drivhus effekten

ENERGI OG KLIMA
- OG LIDT KEMI HER OG DER
Mads P. Sulbaek Andersen
Kemisk Institut, Københavns Universitet,
mpsa@chem.ku.dk
1
Inden vi går igang




Hvem er jeg?
Hvad laver vi hos os på KU?
Hvordan gør vi det?
Hvad bliver man når man har studeret der?
2
2
Hvem er jeg? (background and training)









1976, Født, gift og har 2 børn på hhv. 3 år og 11 måneder.
1994, Begyndte at læse kemi (og H. Design Studies) på SDU.
2001, Tager til Ford Motor Company via KU.
2002, Færdig som kandidat og læste videre (PhD) på KU.
2002-04, på Ford Motor Company, Michigan.
2005-06, på NASA Ames, California.
2006-09, på University of California.
2010-12, på Jet Propulsion Laboratory.
2013, Lektor på Kemisk Institut på KU.
Ford
Research
& Atmospheric
Advanced Engineering
NASA
Ames,
Dept. of
Chemistry
NASA
Jet
Propulsion
Laboratory Science
Branch
Dearborn
Moffett
Airfield-Institute
-Michigan
California
University
of
California
- Irvine
California
of Technology
3
Hvad laver vi?
Atmosfærekemisk forskning
Undersøgelser af kemiske processer i
laboratoriet, i felten og ved hjælp af
modeller for at opnå en bedre forståelse
af processer i atmosfæren og af
atmosfærens sammensætning.

Kan føre til en bedre kvantificering
af miljøpåvirkninger
4
Hvordan?
Atmospheric degradation of HFC-134a
CF3CFH2
OH.
H2O
CF3CFH.
O2
HO2
CF3CFHOOH
OH
h
NO2
CF3CFHOONO2
CF3CFHO2
Decomp/h
NO2
NO
CF3CFHO
h
FCOx
O2
CF3O2
NO
NO2
NO
FOx
h
FNO
O3
FNO2
NO
aq
h
CF3COOH
O2
CF3C(O)O2
NO
NO2
CF3C(O)O
CF3C(O)O2NO2
CF3O
RH
CF3COF
CF3C(O)
CF3
h
O2
HO2
HCOF
aq
h
R
CF3OH
HF+C(O)F2
5
Hvad bliver man når man har studeret der?
Ansættelse
2%
6%
12%
40%
den private sektor
offentlige institutioner
gymnasiet
20%
universiteter og andre læreanstalter
udlandet
10%
10%
andet/ukendt
ledige
6
Disposition
1. Energi
1.Hvad bliver energien brugt til?
2.Hvor meget energi skal der bruges i fremtiden?
3.Hvor kommer energien fra?
4.Hvad koster energi (olie)?
2. Klimaændringer
1.Solen og jorden
2.Ændrer det globale klima sig ?
3.Øges koncentrationen af drivhusgasser ?
4.Fremtidigt klima?
3. Er det noget vi skal gøre noget ved?
Plan A og B?
4. Konklusioner og diskussioner.
7
1. Hvad bliver energien brugt til?
Energy lost in
generation and
transmission
27%
37%
Commercial
buildings: HVAC,
lighting, water
Industry:
Agriculture,
mining,
manufacture,
construction
5%
11%
20%
Residential buildings:
HVAC, lighting and
appliances
Transportation
8
1. Hvor meget energi skal vi bruge i fremtiden?
IPCC 1992
1990: 12 TW 2030: 25 TW = 790 EJ
9
1 bnboe = 6.12 EJ
1.Energiforbrug per sektor
765 EJ
10
10
1. Hvor kommer energien fra – nu og i
fremtiden ? Hvad er fossilt brændsel egentlig?
1 toe = 42 GJ
Omdannet og lagret CO2
714 EJ
Danmarks Nordsø olie og gas?
11
2. Hvilke miljøeffekter (5) har
afbrænding af fossilt brændsel?
1.
2.
3.
4.
5.
Dannelse af CO2 (GHG) – problem?
Dannelse af NOx – problem?
Dannelse af små partikler – problem?
Støj
Lugt
12
2. Drivhus-effekten
Solens totale udstråling=Es=σTs4 4πRs2
Jordens ”totale indstråling”=Fs=Es/4πd2= σTs4Rs2/d2 (W m-2)
Jorden absorberer = Fs πRE2 (1-A) / 4πRE2= Fs(1-A)/4
Jorden udstråler = σTE4 = Fs(1-A)/4 => TE = 254K = -19C !?!?
13
2. Drivhus effekten – naturlig og menneskabt
Natural greenhouse effect, recognized by Fourier in 1824, raises the average
surface temperature by approx. 34oC (from –19oC to 15oC). Powerful effect!
Drivhuseffekten er et etableret faktum.
14
2. Drivhus effekten – naturlig og menneskabt
Hvordan kan balancen ændres?
Sol/Jord
Albedoen (partikler og skyer, vulkaner)
Tilbagestrålingen: Drivhusgasser (GHG)
Feedbacks?
Is der smelter
Vand
Planter
Opvarmning af oceanerne ………
Hurtige og langsomme feedbacks
“Positive” (forstærker)
“Negative” (dæmper)
15
2. Ændrer klimaet sig ? Hvad er Klima?
0.7oC
16
1998 det varmeste år i
sidste årtusind
1990s den varmeste
dekade i sidste
årtusind
Red = termometre, blå = proxy data (træringe, koraller, iskerner,
historiske data), grå = usikkerheder
Sort = 40 år glidende gennemsnit
17
Klima og atmosfærekemi - Hvad skal vi tro på?
a)
Ændrer det globale klima sig ?
JA – Og det har det altid gjort men ….
b)
c)
Øges koncentrationen af drivhusgasser ?
a) Er det kun CO2 der betyder noget?
d)
Er der en menneskelig indflydelse på klimaet ?
e)
Hvordan vil det fremtidige klima blive ?
f)
Er det noget vi skal bekymre os om ?
a)
Hvad skal/kan vi gøre? Plan A og plan B….
18
CO2 kurven (Keeling curve)
Før 1957?
Note: (i) seasonal variation, (ii) six month phase difference between hemispheres, (iii) amplitude largest in NH
(more plants), (iv) consistent long term trend (increasing by 1-2 ppm yr-1), (v) SH values slightly (2-3 ppm) lower
(most emissions in NH, approx 18 month interhemispheric mixing time).
19
20
20
Is
– tværsnit af den Grønlandske iskappe
Accumulation zone
2,000 a
10,000 a
Ablation zone
100,000 a
21
-360 I
II
III
IV
V
VI
VII
19
20
18
17
16
15.5
15.1
13.3
14
13.1
12
11
10
9
8
7.5
7.1
7.3
6
5.5
3
1
2
Temperatur, CO2, CH4, N2O tilbage i tiden
IX
VIII
D [‰]
-380
-400
-420
300
270
240
210
180
800
700
600
500
400
300
280
260
240
220
0
50
100
150
200
250
300 350 400 450 500 550
AGE [1000 years before 1950]
From Thomas Blunier at Centre for Ice and Climate, University of Copenhagen
600
650
700
750
N2O [ppbv]
CH4 [ppbv]
-460
CO2 [ppmv]
-440
800
22
3. Øges drivhusgassernes koncentration ?
23
23
Hvad er en drivhus-gas ?
1.
2.
3.
4.
En gas der absorberer
infrarød stråling
En gas der
lever længe nok i
atmosfæren
Der skal være en vis
mængde for at der er en
effect
CO2, CH4, halogenerede gasser
(freoner), N2O, O3 …H2O ?
24
CO2
CH4
N 2O
25
Fossilt brændsel og klimaændringer
1.
Ændrer det globale klima sig ?
JA – Og det har det altid gjort men ….
2.
Øges koncentrationen af drivhusgasser ? JA
Er det kun CO2 der betyder noget? NEJ
3.
Er der en menneskelig indflydelse på klimaet ?
4.
Hvordan vil det fremtidige klima blive ?
5.
Er det noget vi skal bekymre os om ?
Hvad skal/kan vi gøre? Plan A og plan B….
26
Man kan regne ud hvad ændringen i strålingbalancen har været siden 1750
IPCC AR5 2013
27
Fossilt brændsel og klimaændringer

Hvad ved vi helt sikkert?
1. Der er en naturlig drivhuseffekt som varmer jorden 33oC.
2. Vi forstår klimavariationerne 1000000 år tilbage i tiden.
3. Vi kender den menneskeskabte koncentrationsstigning
af drivhus-gasser i atmosfæren.
4. Vi ved at virkningen af denne stigning er en ændring i
strålingsbalancen 2.21-3.79 W/m2 (2013).

Hvad ved vi ikke så sikkert?
1. Hvordan man kommer fra ændring i strålingsbalancen til
ændring i klima (temperatur/nedbør mm…)? ΔT = λ . ΔF
2. Aerosolers (partiklernes) virkning?
3. Den samlede effekt – vi må bruge modeller
28
Globale Klima Modeller
29
Hvor gode er disse modeller ?
Kun naturlige variationer =
Intern dynamik
Alle modeller når samme konklusion:
Det er kun muligt at modellere de
observerede ændringer hvis
menneskeskabte effekter
inkluderes (drivhusgasser, partikler,
ændringer i brug af landjorden).
Alt inkluderet
IPCC AR5 2013
30
Hvordan vil det fremtidige klima blive ?
Future Temperature
Virkningerne vil kunne mærkes indenfor de
næste ~10 år. Der vil kunne tjenes (og
tabes) mange penge.
2013
31
Hvordan vil det fremtidige klima blive?
DK
Ikke jævnt fordelt
Sandsynligvis meget forskelligt fra det vi kender idag
32
Hvordan vil det fremtidige klima blive?
33
Hvordan vil det fremtidige klima blive?
Hvad skal vi gøre ved det ?
34
34
Tipping Point Definitions
1. Tipping Level
- Climate forcing (greenhouse gas amount)
reaches a point such that no additional
forcing is required for large climate
change and impacts
2. Point of No Return
- Climate system reaches a point with
unstoppable irreversible climate impacts
(irreversible on a practical time scale)
Example: disintegration of large ice sheet
35
35
5
Recent emissions
0
Hvordan
går det i forhold til IPCC scenarier?
1850
1900
1950
2000
2050
50-year
constant
growth rates
CO2 Emissions (GtC y-1)
10
9
8
7
Actual emissions: CDIAC
Actual emissions: EIA
450ppm stabilisation
650ppm stabilisation
A1FI
A1B
A1T
A2
B1
B2
2006
2005
to 2050
B1
1.1%,
A1B
1.7%,
A2
1.8%
A1FI 2.4%
Observed
6
2000-2006
3.3%
5
1990
2100
1995
2000
2005
2010
Raupach et al. 2007, PNAS
36
Hvordan går det i forhold til IPCC scenarier?
IPCC AR5 2013
37
Vi ved hvad vi skal gøre – plan A?




Kun bruge kul når vi kan “opbevare” CO2
Gemme olie og gas til transport
Tage CO2 ud af atmosfæren ved landbrug mm
Bruge så meget vedvarende energi som muligt




Bruge energien så effektivt som muligt
Vi skal lære at bruge den indkommende energi bedre


Vind, sol, bølger, biomasse, (kernekraft)
CCS = Carbon Capture and Storage
Jorden bliver ramt af 10000 gange mere energi end vi
bruger
HVAD ER MÅLET?
38
Public confusion about the urgency of
reductions in greenhouse gas
emissions results from a basic
misconception.
39
J. D. Sterman, Science 322, 532 (2008)
40
3.Hvad kræver plan A?

Kræver stabile regeringer som er korrekt og fuldt
teknisk informerede
Uddannelse
 Gøre det mest kost-effektive først ?????


Erhvervslivet skal kende prisen på carbon
Gennemsigtig simpel mekanisme også med hensyn til
hvordan overskuddet skal bruges
 Der skal tages hensyn til udviklingslandene


Universiteter og andre forskningsinstitutioner må
forholde sig til vigtigheden af energiforskning
41
3.Gøre det mest udgifts-effektive først ?
McKinsey Curves
Hvorfor gør vi det ikke?
42
Hvorfor reducerer vi ikke bare emissionerne?
United Nations
Framework Convention on Climate
Change
“Aim is to stabilize greenhouse gas
emissions… (…)…at a level that would
prevent dangerous anthropogenic
interference
with the climate system.”
43
Hvorfor reducerer vi ikke bare emissionerne?

Klima-truslen er diffus, kompleks, ubehagelig....






Energi er nøglen til økonomisk aktivitet
CO2 tidsskalaen passer ikke med politiske tidsskaler






F.eks. i forhold til konventionel luftforurening, O3…
Et par kolde år
Økonomiske kriser
Uforudsete udgifter (f.eks.: Irak, tsunamier…….)
Energiinfrastrukturer tager dekader at opbygge
CO2’s levetid i atmosfæren er 100-200 år
De kraftværker som planlægges nu - emitterer i 2050
Biler lever op til 20 år og bygninger over 100 år
Politisk tidsskala: 4-6 år, nyheds-tidsskala: 1 dag
Emissioner, økonomi og risikoopfattelser varierer meget globalt
44
3.Hvad er plan B for klimaændringer?






Verden må gøre sit bedste for at stabilisere [GHG]
Men “sikre” niveauer vil måske overskrides
CO2 kan skabe problemer i århundreder
Plan B vil afhænge af virkningerne
Adaption = tilpasning sker under alle omstændigheder
Geo-engineering som en sidste udvej


Albedo modifikation (på overfladen, i atmosfæren, i rummet)
Fjernelse af CO2 (biologisk……)
45
3.Kunstige træer
46
46
3. Plan C
Geo-engineering
47
4. Konklusioner
Hvad bliver energien brugt til?
37% industri, 20% transport, 16% bygninger, 27% tab
Hvor meget energi skal der bruges i fremtiden?
Fordobling i 2050
Hvor kommer energien fra?
Fossilt brændsel i lang tid endnu
Hvad skal vi gøre ved CO2 problemet?
Man kan gøre mange ting – plan A, B, og C
Hvad koster energi (olie)?
Det ved man aldrig – men den bliver nok dyrere
48
Skulle det her være let?
Hvorfor er miljø-kemi er vigtigt?
•
•
•
•
Jorden blev dannet for ca. 4.5 milliarder år siden.
Homo sapiens dukker op for ca. 200,000 år siden.
Vi er den ≈ 8,000. generation af vores race.
De første ≈ 7,600 generationer boede
i huler.
• 8. generation siden mekanisk
motorkraft afløste “heste kræfter”.
• 4. generation siden starten
af masse-produktion af biler.
• 1. generation der kæmper med
globale bæredygtigheds-problemer:
Ozonlagets nedbrydning,
global luft forurening, klima-forandringer
The stone age did not end for the lack of stone
And the oil age will end long before we run out of oil
Der vil være brug for masser af folk som ved noget om al den slags
SLUT – SPØRGSMÅL
50
www.Facebook.com/
kemiskinstitut
51