Doktorsvörn í vélaverkfræði - Marta Rós Karlsdóttir

Vörninni verður streymt

Doktorsefni: Marta Rós Karlsdóttir

Heiti ritgerðar: Nýting háhita til orkuframleiðslu í ljósi loftslags- og orkustefnu ESB – Umhverfisáhrif lífsferils og frumorkuþörf (High-temperature geothermal energy utilization in the context of EU climate and energy policy - life cycle environmental impacts and primary energy demand)

Andmælendur:
Dr. Peter Bayer, prófessor við Martin Luther University of Halle-Wittenberg, Þýskalandi
Dr. Maria Laura Parisi, aðstoðarprófessor við líftækni-, efnafræði- og lyfjafræðideild
Háskólans í Siena, Italíu

Leiðbeinandi: Dr. Ólafur Pétur Pálsson, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands

Einnig í doktorsnefnd: Dr. Halldór Pálsson, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands
Dr. Jukka Heinonen, prófessor við Umhverfis- og byggingarverkfræðideild Háskóla Íslands

Doktorsvörn stýrir: Dr. Rúnar Unnþórsson, prófessor og deildarforseti Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideildar Háskóla Íslands

Ágrip

Framleiðsla raforku með jarðhita telur minna en 0,5% af rafmagnsþörf heimsins. Sökum þessa er jarðhitanýting oft undanskilin í stefnumótun og rannsóknum á orkukerfum. Þær rannsóknir sem til eru um nýtingarmöguleika og umhverfisáhrif jarðhita á heimsvísu benda til þess að nýting hans, þar sem jarðfræðilegar og efnahagslegar forsendur eru til staðar, geti stuðlað að því að minnka losun frá orkuframleiðslu og aukið hlut endurnýjanlegra orkugjafa á kostnað jarðefnaeldsneytis. Þó eru til dæmi þess að nýting jarðhita valdi sams konar losun og nýting jarðefnaeldsneytis til orkuframleiðslu, sem undirstrikar mikilvægis þess að rétt skilyrði séu fyrir hendi við nýtingu slíkra auðlinda. Losun gróðurhúsalofttegunda fylgir einkum nýtingu háhita, þar sem jarðhitavökvi er um 150°C eða heitari á 1 km dýpi.

Í ný-uppfærðri orkustefnu Evrópusambandsins (ESB) eru sett fram markmið um orku- og loftslagsmál. Þau eru birt sem hluti af hreinorkupakkanum (e. „clean energy for all” package) og ná til ársins 2030. Þau eiga einkum að leiða til minnkunar á losun gróðurhúsalofttegunda, auka hlut endurnýjanlegra orkugjafa og minnka orkunotkun með bættri orkunýtingu innan ESB. Þessari rannsókn er ætlað að svara hvernig og hvort núgildandi markmið orkustefnu ESB ýta undir frekari jarðhitanýtingu í Evrópu. Rannsóknin notar aðferðir vistferilsgreiningar (e. Life cycle assessment (LCA)) til þess að reikna út frumorkunýtni og kolefnisspor háhitanýtingar til samanburðar við markmiðin. Rannsóknin er byggð á raundæmi um slíka nýtingu, nánar tiltekið Hellisheiðarvirkjun, sem er hátækni-jarðvarmavirkjun sem framleiðir bæði rafmagn og varma til húshitunar. Beiting vistferilsgreiningar gefur heildrænar niðurstöður fyrir ýmis umhverfisáhrif virkjunarinnar, þar með talið kolefnisspor framleiðslunnar og frumorkukræfni hennar, sem eru lykilstærðir í markmiðum orkustefnu ESB. Hluti af rannsókninni fólst í því að safna saman ítarlegu gagnasetti fyrir mismunandi hluta lífsferils virkjunarinnar (e. Life cycle inventory (LCI)), þar sem slík gögn voru ekki til reiðu fyrir háhitavirkjanir í áður útgefnum rannsóknum eða gagnasettum. Jafnframt voru skoðaðar mismunandi aðferðir til að skipta umhverfisáhrifum milli raforku- og varmaframleiðslunnar (e. Allocation methods) til þess að meta áhrif þeirra á kolefnisspor og frumorkukræfni beggja framleiðsluvara.

Niðurstöðurnar sýna að kolefnisspor háhitanýtingar getur verið sambærilegt við kolefnisspor annarra endurnýjanlegra orkugjafa, þegar aðferðum lífsferilsgreiningar er beitt við útreikningana. Þar með getur jarðhiti gegnt mikilvægu hlutverki samhliða öðrum endurnýjanlegum orkugjöfum í framtíðar-orkukerfum á heimsvísu til að verjast loftslagsvánni. Hins vegar er varmanýtni slíkra virkjana lág þegar kemur að rafmagnsframleiðslu, sem gerir það að verkum að háhitanýting nær ekki að uppfylla markmið ESB um aukna orkunýtni og minni frumorkunotkun. Ef horft yrði til frumorkunotkunar af óendurnýjanlegum uppruna (e. non-renewable primary energy demand) eingöngu myndi jarðhitanýting koma afar vel út í samanburði við aðra orkugjafa. Niðurstöður rannsóknarinnar sýna einnig fram á að losun brennisteinsvetnis (H2S) er álagspunktur í vistferilsgreiningunni þegar þær eru bornar saman við umhverfisáhrif annarra orkulausna. Losun H2S telst því ein helsta aukaverkun háhitanýtingar og getur hún valdið áhrifum á súrnun (e. Acidification potential) og eitrunaráhrifum á mannfólk (e. Human toxicity potential). Komast má hjá slíkum áhrifum með notkun hreinsunarbúnaðar. Ljóst er af niðurstöðunum að núverandi framsetning orkustefnu ESB og markmiða henni tengdri styðja ekki nægjanlega vel við uppbyggingu jarðhitanýtingar í Evrópu.

Um doktorsefnið

Marta Rós Karlsdóttir er fædd árið 1982. Hún lauk BS-prófi í vélaverkfræði frá Háskóla Íslands (HÍ) árið 2007, en hluta námsins tók hún við Norwegian University of Science and Technology (NTNU) í Noregi. Hún lauk MS-prófi í vélaverkfræði með áherslu á jarðhitanýtingu frá Háskóla Íslands árið 2008. Samhliða doktorsnámi hefur hún starfað sem forstöðumaður auðlinda hjá Orku náttúrunnar, sinnt stundakennslu við Háskóla Íslands og verið gestafyrirlesari um vistferilsgreiningu, orkumál og jarðhita, á háskólastigi. Foreldrar Mörtu Rósar eru Gunnjóna Jensdóttir hjúkrunarfræðingur og Karl Laxdal Snorrason verkfræðingur. Marta Rós er gift Björgvini Lúther Sigurðarsyni matreiðslumanni og búa þau ásamt börnum sínum í Reykjavík.