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Lead authors: Edgar Hertwich, Thomas Gibon, Sangwon Suh, Jacqueline Aloisi de Larderel, Joe Bergesen

Green Energy Choices

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Page 1: Green Energy Choices

Lead authors:Edgar Hertwich, Thomas Gibon, Sangwon Suh,Jacqueline Aloisi de Larderel, Joe Bergesen

Page 2: Green Energy Choices

Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Background

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

IPCC: A near‐complete shift to low‐carbon energy sources is required for any stabilization target

2.6°C 2.2°C 1.9°C 1.6°C

Importance of electricity increases

Source: IPCC AR5 (2014)

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Challenge

Which technologies for electricity generation can reduce both GHG emissions and avoid impacts on human health and ecosystems?

Source: IEA Energy Technology Perspectives 2015 

4

 0

 10

 20

 30

 40

 50

 60

2012 2020 2030 2040 2050

GtCO2

Technologies Renewables 30%CCS 13%Power generation efficiency and fuel switching 1%End‐use fuel switching 10%End‐use fuel and electricity efficiency 38%Nuclear 8%

Baseline emissions 56 Gt

BLUE Map emissions 14 Gt

Renewables 30%

CCS 13%

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

What are environmental, health and resource use implications of a massive expansion of low‐carbon electricity?

5

©Richie Chan/Shutterstock

A 5MW offshore wind turbine requires 1200 tons of steel

350 000 such wind turbines would be required to provide 12%

electricity in 2050. 

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

What are environmental, health and resource use implications of a massive expansion of low‐carbon electricity?

6

© Ranglen/Shutterstock

3.2 million premature deaths from particulate matter.

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production7

• Coal and gas with and without CO2 capture and storage (CCS), 

• Photovoltaic power, • Concentrated solar power, 

• Hydropower, • Geothermal,• Wind power.

Nine electricitytechnologies

• Damage on ecosystems• ecotoxicity,• eutrophication,• acidification…

• Damage on human health• particulate matter,• human toxicity…

• Resource use• iron, copper, aluminium, cement,

• energy, water and land

Impactcategories

• Extraction of rawmaterials,

• Fuel supply chain,• Production of powerplants,

• Transportation• Operation,• Maintenance,• Decommissioning.

Life cycleperspective

Assessment Approach and Method

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Results

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Human Health(DALY/TWh)

Ecosystems(species‐year/TWh)

9

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Supercritical Offshore,gravity

foundation

Offshore,steel

foundation

Onshore

Coal Wind

Human toxicityIonising radiationParticulate matterSummer smog

0

10

20

30

40

50

60

70

Supercritical Offshore,gravity

foundation

Offshore,steel

foundation

Onshore

Coal Wind

freshwater ecotoxicityfreshwater eutrophicationmarine ecotoxicityterrestrial acidificationterrestrial ecotoxicity

Wind power

Excluding effects of climate change and land use

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Wind power

•Very low GHG emissions (++)

Climate change

•Reduced exposure to particulate matter(++)•Reduced human toxicity (‐‐)

Human Health

•Collision fatalities of birds and bats  (+=)•Reduced ecotoxicity and eutrophication (=‐)

Ecosystems

• Increased consumption of bulk metals ( +=)• Low water use (==)• Low direct land use (==)

Resources

Key (##)First symbol(+) high agreement among studies  (=) moderate agreement  (‐) low agreementSecond symbol(+) robust evidence (many studies)  (=) medium evidence  (‐) limited evidence

10

©Jeff Adkins

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Low‐impact projects:• Good wind conditions• Limit bird and bat collision

fatalities• Recycling

Wind power

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©Jeff Adkins

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Human Health(DALY*/TWh)

Ecosystems(species‐year/TWh)

12

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500S

uper

criti

cal w

CC

S

Sup

ercr

itica

l

IGC

C w

ith C

CS

IGC

C

Nat

ural

gas

w C

CS

Nat

ural

gas

Coal Natural gas

Human toxicityIonising radiationParticulate matterSummer smog

0

10

20

30

40

50

60

70

Sup

ercr

itica

l w C

CS

Sup

ercr

itica

l

IGC

C w

ith C

CS

IGC

C

Nat

ural

gas

w C

CS

Nat

ural

gas

Coal Natural gas

freshwater ecotoxicityfreshwater eutrophicationmarine ecotoxicityterrestrial acidificationterrestrial ecotoxicity

Coal and natural gas power, with CO2 capture and storage

Excluding effects of climate change and land use

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Coal and natural gas power, with CO2 capture and storage

• Low GHG (++)• Substantial fugitive methane emissions (==)• Concern about CO2 leakage (‐=)

Climate

• Solvent related emissions (==)• High particulate matter (==)• High human toxicity (=‐)

Human health

• High eutrophication (mining, ++)• Ecotoxicity (+=)

Ecosystem health

• Increased fossil fuel consumption (++)• Limited CO2 storage (++)

Resources

Key (##)First symbol(+) high agreement among studies  (=) moderate agreement  (‐) low agreementSecond symbol(+) robust evidence (many studies)  (=) medium evidence  (‐) limited evidence

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©Reuters

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Low‐impact projects:• Reduced emissions infuel production andtransport

• Geology• Sourcing

Coal and natural gas power, with CO2 capture and storage

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©Reuters

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Technology Comparison

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Human Health ImpactDALY/TWh

400

300

200

100

0

Comparative Human Health Impacts

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

60

40

20

0

Damage to ecosystemsSpecies-year/1000 TWh

Comparative Ecological Impacts

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Green  Energy  Choices  The Benefits, Risks and Trade‐offs of Low‐Carbon Technologies for Electricity Production

Impacts from electricity generation under IEA Blue Map vsbusiness as usual scenarios

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