi ta t (b er oen de av lo ka lis er in g) Se d im ent sp ri d ni ng K ollis io n me d f åg el elle r f la d d er m us (e nd as t v id o lä m plig lo ka lis er in g) L äck ag e f rån sl ag ghögar M et allf ör or en in ga r i m ar k och vat te n G if tf ri m ilj ö St or sl ag en fj äl lm ilj ö F örä nd ra d f ör ek om st av f auna F is ker es tr ik ti oner U pp sla mn in g E xt rem a l ju d pul se r (o m på ln in g s ke r v id by gg na tio n) F örä nd ri ng a v bo tt ens tr uk tur /h abi tat (e nd as t n eg ativ t i sä rs ki ld a fa ll) S ka d lig t b ulle r Ha v i ba la ns oc h le va nde kus t oc h sk är gå rd In sk rä nkni ng av yr kes fi ske Figur 3. Hav sba serad vind
kraft - primära kopplin
gar till de sve nska m ilj ömå len.
4 Solenergi
Solinstrålning står för det överlägset största förnybara energiflödet på jorden, med ett flöde motsvarande ungefär 5-10 000 gånger dagens globala energianvändning. Solinstrålningen kan användas för att både producera el eller för att generera vär-me. I Sverige är dock solinstrålningen lägre än på många andra platser på jorden på grund av Sveriges nordliga läge. Sverige mottar ungefär hälften så mycket solin-strålning som de länder där solinsolin-strålningen är som högst. Detta medför att det ställs högre krav på teknikerna som används för att de ska bli ekonomiskt konkur-renskraftiga. Det finns två huvudsakliga tekniker för att producera el med hjälp av solenergi. Den ena är solceller i vilka man fångar in de fotoner som utgör solstrål-ningen och omvandlar dessa till el. Den andra tekniken använder sig av speglar för att samla strålarna som därefter används för att producera en värmegradient som kan driva elgeneratorer eller Stirlingmotorer som i sin tur genererar el. Denna tek-nik är dock sannolikt inte möjlig att använda i Sverige på grund av den låga solin-strålningen.
Det andra användningsområdet för solenergi är generering av värme med hjälp av solfångare. Här kan energin exempelvis användas för att värma vatten till hushåll, med eller utan hjälp av en värmepump. Ur ett miljömässigt perspektiv är den störs-ta fördelen med solenergi att den inte ger upphov till några emissioner till luft der driftsfasen. Då alla kommersiella solenergitekniker producerar mer energi un-der sin livslängd än vad som krävs för att producera dem så blir nettoresultatet att
användning av solenergi minskar emissionerna.4 Solenergi medför emellertid
an-nan påverkan på miljön. Under tillverkning av solceller används material och till-verkningsprocesser som är energi- och resursintensiva. För solvärme finns det potentiella kopplingar till problem med vattenanvändning. All solenergi ger även upphov till miljöpåverkan kopplad till markanvändning såvida inte solinfångningen samlokaliseras med annan markanvändning t ex på andra byggnader.
Litteraturen kring solenergi kommer främst ifrån olika LCA-studier, såsom Müller m.fl. (2006), Sherwani m.fl. (2010) och Tsoutsos m.fl. (2005). I följande avsnitt beskrivs de tre olika teknikerna nämnda ovan; elproduktion med hjälp av solceller och generering av värme med solfångare, i mer detalj ur ett livscykelperspektiv samt vilken inverkan dessa tekniker kan ha på de svenska miljömålen.
4.1
El från solceller
Produktionen av elektricitet med hjälp av solceller i Sverige är idag förhållandevis liten och motsvarar idag mindre än 0,1 procent av den totala elproduktionen.
4 Energi-återbetalningstiden för energin (eng. energy pay-back time) ligger mellan ett till tre år
Andelen el från sol är således alltför liten för att rapporteras i den svenska statisti-ken. I solceller utnyttjar man de inkommande fotonerna från solinstrålningen och samlar upp dem med hjälp av lämpliga material. Den energi de innehåller används sedan för att skapa en laddningsseparation i en halvledare, där resultatet är fria elektroner. Den huvudsakliga strukturen hos en solcell kan delas upp i en modul och en ställning på vilken modulen monteras. Det går att dela upp kategorin solcel-ler i fsolcel-lera olika grupper. Här kategoriseras solcelsolcel-lerna baserat på vilken halvledare som används, kisel eller andra halvledare. Inom båda dessa kategorier finns ytterli-gare många underkategorier men dessa hanteras inte i mer detalj här då deras in-verkan på miljön är snarlik.
Kiselbaserade solceller består av en solid dopad halvledarkristall med kisel som bas och produceras därför huvudsakligen av en mycket ren kisel som framställs från kiseldioxid i en energikrävande process (Tsoutsos m.fl. 2005, Sherwani m.fl. 2010). Utöver kisel används även ett flertal sällsynta material såsom koppar, silver och dopningsmaterial som är nödvändiga för att solcellen ska fungera optimalt. Liksom för kisel är produktionen av dessa material energiintensiv. För koppar och silver gäller även att malmbrytning och metallproduktion kan ge upphov till ut-släpp i form av lakvatten från slagghögar innehållande metaller (Naturvårdsverket 2009). Vid produktionen av solceller används även lösningsmedel. Om dessa sol-celler produceras i moderna fabriker kan avfall praktiskt taget undvikas (Müller m.fl. 2006), men så är inte fallet varken på en global skala eller generellt. För att montera solceller krävs vanligtvis en ställning som produceras av stål eller alumi-nium. Liksom för koppar och silver genererar malmbrytning och metallproduktion för dessa metaller emissioner exempelvis från slagghögar.
Den vanligaste icke-kiselbaserade solcellstekniken är tunnfilmssolceller. Denna teknik utnyttjar en aktiv cell som appliceras på en tunn film bestående av ett plast-substrat. Två vanliga exempel på sådana solceller är CIGS (eng. Cadmium Indium
Gallium Selenide) och CdTe, där Cd står för kadmium och Te för tellur.
Tunn-filmssolcellerna består huvudsakligen av plast som täcks med lager av halvledande metaller eller halvmetaller såsom kadmium, indium, gallium och tellur. Dessa me-taller eller halvmeme-taller är relativt ovanliga och potentiellt toxiska. Som för kiselba-serade solceller ger brytning och produktion av metaller upphov till miljöpåverkan. Vid produktion av tunnfilmssolceller krävs även plast, som i sin tur påverkar mil-jön när den tillverkas. På många sätt är produktionen av kiselbaserade solceller lik produktionen av tunnfilmssolceller, varvid miljöpåverkan blir snarlik. Dock är tunnfilmssolcellerna lättare än de kiselbaserade solcellerna och kräver därför mind-re material både i modul och till ställningen. På så sätt blir miljöpåverkan för tunn-filmssolcellerna i produktionsfasen mindre, men tunntunn-filmssolcellerna har en lägre effektivitet och producerar på så sätt mindre el under sin livstid än de kiselbaserade solcellerna. Sett över hela solcellernas livstid så tas därför den minskade miljöpå-verkan på grund av mindre materialåtgång ut av den lägre effektiviteten.
Vid installation av solceller tas yta i anspråk. Dock kan sådan yta vara lokaliserad på tak eller väggar av byggnader, vilket ger en minimal påverkan på markanvänd-ningen. För större centraliserade solenergikraftverk kan outnyttjad mark användas för att minimera påverkan på annan markanvändning. Under drift består det huvud-sakliga underhållet av rengöring, vilket enligt LCA-studierna inte har någon större miljöpåverkan. Är dock solcellerna placerade på en avlägsen plats kan transporter till och från platsen bidra till emissioner av koldioxid, kvävedioxid, svaveldioxid och partiklar. Dessa kategoriseras här som energiemissioner och är därför inte in-kluderade i figuren. Ytterligare miljöpåverkan under drift från tunnfilmssolceller är läckage av toxiska ämnen från själva solcellen. LCA-studier har dock visat att dessa läckage är begränsade (Alsema m.fl. 2006). Inverkan på miljön från demon-tering av solceller är idag relativt okänd. Möjligheten finns att enbart byta ut solcel-lerna när de är utslitna. På så sätt behöver inte ställningarna produceras igen. Då tillgången på flera av de material som idag används i solceller är begränsad är det viktigt att återvinna dem. Därför antas emissioner från energi för återvinning vara den huvudsakliga stressorn som genereras under nedmonteringsfasen (Müller m.fl. 2006). Återvinning av materialen i solcellerna tros kunna ske utan att dessa toxiska emissioner genereras (Fthenakis och Wang 2005).
4.2
Värme från solfångare
Utöver att producera el används solenergi för att generera värme. Med hjälp av solfångare som kan installeras på tak och liknande samlas värme in från solen som används för att exempelvis värma vatten. Idag har Sverige en installerad kapacitet motsvarande 202 MW (ESTIF 2009) vilket motsvarar en större andel av den totala värmeproduktionen i Sverige än vad solcellernas produktion motsvarar inom el-produktionen.
Produktionen av solfångare och deras stöd är väldigt lik den för solceller med den största skillnaden att det i solfångarna används vanligt förekommande material såsom glas, stål och plast. Då temperaturerna som utrustningen utsätts för är låg behövs inte material som är särskilt värmetåliga. Mindre risker kan existera under driftsfasen vid läckage av antifrysvätska, vilken är nödvändig då solfångare an-vänds i kalla klimat. För att kunna utnyttja värme vid låga temperaturer kan en värmepump kopplas till systemet. För miljöpåverkan från värmepumpar, se avsnit-tet om värmepumpar. Nedmontering och återvinning av solfångare är relativt en-kelt då det redan existerar infrastruktur för hantering och återvinning av stål, alu-minium och glas.
4.3
Kopplingar till miljömålen –
sammanfattning
Vid utvinning av råmaterial sker för samtliga solenergitekniker miljöpåverkan, främst på miljömålen Levande skogar och Storslagen fjällmiljö. Man kan förvänta
negativ påverkan på miljömålet Giftfri miljö på grund av lakning från slagghögar vid gruvdrift och bearbetning av material. Dessutom kan antifrysvätska, vilken krävs i solfångare i Sveriges kalla klimat och som sällan omhändertas utan blandas med dagvattnet påverka samma miljömål. Utöver detta kan det ske visst läckage av toxiska ämnen från solceller. Se Figur 4-6.
L
iv
sc
yk
el
fa
se
r
S
tre
ss
o
re
r
M
iljö
in
d
ik
a
to
r
M
iljö
m
å
l
Pr o d u kt io n a v rå m a te ri a l sa m t til lv e rk n in g • U tvi nni ng /br yt ni ng oc h m ar k an vä ndn ing ( ex . gr uv dr if t) • B ear b et n in g av m at er ial (s tå l, a lu m in iu m , k is el, gl as , ko ppa r, si lve r, m. m. ) In st a lla tio n • G ru n d lä ggn ing sa rbe te Dr ift o ch u n d er hå ll • Un de rh ål l • V is ue llt in tr y ck (f ö rs um ba rt) Ne d -mo n te ri n g • Å ter v in n in g av s tå l, silv er o ch k op pa r • Fö rb rä nn in g a v s ili ci um • Fu nd am en tet t as b or t elle r lä m n as o ch tä ck as G ruv a/ br ot t Lev an de sk og ar F ra gm ent er ing oc h fö rl us t av habi ta t (b er o en d e a v lo ka lis er in g) P art ik la r i l uf t S la ggh ög ar ( lä ck ag e) Me ta llf öro re ni ng ar i jo rd och vat ten G if tf ri m ilj ö U ts lä pp av fl yk ti ga or ga ni ska ä m ne n H äl sof ar liga kem is ka pr od uk ter F öro re na d e o m rå d en L äck ag e av k em is ka äm ne n G run dv at te n av g od kv al ite t Fr is k lu ft St or sl ag en fj ällm ilj ö Figur 4. Ki sel ba serade sol cel ler - prim ära koppli ngar till de sv en ska mil jömå lenLi
vscyk
el
fa
se
r
S
tr
essor
e
r
M
ilj
ö
indi
kat
or
M
ilj
ö
m
å
l
P rodu kt ion a v rå m a te ri a l sa m t tillv e rk n in g • U tvi nn ing /b ry tni ng oc h m ar ka nvä nd ni ng (e x. gr uv dr if t) • B ea rb etn in g a v m ate ria l (s tå l, a lu m in iu m , k op pa r, si lv er , in di um , k ad m iu m , te llu ri um , g alliu m , p la st) In sta lla tio n • G run dl äg gn in gs ar be te Dr ift o ch u n der hål l • Un de rh ål l • V is ue llt in tr yc k (f ör su m ba rt) N ed-mo n te rin g • Å te rv in nin g a v m eta lle r oc h p la st • Fu nd am en te t ta s bo rt el ler läm nas o ch tä ck as G ru va /br ot t L ev and e s kog ar Fr is k lu ft F ra gm ent er ing oc h fö rl us t a v ha bi ta t (b er oe nd e a v lo ka lis er in g) L äck age f rån sl aggh öga r Me ta llf öro re ni ng ar i jor d oc h va tt en G if tf ri m ilj ö L äck ag e av lö sn in gs me d el U ts lä pp a v fl ykt ig a or ga ni sk a ä m ne n H äl so fa rl iga ke m is ka pr od ukt er F öro re na d e o m rå d en L äckag e a v ke m is ka äm nen St or sl ag en fj ällm ilj ö Figur 5. Primär a kopplingar mell an tunnfilmss olc eller - primära k oppl ingar till de svenska miljöm ålen.L
iv
sc
yk
elf
as
e
r
S
tr
e
ss
o
re
r
M
iljö
in
d
ik
a
to
r
M
iljö
m
å
l
P rodu kt io n av råm at er ial sa m t til lv e rk n in g • U tvi nn ing /b ry tn in g oc h m ar ka nv ändn in g (g ruvdr ift e tc .) • B ea rb etn in g a v m ate ria l (s tå l, a lu m in iu m , g la s, be tong ) In sta lla tio n • G rundl äg gni ng sa rb et e Dr ift o ch u n de rhål l • Un de rh ål l • V is ue llt i ntr yc k (fö rs um ba rt) Ne d -mo n te ri n g • Å te rvi nn in g a v s tå l, alu m in iu m , g la s • Fu nda m en te t t as bo rt elle r lä m na s o ch tä ck as G ruv a/ br ot t L eva nd e sk og ar F ra gm ent er ing oc h för lus t a v ha bi ta t (b er oe nd e a v lo ka lis er in g) S lag gh ög ar ( läck ag e) M et al lf ör or eni nga r i jor d oc h va tt en G if tf ri m ilj ö H äl so far lig a k em is ka pr od uk te r F öro re na d e o m rå d en A nt if rys vä ts ka (l äck ag e k an u nd vi kas ) St or sl ag en fj ällm ilj ö Figur 6. So lfångare - primära koppl
ingar till de s
5 Värmepumpar
Med en värmepump kan värmeenergi utvinnas från ett omgivande medium med relativt låga temperaturer, för att sedan användas för uppvärmning av bostäder och varmvatten. Exempel är jordvärmepumpar, bergvärmepumpar, sjö- eller havs-värmepumpar och lufthavs-värmepumpar. Ofta benämns berg- och jordvärme som geo-termisk energi, rent av i den vetenskapliga litteraturen (exempelvis Lund m.fl. 2005). Det är dock egentligen inte korrekt för fallet Sverige eftersom värmen i jorden och berggrunden till största del ursprungligen kommer från solen och inte från jordens inre. I Sverige är den egentliga geotermiska energin, som alltså inte utreds här, mycket begränsad då det inte finns några geotermiska områden som
håller en tillräckligt hög temperatur (>150 °C).5 Det går även teoretiskt att
genere-ra el från egentlig geotermisk energi, men då krävs återigen källor som håller en temperatur på över 150 °C (Lund 2007). Således berörs alltså inte egentlig geoter-miske energi här, utan värmepumpar som hämtar sin värme från omgivande medi-er.
Globalt sett utgör värme från värmepumpar en stor outnyttjad energiresurs. Berg-, jord-, vatten- och luftvärmepumpar har snabbt blivit vanligt och år 2005 hade upp-skattningsvis 275 000 hushåll värmepumpar installerade som sammanlagt genere-rade ungefär 7 900 GWh, vilket utgör ungefär 10 procent av den energi som an-vänds i Sverige för uppvärmning och varmvatten (Lund m.fl. 2005, Energimyndig-heten 2008). Vid tillfället för den här studien tillhörde Sverige de länder i världen som genererade mest energi för uppvärmningssyften baserat på värmepumpar. Utöver användning av värmepumpar för uppvärmning av enskilda hushåll finns även ett antal fjärrvärmesystem i Sverige som delvis utnyttjar värmepumpar.
Den huvudsakliga litteraturen som använts här består av artiklar som sammanfattar ett flertal studier om värmeutvinning med värmepumpar och som övergripande beskriver på global samt nationell nivå hur potentialen och dagsläget ser ut för värmepumpar (Lund m.fl. 2005, Lund 2006, Lund 2007, World Energy Council 2004). Huvudsakligen har litteratur skriven av John W. Lund använts, då han är en av de ledande forskarna inom området samt är den som gett upphov till majoriteten av de artiklar som övergripande beskriver den geotermiska energins tillämpning. Den bild som World Energy Council (2004) ger överensstämmer dock väl med den bild som Lund förmedlar. I dessa artiklar konstateras det att småskalig tillämpning generellt enbart ger upphov till mindre störningar i miljön.
5 I Sverige utnyttjas idag egentlig geotermisk energi på mycket få platser, exempelvis i Lunds
fjärrvär-menät och står där för ca 25 procent av energitillförseln och huvudsakligen går till uppvärmning av hushåll.
Det finns vissa skillnader mellan berg-, grundvatten-, luft-, och ytjordvärme, men principiellt fungerar de tre systemen likadant (Lund 2007). Vatten som pumpas genom kollektorrör, eller hålrum i fallet bergvärme, värms av det omgivande
medi-et.6 Vattnet leds till en värmeväxlare i vilken värmen förs över till en sluten krets
innehållande ett värmemedium som förångas vid låga temperaturer. Värmen från värmemediet kan sedan överföras direkt till den omgivande luften eller till ett vat-tenburet värmesystem. För att driva värmepumpen krävs el. En värmefaktor på 3,5 är vanligt för en värmepump, det vill säga att 1 kWh ingående el till värmepumpen avger ungefär 3,5 kWh värme (Lund m.fl. 2005). Bergvärme utnyttjar djupt borra-de hål där vatten cirkuleras i en sluten krets (Lund 2007). Grundvattenvärme ut-nyttjar två djupt borrade brunnar där grundvatten pumpas upp från en brunn som får passera via värmeväxlaren varvid det återförs till grundvattnet via den andra brunnen. Ytjordvärme utnyttjar precis som bergvärmen ett slutet system. Skillna-den är dock att kollektorrören grävs ner så att de täcker en större area på ett grunt djup istället för ett större djup på en liten area. För luftvärme passerar luften vär-memediet som värms upp.
Utvinning av råvaror för produktion av värmeväxlare, pump och kollektorrör kan ge upphov till utsläpp av stressorer. För värmeväxlaren och pumpen är det främst malm- och metallproduktion som kan ge upphov till utsläpp i form av lakvatten från slagghögar innehållande metaller (Naturvårdsverket 2009). Förutom utsläpp till luft och vatten kan gruvdrift för metallutvinning även ge upphov till undan-trängning av biotoper när land tas i anspråk för gruvdriften. Då kollektorrören vanligtvis består av plast, exempelvis PVC, frigörs även stressorer från oljeutvin-ning och plastproduktion (Sevenster 2008). Exempel på sådana stressorer är flyktiga organiska ämnen, svavelväte och vinylklorid som avges till luft (Sevenster 2008). Vid installation av berg-, jord- och grundvattenvärme kan borrning och schaktning orsaka undanträngning av biotoper (Lund 2006). Dock sker denna typ av borrning och schaktning oftast på redan exploaterad mark, såsom villatomter och liknande, vilket medför att miljöpåverkan från blir begränsad. Under användningsfasen och nedmonteringsfasen finns det risk för läckage av värmemedium från värmeväxlaren. Vanligtvis används kolväten, hydrofluorerade kolväten eller blandningar av dessa då de är flyktiga och förångas vid låga tempe-raturer (Zhao m.fl. 2003).
5.1
Kopplingar till miljömålen –
sammanfattning
De olika teknikerna som används för utvinning av värme är tekniskt snarlika och ger upphov till liknande miljöpåverkan. Jämfört med konventionella energisystem
6 I fallet luftvärmepump är det luft som värmer värmemediet och inte vatten, men i övrigt är systemen
