I den globale energirangliste er der ét land, der skiller sig ud. Kina er verdens mest sultne energiforbruger på verdensplan – og efterspurgte sidste år den energimæssige modværdi af næsten 3,3 milliarder ton olie. Siden 2011 har landet forbrændt mere kul end alle andre lande tilsammen. Og dets afhængighed af dette fossile brændsel er meget stor: Kina udleder omkring en fjerdedel af verdens drivhusgasser, hvilket er den største andel af alle lande.

Men disse tal er kun en del af historien: Kina er også verdens mest produktive producent af vindenergi og har kapacitet til at producere mere end dobbelt så meget som den næststørste producent, USA. Og landet har omkring en tredjedel af verdens solcelleproduktionskapacitet og byggede sidste år flere anlæg end noget andet land.

Den hurtige vækst i befolkning og økonomi gennem årtier, kombineret med en enorm fremstillingsindustri og masseindvandring til gadebelyst, centralt opvarmede byer, har gjort Kina til en strømsultne nation. I erkendelse af denne hunger og den skade, som en langsigtet afhængighed af fossile brændstoffer ville have, har den kinesiske regering udarbejdet planer for at imødekomme landets energibehov. Og videnskab og teknologi – inden for områder som batteriteknologier, solceller og energistyring – er kernen i disse planer.

Et fald i nettoenergiefterspørgslen er ikke en del af politikken, selv om Kinas energimix skifter. Ifølge energiselskabet BP tegnede Kina sig i 2018 for 24 % af det globale energiforbrug. Firmaet anslår, at Kina i 2040 stadig vil ligge øverst på listen og tegne sig for 22 % af det globale forbrug.

Landet har foretaget massive investeringer i vedvarende energi og deponerede 0,9 % af sit bruttonationalprodukt (BNP) i sektoren i 2015 – det tredjehøjeste beløb på verdensplan efter Chile og Sydafrika, som hver investerede 1,4 % af BNP. Alligevel er kun 23 % af den energi, som Kina bruger, fra “rene” kilder (herunder naturgas), mens næsten 58 % var fra kul i 2019 – den mest forurenende af de muligheder, der stadig anvendes i stor skala på verdensplan. (En stor del af resten af Kinas energi kommer fra olie og fra atomkraft.)

Aktion mod forurening

Afbrændingen af kul og andre ikke-fornyelige energikilder for at tilfredsstille landets hunger efter energi er blevet et synligt problem, hvor store byer som Beijing ofte er indhyllet i en tyk smog. Luftforureningen blev så slem i dele af Kina i 2013, at medierne døbte det en luftpokalypse, hvor borgerne måtte udholde partikelniveauer på op til 30 gange det niveau, der anses for sikkert af Verdenssundhedsorganisationen. Og på trods af indsatsen for at bekæmpe problemet er 48 kinesiske byer stadig blandt de 100 mest forurenede byer i verden.

Disse forureningsniveauer har tvunget til yderligere tiltag. I december 2016 introducerede den kinesiske regering en udviklingsplan for vedvarende energi som et supplement til den overordnede 13. femårsplan for social og økonomisk udvikling, der dækker perioden 2016-20, og som var blevet offentliggjort tidligere samme år. Den indeholdt en forpligtelse til at øge andelen af landets forbrug af vedvarende energi og ikke-fossile brændstoffer til 20 % inden 2030. Dette løfte, lovede premierminister Li Keqiang, ville slå hårdt ned på de fælles problemer med luft- og vandforurening, der skyldes landets afhængighed af kul.

“Udvikling af billig sol- og vindenergi til erstatning for fossil energi er blevet Kinas centrale energistrategi for at reducere luftforureningen”, siger Hong Li, der er forsker og arbejder med lithiumbatterier med faststofbatterier på Key Laboratory for Renewable Energy i Beijing, der er en del af det kinesiske videnskabsakademis Institut for Fysik. Hong Li, der er involveret i udviklingen af landsdækkende planer for nye energiteknologier, påpeger også, at niveauet af elektricitet fra vedvarende energikilder – som varierer med mængden af sol eller vind – kan være mindre ensartet end niveauet fra fossilt drevne kraftværker.

“Det er sværere at integrere sol- og vindkraft i elnettet” end at inkludere kulbaseret elektricitet, siger Hong Li. Vedvarende energi er “mindre pålidelig, og det kan gøre nettet ustabilt uden avancerede kontrolsystemer på plads”.

For eksempel blev mere end 30 % af den vedvarende energi, der blev produceret i de solrige og blæsende provinser Xinjiang og Gansu i det nordvestlige Kina i 2017, aldrig brugt. Det skyldtes, at den ikke kunne leveres derhen, hvor der var brug for den: de tætbefolkede megabyer i det østlige Kina, såsom Shanghai og Beijing, tusindvis af kilometer væk (se “Mindre energispild”).

Det er et dilemma, der har fået den kinesiske regering til at investere milliarder af dollars i højspændingsledninger for at overføre strøm, der produceres i solrige, blæsende områder, til hele det store Kina. Dette omfatter en 22,6 milliarder yuan (3,2 milliarder USD) lang 1.600 kilometer lang linje fra Qinghai i det vestlige Kina, som blev afsluttet i maj. Den løber gennem Gansu hele vejen til Henan-provinsen i midten af landet.

En anden måde at sikre, at vedvarende energi er tilgængelig, når der er behov for det, er at øge kapaciteten til at lagre den. Dette kan opnås ved hjælp af teknologier som batterier, vandkraft med pumpelagring og termisk lagring, siger Yuki Yu, grundlægger af konsulentfirmaet Energy Iceberg for ren energi i Hongkong.

“Batterier kan lagre overskydende strøm og frigive den senere. Embedsmænd og forskere i Kina er begyndt at indse konsekvenserne af dette for stabilisering af vores elnet,” siger Xianfeng Li, der leder afdelingen for energilagring på Dalian Institute of Chemical Physics (DICP).

I 2017 udgav Kina sit første nationale politikdokument om energilagring, som understregede behovet for at udvikle billigere og mere sikre batterier, der kan rumme mere energi, for yderligere at øge landets evne til at lagre den strøm, det producerer (se “Kinas batteri boost”). Teknologierne omfatter lithium-ion-batterier – den type, der anvendes i elbiler – og stationære batterisystemer i stor skala integreret med vind- og solenergi.

Politikerne har i deres planer gjort det klart, at landets videnskabsfolk og ingeniører skal udvikle mere effektive energilagringsteknologier for at nå disse mål (se “Vækst i grøn forskning”).

Energilagring i praksis

Byen Dalian i Liaoning-provinsen i det nordøstlige Kina har en befolkning på omkring syv millioner mennesker og er et testområde for Xianfeng Li’s arbejde. Vintertemperaturerne der kan falde til -20 °C, hvilket sætter byens elnet under pres for at levere pludselige intense strømstød, når beboerne skruer op for varmen, siger han.

For at hjælpe med at imødekomme dette behov planlægger Rongke Power, et selskab, der blev udskilt fra DICP, at åbne et energilagringsanlæg på 400 megawatttimer (MWh) i Dalian i år. Det er den første fase i et projekt, der skal give et 800 MWh-anlæg i 2023, og der vil blive anvendt vanadiumflowbatterier – enorme genopladelige enheder, der lagrer flydende elektrolyt i massive tanke. Den endelige kapacitet skulle kunne dække ca. 0,5 % af det samlede strømbehov i Liaoning, hvor Dalian er den næststørste by.

Xianfeng Li siger, at projektet vil kunne bidrage med en uafbrydelig strømforsyning til byen og samtidig lagre og regulere forsyningen af energi til nettet for hele provinsen, som får 16,2 % af sin strøm fra vedvarende energikilder. Der er stor forskel på, hvor stor en del af provinsernes energi der kommer fra vedvarende energikilder: f.eks. er det 2,7 % i den sydkinesiske provins Jiangsu, men 30,1 % i det solrige, tyndt befolkede Indre Mongoliet. Blandt Liaonings naboer får Jilin 8 % af sin energi fra ikke-fossile brændstoffer og Hebei 9,1 %.

Vanadiumflowbatterier af den type, som Xianfeng Li afprøver i Dalian, har nogle fordele i forhold til standard lithium-ion-batterier til storstilede anvendelser som f.eks. netkraft: Da vanadiumelektrolytten opbevares i en tank, kan den opskaleres meget billigere end diskrete lithium-ion-batterier. Vanadiumbatterier er også mindre tilbøjelige til at bryde i brand og har omkring ti gange så lang levetid som lithium-ion-batterier.

Xianfeng Li siger, at han i de seneste år har oplevet en kraftig stigning i finansieringen af hans arbejde med vanadiumflow-batterier samt interesse fra virksomheder i at indgå partnerskaber med hans team. Han siger, at DICP i øjeblikket arbejder sammen med omkring 30 virksomheder, der er blevet udskilt fra instituttet.

“Virksomhederne er nu interesserede i at udvikle denne teknologi, fordi de ved, at regeringen fokuserer på den, og derfor føler de sig trygge ved at investere”, siger han.

Yu siger, at lokale regeringer nu gerne vil støtte virksomheder i at bygge batterilagringsanlæg. “På et tidspunkt, hvor de politiske beslutningstagere leder efter nye måder at stimulere væksten i deres regioner på, ser batterifabrikationsindustrien meget lovende ud, så regeringerne er motiveret til at fremme denne type investeringer.”

Drivkraft for forandring

Femårsplanen for 2016-20 understregede også behovet for, at forskerne fortsætter med at udvikle batteriteknologien, så elbiler kan køre længere på én opladning. Den bedst sælgende elbil i Kina, Tesla Model 3, har en rækkevidde på ca. 400 km (de fleste moderne elbiler har en rækkevidde på 160-600 km).

“Udvikling af elbiler er en anden vigtig strategi til at reducere forureningen, især når den elektricitet kommer fra ren energi. Derfor er vi nødt til at udvikle batteriteknologi til elbiler”, siger Hong Li, som siger, at han har bemærket en stigning i forskningsfinansieringen til energilagring, elbiler og andre teknologier i Kina i 2012. Han påpeger dog, at landet stadig halter ind på den grundlæggende videnskab om energilagring sammenlignet med førende laboratorier i USA og Europa, som udmærker sig ved at forstå grundlæggende kemi og materialevidenskab. På trods af dette, siger han, er Kina mere aktiv med hensyn til at anvende denne viden til at skabe innovation inden for avancerede batterisystemer. Og omfanget af landets forskningsmiljø, fra universiteter til industrihold, har hjulpet videnskabsfolk i Kina til at nå frem til en omfattende forståelse af, hvordan man udvikler materialer og anordninger til den virkelige verden.

Fremtidsplanlægning

Kina har nogle af de billigste elpriser i den udviklede verden (se “Elpriserne falder”). Omkostningerne fastsættes af de lokale regeringer og godkendes af energibureauet i den nationale udviklings- og reformkommission, som fører tilsyn med den makroøkonomiske politik. Priserne holdes lave for at stimulere den økonomiske vækst.

Men på trods af denne indsats er landet begyndt at udfase nogle tilskud til rene brændstoffer: For eksempel vil det stoppe tilskuddene til vindmøller på land efter i år. Kinas ledere håber, at vedvarende energikilder vil blive økonomisk konkurrencedygtige i forhold til fossile brændstoffer i den nærmeste fremtid. Svaret ligger i at udvikle en stærkere infrastruktur til energilagring.

Hong Li er rådgiver i Kinas nationale planlægningskomité for udvikling af energilagring. Sammen med ingeniører og politiske beslutningstagere arbejder komitéen på en femårig forsknings- og udviklingsplan, som vil begynde næste år. Den vil bl.a. tilskynde forskere til at udvikle energilagringsteknologier til elnettet, som er i sig selv mere sikre, billigere og har en længere levetid.

Solkraftforsker Xianglei Liu fra School of Energy and Power Engineering ved Nanjing University of Aeronautics and Astronautics siger, at der er midler til rådighed for forskere på hans område til at forbedre Kinas produktion af ren energi. “Regeringens ambitiøse mål om at anvende mere ren energi betyder, at der er masser af finansiering”, siger Liu.

For eksempel vandt Liu sidste år et tilskud på 1,3 millioner yuan fra National Natural Science Foundation of China, landets største tilskudsyder, til at forbedre varmelagringskapaciteten i materialer, der anvendes i solvarmeværker, som genererer strøm fra solens varme i stedet for fra dens lys, som solcellepaneler gør. Det femårige projekt omfatter ca. 40 forskere fra 6 akademiske institutter i hele Kina. Liu har også for nylig indledt et samarbejde med virksomheden Nanjing Jinhe Energy Materials om at udvikle et materiale, der har stor energilagringstæthed og høj termisk ledningsevne.

Yi Jin, direktør for forskning og udvikling hos Nanjing Jinhe Energy Materials, siger, at fordi regeringen har planer om at reducere støtten til virksomheder inden for vedvarende energi, er de virksomheder, der driver grønne kraftværker, ivrige efter at købe eller investere i teknologi, der kan øge deres produktion og mindske produktionsomkostningerne.

“Vores teknologi forbedrer stabiliteten af vedvarende energi og reducerer dermed omkostningerne for kraftværkerne ved at gøre dem mere effektive”, siger Jin.

Overordnet set er Hong Li optimistisk med hensyn til, at regeringens investeringer og videnskabelige fremskridt vil sejre. “Så længe vi udvikler de rigtige politikker og teknologier til støtte for dem”, siger han, “kan vi gradvist reducere vores afhængighed af kul.”