berget som termiskt energilager

GLOBAL UPPVÄRMNING
Prof. Bo Nordell
Förnyelsebar energi
Arkitektur och infrastruktur
Luleå tekniska universitet
Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Global uppvärmning
• Den globala uppvärmningen är ett vetenskapligt faktum
• Startade ca 1880 och 1999 var temperaturhöjningen ca 0,7oC
dvs 0,7/120 ≈ 0,006oC per år
• Orsaken omtvistad – tre förklaringar
– Växthuseffekten
– Variationer i solinstrålningen
– Termiska föroreningar
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Orsaker till global uppvärmning
• Växthusförklaringen innebär att atmosfärens ökande
CO2- halt höjer Jordens temperatur.
• Variationer i solens instrålning - ännu inget starkt fotfäste
• Termiska föroreningar – en koldioxidfri förklaring
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Global uppvärmning = termisk förorening?
• En varm sommardag i Tokyo höjs lufttemperaturen 3oC pga
luftkonditionering (heat islands).
• Mänsklig aktivitet i Tokyo motsvarar ca 140 W/m2
• Motsvarande för Stockholm är ca 70 W/m2.
• Utslaget på Sveriges yta är värmeutsläppet 0.15 W/m2, dvs ca
3 ggr större än det geotermiska värmeflödet.
ÄR DETTA GLOBAL UPPVÄRMNING?
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Principen är enkel……
”Släpper man ut värme i ett rum blir det varmare”
- detta gäller även för det stora globala rummet…
- principen är inte kontroversiell utan självklar..
- kritikerna menar dock att denna värmemängd är försumbar..
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Global and Planetary Change
Vol. 38. Issue 3-4. 305-312
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Miljöaktuellt. nov 2003
NK, 14 feb 2007
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Nyhetsinslag i radions P1 den 12 sep 2006
med Rickard Lundin, Miljöminister Lena Sommestad
Professor Rickard Lundin (Svenska Institutet för Rymdfysik) ang. ”växthuseffekten”
”Det är ingen liten skara forskare som är av annan åsikt. Problemet är vilka som
rätteligen skall betraktas som "klimatforskare". Glaciologer, hydrologer, solforskare,
paleo-klimatologer, planetologer, och rymdvetenskapare hamnar utanför kategorin.
Långa tidsserier av glaciologer och paleoklimatologer ger en helt annan bild än den
gängse mediadebatten.
Skulle aldrig ha ställt upp i en debatt som denna om det inte vore för att jag har mitt
på det torra och jag genom åren upplevt så mycken rädsla hos många forskare. Man
hukar sig för att inte riskera sina ev. framtida forskningsanslag. De som inte ställer in
sig i ledet och hyllar gängse uppfattningar hamnar lätt utan finansiering. Deras
forskning betraktas som intressant, men ändå ovidkommande i sammanhanget”.
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Globala medeltemperaturer (i luft)
15.0
9.4
8.9
8.4
7.9
Temperature (oC)
17.0
9.9
1880
MEDEL
HAVSYTA
Temperature (oC)
Temperature (oC)
MARKYTA
16.5
16.0
15.5
1960
2000
1880
14.0
13.5
13.0
15.0
1920
14.5
1920
1960
2000
1880
1920
Global medeltemperatur över mark, hav, och globalt medel
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
1960
2000
Jordens energibalans
Reflekterande strålning
428 W/m2 (107 W/m2)
Solinstrålning (kortvågig)
1368 W/m2 (342 W/m2)
(100 %)
(30 %)
(70 %)
940 W/m2 (235 W/m2)
Utgående långvågig strålning
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Jordens energibalans över en längre tidsperiod
Nettovärmeutstrålning
(Geotermisk energi, mm.)
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Jordens energibalans över en längre tidsperiod
Te= Jordens effektiva
medeltemperatur (-18.8oC)
Nettovärmeutstrålning
(Geotermisk energi. mm.)
Ts = Jordytans medeltemperatur
• År 1880: 13.6oC
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
”Global” energibalans
Utgående strålning = lampans effekt
En 25 W lampa medför en
viss konstant temperatur
på globens yta
Två 25 W lampor ger en
högre temperatur
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Jordens energibalans
All solenergi som når Jorden återstrålas till rymden
Jorden får inget nettovärmetillskott från Solen
Energibalansen för Jorden år 1880 (medeltemperatur = 13.6oC)
Nettovärmeutflödet = geotermiska energi från Jordens inre
Energibalansen för Jorden år 1999 (medeltemperatur = 14.3oC)
Nettovärmeutflödet är större än den geotermiska energin
Det måste ha tillkommit en ny nettovärmekälla
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Jordens nettovärmekällor
Termodynamikens lagar säger oss att:
– Energi kan inte skapas eller förstöras utan bara omvandlas
– All använd energi (el, olja, etc.) blir slutligen till värme
• Användning förnyelsebar energi medför inget värmetillskott
till Jorden, eftersom denna energi redan finns här
• Användning av fossila bränslen + kärnkraft = värmetillskott
• Detta värmetillskott måste leda till global uppvärmning!
Frågan är bara i vilken grad dvs. har detta någon betydelse?
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Jordens nettovärmekällor
Naturlig nettovärme
• Geotermisk
energi
• Vulkanutbrott
• Jordbävningar
• Meteoritnedfall
Icke-naturlig nettovärme
Energiförbrukning
- Kol, Olja, Gas
- Kärnkraft
- Biobränsle > tillväxt
• Kärnvapentester,
bomber
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Värmeutsläpp från kärnkraftverk
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Jordens nettovärmekällor (utslaget över hela jordytan)
Termisk förorening
Naturlig värme
Geotermiskt värmeflöde
Global energiförbrukning (fossilt + kärnkraft)
All nettovärme
0.068 W/m2
0.020 W/m2
0.088 W/m2
Jorden var i jämvikt år 1880
- nettoutstrålning = geotermiskt värmeflöde (0.068 W/m2 )
Jorden åter i jämvikt då
- nettoutstrålning = all nettovärme (0.088 W/m2)
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Jordens utstrålning
Lagring av solvärme eller spillvärme
Utstrålning:
• År 1880 = geotermiskt värmeflöde
• År 1999 = geotermiskt värmeflödet + ca 1/3 av våra värmeutsläpp
dvs 2/3 av värmeutsläppen blir kvar på Jorden !!!
Temperaturen måste därför öka tills dess att Jordens temperatur
blir så hög att all nettovärme strålar ut.
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Global uppvärmning (i luft ovanför land och hav)
Temperature (oC)
Today
Future
3.9
4
3
1.9
2
1
2.5
1.2
0.5
0.7
0
Ocean
Land
Mean
Global temperaturökning, idag och i framtiden
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Sammanfattning
Innan den globala uppvärmningen (~1880)
 Medeltemperatur = 13.6oC
 Nettoutstrålning = geotermiskt värmeflöde (naturlig
nettovärme)
Sedan 1880 har fossila bränslen och kärnkraft tillkommit:
 Icke naturliga nettovärmeutsläpp
 Jordens medeltemperatur har ökat till 14.3oC.
 År 1999: Nettoutstrålning = geotermiskt värmeflöde + 1/3
av våra termiska föroreningar
 FRAMTIDEN: Jordens temperatur måste öka ytterligare
1.8oC för att åter komma i termisk balans.
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Global uppvärmning = Global energilagring
Temperaturen är ett dåligt mått på global uppvärmning.
Genom att betrakta den i energitermer kan dess omfattning
beräknas, kvantifieras, och förstås.
Vatten
Global uppvärmning
Mark
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Luft
Global värmelagring dvs. global uppvärmning, 1880 – 1999
1014.kWh %
Värmelagring:
 Mark (uppvärmning)
23,9
31,5
 Luft (uppvärmning)
5,0
6,6
 Hav (uppvärmning)
21,6
28,5
 Smältning av landis
16,8
22,2
 Smältning av havsis
8,5
11,2
TOTALT
33.4%
75,8 100,0
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
31.5%
28.5%
6.6%
Mark
Luft
Hav
Smältning av is
Globala värmeutsläpp, 1880 - 1999
Värmekälla:
1014.kWh
%
34,7
83,6
 Vulkanutbrott2
3,9
9,5
 Jordbävningar2
2,7
6,5
 Meteoritnedslag
-
-
 Kärnvapentester
0,1
0,2
 Krig
0,1
0,2
 Energianvändning1
TOTALT
41,5 100,0
Energianvändning
Vulkaner
Jordbävningar
Övrigt
Endast kommersiell energianvändning, fossilt + kärnkraft
2/ Endast riktigt stora jordbävningar och vulkanutbrott
1/
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Global värmelagring – globala värmeutsläpp, 1880-1999
1014 kWh
%
Global värmelagring
 Luft, mark och vatten
75,8 100,0
Globala värmeutsläpp
 Nettovärme
41,5
54,7
 Saknad värme
34,3
45,3
TOTALT
45%
75,8 100.0
55%
Värmeutsläpp
Saknad värme
- Detta betyder att 55% av den globala uppvärmningen beror på värmeutsläpp
- Varifrån kommer den saknade värmen? Icke-kommersiell energianvändning?
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Exempel på icke-kommersiell energianvändning
•
•
•
•
•
•
Fackling av gas
Bränder i kolgruvor
Torvbränder
Olja för annat än energi (t.ex. plasttillverkning)
Vedeldning> tillväxten
Det finns högst sannolikt ytterligare nettovärmekällor!!
En fransk student vid LTU hjälper mig f.n. att uppskatta världens
icke-kommersiella energianvändning.
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Gasfackling
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Var förekommer gasfackling?
Europe: 3 bcm
CIS: 15-60 bcm
Middle East: 30 bcm
North America:
12-17 bcm
Africa: > 45 bcm
Central and
South America:
10 bcm
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Asia: 7-20 bcm
Gasfackling
•
•
•
•
•
•
•
Ca 20 länder står för 85% av facklingen
Praxis i tidig oljeproduktion – ingen gasmarknad
Afrikas gasfackling motsvarar 50% dess energianvändning
Problemets omfattning - Världsbanken ger ut The News Flare
Saudiarabien - 38 miljard m3 (1980) till 0,12 miljard m3 (2004)
Global fackling 1980-2000 (2200 miljard m3) = 0.3.1014 kWh
Facklingen har minskat kraftigt under senare år
Värmeutsläpp: ca 1014 kWh sedan 1880 (B. Gervet).
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Bränder i kolgruvor och kolfält
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Bränder i kolgruvor och kolfält
•
•
•
•
100-tals kolbränder pågår runt om i världen
Underjordsbränder - svåra att lokalisera och släcka
Några av de äldsta och största finns i Kina, USA, och Indien
Den första branden i Indien startade för snart 100 år sedan
– har nu spritt sig till 70 kolgruvor
• I Kina brinner varje år 200 million ton kol
– motsvarar ca 20% av USAs årliga kolförbrukning
• Dessa värden tycks emellertid vara starkt överdrivna.
Värmeutsläpp: ca 1014 kWh sedan 1880 (B. Gervet).
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Torvbränder
• Torvbränder kan också brinna under århundraden
• 1997 motsvarade CO2-utsläppen från torvbränder bara i
Indonesien 40% av all global fossil förbränning
• Fler än 100 torvbränder i Kalimantan and East Sumatra fortsätter
att brinna sedan 1997
• Utan närmare studier är slutsatsen att dessa bränder bidrar med
nettovärme på samma sätt som gasfackling och kolbränder.
Grov uppskattning: ca 5.1014 kWh sedan 1880?
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Ytterligare värmekällor
• Olja för plasttillverkning finns inte med i kommersiell energi
Då plasten förr eller senare eldas frigörs värme.
• Även eldning av förnyelsebara värmekällor bidrar om de förbrukas
i högre takt än de återbildas.
– Om det finns mindre skogsmassa idag än 1880 har även detta
medfört ett nettovärmetillskott till Jorden
– 200 km2 har avskogats varje dag sedan år 2000 (minskning
mot åren innan)
– 15% mindre skog sedan 1880 motsvarar 10.1014 kWh
Uppskattat värmeutsläpp: ca 10.1014kWh sedan 1880?
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Slutsatser
Slice 9
0%
Saknad
värme
22%
45%
55%
Värmeutsläpp
Saknad värme
Värmeutsläpp från kommersiell
energi förklarar 55% av den
globala uppvärmningen
Värmeutsläpp
55%
Alt.olja
1%
Skog
13%
Torv
7%
Kol
1%
Gas
1%
Värmeutsläpp från kommersiell +
icke-kommersiell energi förklarar
78% av uppvärmningen ??
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007
Vad gör vi nu då?
Minska CO2 -utsläpp?
Lagra CO2 under mark?
Bygga ut kärnkraften?
Kraftverk i rymden?
?
NEJ !
Alla dessa åtgärder minskar CO2-utsläppen men minskar
inte utsläppen av värme! Kärnkraft och rymdkraft
resulterar båda i nettovärmeproduktion!
Den enda framkomliga vägen är effektivare energianvändning samt att utnyttja förnyelsebar energi.
Förnyelsebar energi stör inte Jordens energibalans.
Bo Nordell, Kulturens hus, Luleå den 27 mars 2007