De värmer våra hem, driva kaffebryggaren och hålla fabrikerna som gör våra kläder igång. De fungerar som råvara för våra yoghurtkoppar, transportera oss till jobbet och ta med mat till butikerna. Fossila bränslen - olja, kol och naturgas - finns med oss ​​på alla områden i våra liv.

Kol, ett tätt packat fossilt bränsle, är en utmärkt energibärare. Nackdelen är att dess förbränning lagrar koldioxid, som påverkar klimatet. Och vid sidan av vår förbränning av fossila bränslen blåser vi upp kol, som hade bundits i marken under hundratals miljoner år, in i atmosfären.

Den ekologiska krisen tvingar oss att fråga om vi kan klara oss utan denna ödesdigra partner nu när den överskrider vår planets förmåga att klara sig.

"Naturligtvis klarar vi oss. Olika sektorer blir fossilfria i olika takt:först elektricitet, sedan värme och slutligen transport, ", räknar Aalto-universitetets biträdande professor Annukka Santasalo-Aarnio. Hon forskar om energilagring och omvandling, dvs processerna för att omvandla energi från en form till en annan.

"Men vi måste revolutionera hur vi producerar och förbrukar energi."

Fossilfritt Finland för att luta sig mot vindkraft

I Finland, mer än 40 procent av energin som används till el, värme, transport och industri genereras med fossila bränslen och torv. Det är klart att det inte kommer att vara enkelt att bryta detta band.

Den globala energiomställningen har ändå påbörjats och Finland kunde få den till ett segerrikt slut, forskningsprojektet Smart Energy Transition föreslår. En multidisciplinär grupp forskare har modellerat ett fossilfritt Finland i denna Aalto-ledda satsning.

Det finns ingen enda teknik, som ensam kunde ta plats för fossila bränslen. Istället, helheten kommer att bestå av strömmar, säger projektledaren, Professor Armi Temmes från Handelshögskolan.

Enligt de modeller som skapats av projektet, 95 procent av Finlands primärenergi skulle kunna genereras med hjälp av befintlig teknik baserad på vind, solenergi, biomassa och kärnkraft. Dessutom, fossilfria bränslen kommer att behövas för tunga transporter och industri, till exempel.

Utgångspunkten är att samhället elektrifieras med renproducerad kraft. För att detta ska hända, vind- och solenergikapacitet skulle behöva öka mer än tiofaldigt eftersom det inte längre är möjligt att öka det hållbara utnyttjandet av biomassa väsentligt, Temmes säger med hänvisning till projektets beräkningar.

I det kalla globala norr, den hungrigaste konsumenten av hushållsenergi är uppvärmning, och fjärrvärmesystem är betydande användare av kol och naturgas. Smart Energy Transition har modellerat hur en stad i storleken av Helsingfors skulle kunna hållas varm rent.

Modellen säger att fossila bränslen till stor del kan ersättas av vind- och soldrivna industri- och fastighetsspecifika värmepumpar som samlar värme från marken, vatten och spillvärmekällor som industri och byggnader. Reservkraft skulle tillhandahållas av ett biobränsledrivet kraftvärmeverk.

El och värme kommer att kopplas närmare i kölvattnet av energiomställningen, säger Temmes.

Decentralisera och erövra

Fossila bränslen har gjort mycket för att säkerställa att vår energiproduktion förblir stabil, centraliserad och hanterbar. Tillsätt bara mer bränsle till elden när el och värme behövs.

I ett decentraliserat system som lutar sig mot vind och solenergi, tillgången på el fluktuerar, nödvändiga metoder för att jämna ut obalanser i utbud och efterfrågan.

Vi har redan många effektiva energilagringsalternativ, som vattenkraft, värmelager och batteriteknik, och nya utvecklas hela tiden. Men förvaring är inget trollkarl, som kan göra förnybar energi stabil av sig själv, så vi måste också reglera förbrukningen av energi, Annukka Santasalo-Aarnio påpekar.

Detta innebär att, i framtiden, vi måste ägna mer uppmärksamhet åt hur vi förbrukar el. Det är här tekniken laddar till undsättning:intelligenta elnät och fastighetsautomation kommer att spela en viktig roll för att balansera utbud och efterfrågan.

Tätt samordnat lagspel kommer att dyka upp mellan energi och konstruktion. Byggnader kommer att ha egna solenergisystem och värmepumpar. De kommer att reglera sin egen konsumtion med, till exempel, smarta värmesystem och kommer att lagra energi i varmvattenkondensatorer och geotermiska värmebrunnar. Energieffektiv konstruktion förhindrar värmeförlust, säger Armi Temmes.

Växthusgaser återvinns och lagras

Vårt oljebaserade transportsystem är i behov av en grundlig översyn. Elbilar, kollektivtrafik och nya transporttjänster ger alternativ till att köra din egen bensin- eller dieselbil, men kan inte lösa problemet med tunga transporter och flygresor.

"Det är osannolikt att transporter kan övervinna sitt beroende av fossilbaserade flytande bränslen, eftersom kol är en oöverträffad energibärare. Det är, dock, en annan fråga om kol utvinns från fossila bränslen eller genom att återvinna den koldioxid som redan finns i atmosfären, " säger Annukka Santasalo-Aarnio.

Utvecklingen av fossilfria transportbränslen har tagit enorma steg framåt de senaste åren. Finlands Neste marknadsför nu förnybar diesel och flygfotogen som har upp till 90 procent färre utsläpp än traditionella bränslen och Santasalo-Aarnios forskargrupp är en del av Neste Digifuel-projektet som syftar till att utveckla förnybar petroleum.

"Tills vidare, alla nya bränslen måste fortfarande konkurrera med billig olja. "

Syntetiska bränslen, som kan tillverkas med förnybar energi och utan utsläpp med hjälp av väte som utvinns ur vatten och koldioxid från luft, anses vara nästa steg inom transportbränslen.

Ett flytande bränsle skulle vara kompatibelt med nuvarande motorteknologi och infrastruktur för bränsledistribution. Syntetiska bränslen är också en lovande lösning för ellagring och de kan ersätta olja som råvara för den kemiska industrin.

Dessa studeras av Santasalo-Aarnios grupp, för.

"Finsk industri är mycket intresserad av detta ämne just nu. Business Finland leder ett försök att bygga ett industriellt ekosystem där finska universitet och stora företag deltar."

Teknik är ett hjälpmedel, inte en lösning

Vi behöver hårt och akut alternativa sätt att värma hem, generera ren el för kaffebryggare och transportera människor och varor från plats till plats.

Att bedöma vår energiförbrukning är lika viktigt.

"Till att börja med, vi måste minska onödig konsumtion. Industrin och de transporter som dess leveranser orsakar är en av de största energifrossarna, "säger Annukka Santasalo-Aarnio.

Men ett rent energisystem kan inte byggas enbart med teknik, det kommer att kräva en större systemförändring, Armi Temmes noterar. Förändringar på marknaderna, affärsverksamhet, skatte- och subventioner samt affärsmodeller kommer att krävas.

"Till exempel, vi bör omedelbart börja demontera skattehinder som hindrar övergången till förnybar energi, säger Temmes.

Energiomställningen påverkar redan marknaderna synligt. Kostnaden för vindkraftsparker, solpaneler, batterier, värmepumpar och energibesparande teknik har minskat avsevärt. Nya typer av transporttjänster och intelligenta system för att reglera hushållens energiförbrukning är tillgängliga.

"Nya energilösningar kräver samarbete mellan många industrisektorer och en global skala. Å andra sidan, de erbjuder enorm affärspotential, " säger Santasalo-Aarnio.

Energiomställningen ger alla en möjlighet att ta farväl av fossila bränslen.

"Klimatångest är förknippat med en känsla av maktlöshet att förändra saker. Din egen solpanel eller värmepump ger en känsla av kontroll och ett konkret sätt att bidra till kampen mot klimatförändringar genom dina egna handlingar, "Säger Armi Temmes.