Slutet på oljeåldern

Transkript

1 Slutet på oljeåldern David Goodstein, Caltech USA California Institute of Technology Ursprungligen publicerad i CalTech News Vol. 38, No.2, 2004 Artikeln översatt av Olov Fahlander. och publiceras med tillstånd av författaren. Den är hämtad från ett föredrag som David Goodstein, Caltech s vice rektor och professor i fysik och tillämpad fysik, höll 29 April 2004, vid ett program med Institutets stödgrupp, the Caltech Associates. Goodstein s nya bok, "Slut på bensin: Slutet på oljeåldern" publicerades i februari på förlaget W. W. Norton. Den publiceras i svensk översättning med tillstånd från David Goodstein, Caltech Originalet till artikeln hittas på: På 1950-talet var det inte Saudiarabien utan USA som var världens största producent av olja. Det mesta av militärens och industrins väldighet växte fram ur den gigantiska oljeindustrin, och de flesta människor i oljeindustrin trodde att skördefesten skulle fortgå i evighet. Men det fanns en man som visste bättre. Han var oljeprospektör och geolog och hette Marion King Hubbert. Hubbert förstod att kurvan över oljeupptäckter i USA skulle bli den klassiska klockformade kurvan för åren mellan 1910 till 1970, graderad i miljarder fat per år (se fig. 1 i originalartikeln). Han insåg också att det skulle finnas en andra klockformad kurva, som representerar produktion eller konsumtion eller extraktion. Oljeindustrin föredrar att kalla det för produktion, men industrin producerar i verkligheten inte någon olja alls. Den visar emellertid takten med vilken vi använder upp oljan. Kanske kan man kalla det för försörjning.

2 Hubbert förstod att genom att använda vad man visste 1950 om historian kring upptäckter, tillsammans med vad som redan är känt om konsumtion och lite matematik, så borde han förutse den andra klockformade kurvan. Och det gjorde han (se figur 2). Den röda klockformade kurvan var det slags kurva han förutsåg. De svarta punkterna är verkliga historiska data, och den översta punkten är det som har blivit känt som Hubbert s Topp. Uppenbarligen, gjorde han något rätt. BP

3 Situationen för världen i stort, är lite mindre välbestämd. En tredje grafisk bild som publicerats av energikonsortiet BP, visar världens kända råolje-reserver (se figur 3, vänstra grafen). Mängden som vi har idag är en triljon fat olja. Därför kan industrifolk säga att vi har en triljon fat som bara ligger och väntar på att pumpas upp ur marken och vi använder upp det i en takt på omkring 25 miljarder fat om året, och därför har vi 40 år kvar Det är inget att oroa sig för. Men som Hubbert har visat, är det fel sätt att se på saken. BP Innan vi lämnar kurvan, vill jag peka på att ett plötsligt hopp på miljarder fat olja för OPEC (the Organization of the Petroleum Exporting Countries) reserver inträffar i slutet av 1980-talet (se figur 3, vänstra grafen). Men det fanns inga signifikanta upptäckter av olja i OPEC-länderna under den perioden. Det som hände var istället att OPEC ändrade sina kvoter för hur mycket varje land fick pumpa, baserat på vad de påstod att de hade i reserv, och politikerna upptäckte 400 miljarder fat olja utan att ens borra ett enda hål i marken! Detta hjälper oss att förstå hur oberoende dessa siffror är för verkligen bevisade olje-reserver i världen. Som vi kan se, följer kurvan den historiska utvecklingen för oljeupptäckter som har maximum kring Med andra ord, Hubbert s topp för olje-upptäckter kom och försvann för 40 år sedan.

4 Kurvan över oljeanvändning är som vi kan se en stigande kurva som kommer att bli en klockformad kurva så småningom. Lägg märke till att vi de sista 25 åren har använt olja snabbare än vad vi har gjort upptäckter. Världens reserver borde ha minskat under den tiden med omkring 200 miljarder fat. Istället, enligt vad vi sett har de ökat med 400 miljarder fat. I varje fall, bör det vara möjligt med så mycket information, att göra en förutsägelse liknande den som Hubbert gjorde för USA, när det gäller den världsomfattande oljeproduktionen. Ett sådant mått publicerades 1998 i Scientific American. Den förutsäger att vi kommer att ha ett maximum i oljeproduktionen för världen ungefär nu - kring mitten av tiotalet Det som kommer att hända efter att vi nått toppen vet vi inte riktigt säkert. Men vi hade en försmak 1973 och 1979 när OPEC-länderna drog fördel av försörjningsbristen i USA och ströp igen kranarna lite. Det som hände, om ni minns, var att vi fick en ögonblicklig panik och förtvivlan över framtiden för vår livsstil och kilometerlånga köer till bensinstationerna. Vi vet inte vad som kommer att hända vid nästa topp, men vi vet att de gångna topparna var konstgjorda och tillfälliga. Nästa topp kommer inte att vara konstgjord, och den kommer inte att vara tillfällig. Emellertid måste vi vara försiktiga när vi utvärderar den typen av förutsägelser. En avgörande storhet som ingår i detta med att göra en uppskattning, är att veta hur mycket olja Moder Natur ursprungligen tillverkat åt oss - dvs. hur mycket olja fanns i marken innan vi började pumpa upp det? Den uppskattning som Scientific American använde var 1.8 miljarder fat olja, en rimlig utgångspunkt. Idag ser det mer troligt ut att miljarder fat kan vara mer rättvisande. Det talet - den totala mängden olja som någonsin existerat - tenderar att växa med tiden av flera olika anledningar. För det första, har ny teknik och nya upptäckter exakt samma effekt - de gör oljan mer tillgänglig. För det andra, när oljan blir mer sällsynt och priset stiger, blir mer olja tillgänglig till det högre priset, eftersom man kan investera mer kapital i att få det upp ur marken. Och slutligen, dessa uppskattningar beror till viss del på de bevisade reservernas antal och som vi har sett är de angivelserna inte särskilt pålitliga. Trots det, är den centrala tanken hos Hubberts kurva helt korrekt: Tillgången för varje naturresurs stiger alltid från noll till ett maximum, och faller därefter för all framtid. Olja kommer att bete sig på samma sätt. 1997, publicerade Kenneth Deffeyes, (en tidigare geolog hos Shell Oil som nu är prof. emeritus i geovetenskap vid Princeton) en bok han kallade Hubbert s Peak - Den överhängande oljebristen. I den säger Deffeyes att han visste att Hubbert hade haft rätt och att toppen för inhemsk produktion hade nåtts när han såg denna mening 1971 i San Francisco Chronicle: The Texas Railroad Commission announced a 100% allowable for next month. (Texas järnvägskommision tillkännager 100% tillstånd för nästa månad). För att avmystifiera den meningen, så hade Texas järnvägskommision, denna sällsamma kartell som styrde USA s oljeindustri, strategiskt använt överskottskapaciteten i utvinningen i Texas. När kommission sa 100% tillstånd nästa månad menade den att det inte längre fanns någon överskottskapacitet. Det gick jämnt ut och därför hade Hubbert s Topp uppnåtts. Ända sedan dess, har jag tänkt mig att den världsvida toppen uppnås när vi upptäckter att Saudiarabiens produktion toppar. Under de senaste tiotal åren har Saudierna använt den överskjutande pumpkapaciteten för att manipulera världens oljemarknad på exakt samma sätt som Texasborna en gång gjorde. Nåväl, den 24 Februari detta år (2004) dök det upp en artikel på framsidan av New York Times som hette Prognos på ökande oljebehov utmanar trötta Saudiska fält Bland

5 annat sa artikeln att Saudiarabiens oljefält var på nedgång, som påkallar uppmärksamhet från industri och regeringsmedlemmar till att formulera seriöst allvarliga frågor om huruvida riket har förmåga att tillfredställa världens törst av olja de kommande åren. Eftersom det här är en artikel i New York Times, och därför mycket lång, är den skriven på så sätt att ett avsnitt motsägs av nästa. Detta kallas för balanserande rapportering. Mycket längre ner i artikeln hittar vi därför dessa ord: Vissa ekonomer är optimistiska om att ifall oljepriserna stiger tillräckligt snabbt, kommer man att använda mer avancerade utvinningsmetoder, som avvärjer försörjningsproblemen. Men sen kommer motsägelsen i nästa avsnitt, Men, privat är en del Saudiska oljeministrar mindre hoppfulla. Jag vet inte om vi om några år, kommer att se tillbaka på nuet och säga att det här var början på slutet av oljeåldern. Vi är alldeles för nära för att kunna avgöra det och våra siffror är trots allt, alldeles för osäkra (Övers anm. - mer precisa förutsägelser finns idag, se rapportering från ASPO-5). Men för de som är medvetna om förutsägelserna i Hubbert s Topp, som uppenbarligen författaren av den här artikeln inte var, hade det här en avkylande effekt. Ekonomer säger oss att det aldrig kan vara ett glapp mellan tillgång och efterfrågan eftersom processen styrs av priset. Det har aldrig varit sant i fallet med olja, eftersom den alltid varit styrd av karteller, först i Texas och sedan av OPEC. Dock, när toppen väl kommer, så kommer OPEC att förlora kontroll över situationen, och prismekanismen kommer att slå till med full kraft och i högsta grad. Tillgången kan hålla jämna steg med priset bara om det finns något att leverera. Jag blir ibland tillfrågad om det är möjligt att fylla på våra oljereserver genom djuphavsprospektering? Jag deltar redan i oljeproduktion nära kusten, men de djupa oceanerna är väsentligen outforskade och det stämmer, vi vet inte om det finns någon olja där ute. Under de senaste miljoner åren har olja typiskt framställts på platser som är rika på liv, vilket oceanerna inte är. Men landmassorna har flyttat omkring under geologiska tidsepoker, så det kan finnas oljereserver i djupa hav. Trots det, innebär djuphav tekniskt sett en svår plats att borra efter olja. Det återstår då bara två reservoarer - Sydkinesiska havet, där det för närvarande finns sju länder som yrkar på mineralrättigheter och Sibirien som har mycket svåra problem med åtkomst. Och dessa resurser är naturligtvis också begränsade. Så låt oss se vad vi kan använda för övrigt, bortsett från olja. Ordet olja täcker in mer än bara den konventionellt lätta fraktion som vi pumpat upp hittills. Det täcker också tunga oljor, oljesand och tjärsand. Tung olja är det som väsentligen återstår på fälten efter att man pumpat bort den lätta fraktionen. Naturligtvis, om man sätter in mer pengar - dvs. med prismekanismen - kan vi vanligen krama ytterligare en del olja ur varje fält. Men det är både mer kostsamt och mer tidskrävande att få ut den oljan. Och ju mer vi pumpar bort, desto tyngre blir det. Naturgas skulle kunna vara en mycket bra ersättning för olja. Bilar som inte är mycket annorlunda från de vi kör idag, kan köra på komprimerad naturgas och det är ett speciellt rent brinnande bränsle. Men om vi använder oss av naturgas i stor skala för att ersätta den minskande tillgången på olja, kommer det bara att vara en tillfällig lösning. Hubbert's topp för naturgas ligger bara ett tiotal år eller så, efter Hubbert's topp för olja.

6 Olja skapades när så kallade källberg, som fulla av organiska inneslutningar, sjönk djupt ner i jorden. Jordens innandöme värms upp av naturlig radioaktivitet och ju djupare vi kommer, desto varmare blir det. Detta källberg sjönk precis lagom djupt ner i det upphettade inre för att det organiska materialet skulle kokas till olja. Berg som sjönk djupare blev överkokat och blev till naturgas. Berg som sjönk till mer grunda nivåer blev lerskiffer, som väsentligen är ofödd olja som kan omformas till bränsle genom uttömmande brytning, krossning och upphettning av berget tills vi får en lämplig vätska. De personer som investerat miljontals dollar för att försöka utnyttja den här resursen har kommit till slutsatsen att det nästan alltid blir energi-negativt, som betyder att man alltid måste sätta in mer energi för att hämta och behandla den, än vad man någonsin kan få ut av det. Metanhydrat är en fast substans som ser ut som is, och som brinner när vi tänder på den. Det består av metan som fångats i en slags ficka med vattenmolekyler och som skapas när metan kommer i kontakt med vatten under mycket högt tryck och vid låg temperatur nära vattnets smältpunkt. Ingen har en aning om var allt finns, hur mycket det finns, om det kan gruvbrytas, eller hur det kan användas - allt vi vet är att det här materialet existerar. Till sist finns det kol. Vi har hört att det finns tillräckligt med kol i marken för hundratals, till och med tusentals år, vid nuvarande nivån av användning. Det faktum att dessa uppskattningar varierar med en faktor tio säger oss genast att ingen har en blekaste aning om hur mycket kol som faktiskt finns tillgängligt. Men även de förutsägelserna kan ses som tillförlitliga jämfört med den andra delen av den optimistiska meningen: Vid nuvarande nivå av användning! Vi kommer till den saken strax. De största kolreserverna finns i USA, men också Kina och Ryssland har mycket stora reserver. Kol kan göras flytande och bli en ersättning för olja. Det skedde i Nazityskand under andra världskriget och i Sydafrika under apartheit. Det borde i sig säga oss att vi måste vara ganska desperata för att göra det, men det går att göra. (Över anm: Det lär få katastrofala konsekvenser för miljön). Men kol är ett smutsigt, smutsigt bränsle. Med det följer ofta besvärliga föroreningar bl.a. kvicksilver, arsenik och svavel. Det kvicksilver som samlas i kroppen hos tonfisk eller svärdfisk - och som lett till varningar från FDA (USA s hälsomyndighet), att begränsa vår konsumtion av dessa fiskar - har sitt ursprung i koleldade kraftstationer i USA. Vi använder numera c:a dubbelt så mycket energi från olja som från kol, så om vi vill gruvbryta tillräckligt med kol för att ersätta den saknade oljan, måste vi gruvbryta i en mycket snabbare takt inte bara för att ersätta oljan, utan också för att omvandlingsprocessen till olja är extremt ineffektiv. Vi måste bryta på nivåer som är minst fem gånger dagens - med en kolbrytningsindustri på en helt otänkbar skala. Och samtidigt tar vi inte i hänsyn till världens ökande befolkning, eller det faktum att nationer som Kina och Indien vill ha en högre levnadstandrad, som innebär att det kommer att gå åt mer energi. Slutligen, tar det inte i beaktande effekten av Hubberts Topp, som är lika giltig för kol som för olja. Långt innan vi har brutit det sista tonnet, har vi börjat göra slut på vår förmåga att få materialet upp ur marken. Därför är det en bra gissning att den bestämmande användningsnivån för den siffra jag nämnde tidigare inte är hundratals eller tusentals år, utan att inte mer än en tiondel av den livstiden motsvarar en realistiskt uppskattning. Det som allt detta innebär är att om vi accepterar ekonomernas lösning och om vi bara låter marknadskrafterna göra sitt, medan vi använder allt fossilt bränsle vi kan, så kommer vi att ha gjort slut på ALLT fossilt bränsle vid slutet av detta århundrade. (Övers anmärkning - det är betydligt mer optimistiskt än erfarenheterna från ASPO-5 i Pisa juli 2006 som nämner år 2050).

7 Så vad innehåller vår framtid? För det första kommer det en oljekris mycket snart. Om det innebär att det redan har börjat eller inte skall ske förrän senare detta årtionde eller om tio år, vet jag inte. Enligt min åsikt är siffrorna inte tillräckligt tillförlitliga för att vi ska kunna avgöra saken. Dock, medan skillnaden mellan de uppskattningar vi har kan vara mycket viktiga för oss, är det helt oväsentligt på en tidskala över människans historia. Antingen är vi, våra barn eller våra barnbarn i farozonen för att råka ut för mycket, mycket dåliga tider. Om vi använder oss av alla kvarvarande fossila bränslen, och bränner upp dem så fort vi kan, kommer de förmodligen att ta slut senast vid slutet av detta århundrade. Om vi antar att vår planet ännu är beboelig efter en sådan omfattande konsumtionsfrossa, måste vi uppfinna sätt att leva på, utan fossilt bränsle. (Se texten Too Hot To Handle? i originalet) Hur är det med väte? Både President Bush och Californien guvernör Schwarzenegger har offentligt omfamnat vätgas som en lösning till våra bränsleproblem. Men det finns bara två framkomliga sätt att göra vätgas. Den ena är att göra det från metan, som är ett fossilt bränsle. Det andra är att använda fossilt bränsle till att skapa elektricitet som vi använder för att elektrolysera vatten och få väte. Ekonomin i att göra så, är den att vi har motsvarande sex liter bensin för att tillverka en liter bensin. Därför är den lösningen ingen vinnare i det korta perspektivet. I det långa perspektivet, och om problemen med att utnyttja termonukleär fusion kan lösas, så att vi får mer kraft än vad vi vet vad vi ska göra av, kan vi använda den energiformen för att tillverka vätgas som bilbränsle. Vi kommer till detta lite senare. Det finns också vindkraft, som många nu ser som ett användbart energialternativ. Och det är det, men bara i begränsad omfattning. I regioner som norra Europa, där fossilt bränsle är väldigt dyrt, och vinden mycket stark, kan vindkraft en dag komma att tävla med vattenkraft som energikälla. Men det finns relativt få platser på jorden där vinden blåser tillräckligt starkt och stadigt för att bli en energikälla att lita till och människor tycker inte om vindparker - de är fula och dom medför oväsen. Vindkraft kommer alltid att vara en del av lösningen, men det är ingen magisk joker. Det kommer inte att rädda oss. På senare år, har debatten om kärnkraft åter fått liv, med förespråkare som vidhåller att vi kan hitta miljömässiga sunda och politiskt acceptabla sätt att hantera avfallet och säkerhetsriskerna. Men även om vi antar att det är sant, så är potentialen begränsad. För att producera tillräckligt med kärnkraft för att motsvara den effekt vi för närvarande får från fossilt bränsle, måste vi bygga 10,000 av de största storleken av dagens kärnkraftverk. Det är ett väldigt och förmodligen otänkbart initiativ. Med den förbrukningstakten kommer våra kända reserver av Uran att räcka bara i år. Som saken ser ut idag, de enda tänkbara ersättningarna för beroendet av vårt fossila bränsle är solljus och kärnkraft. Att utveckla sätt att hålla en civilisation som vår på de resurserna är en enorm utmaning. En hel del problemet är av social och politisk karaktär - vi befinner oss mitt i ett presidentval (USA s förhållande!), och har ni hört någondera partiet säga ett enda ord om detta extremt viktiga ämne? (Jämför Svenska valet 2006!). Men det finns också väldiga tekniska problem att lösa. Så, man kan mycket väl fråga vad kan Caltech göra för att hjälpa till?

8 Fusionsforskning vid Caltech. Den slutliga lösningen på våra energiproblem vore om vi kunde bemästra kontrollerad termonukleär fusion, som vi har talat om att göra i mer än ett halvsekel. Lösningen har funnits 25 år framför oss under de senaste 50 åren, och den är fortfarande 25 år bort. Förutom den nyktra statistiken, finns det åtminstone 5-6 metoder för att framställa fusionsenergi som jag känner till. En av dem, som kallas sfäromak, studeras här vid Caltech i ett experimentellt program som leds av Professorn i tillämpad fysik Paul Bellan och hans forskningsgrupp. I en sfäromak, flyter ström i en het joniserad gas, som normalt kallas plasma, och samverkar med magnetiska fält som bäddar in plasmat. Medan dessa fält och strömmar skjuter omkring plasmat skapas nya fält och strömmar. Det är en slags självorganiserande interaktion som inträffar. Det kan ses i en serie med ögonblicksbilder (se originalartikeln), om vi börjar högst upp, medan plasmat organiserar sig till en jetstråle och sedan utvecklas en ögla i jetstrålen.

9 Detta händer helt av sig självt och det är inte något som händer bara ibland - gasen organiserar sig alltid på det viset. Efter att slingan utvecklats, bryter den sig loss från huvuddelen av strålen som har formen av en munkring. Om man kan hitta ett sätt att behålla munkringen och hålla den igång, dvs. pumpa in tillräckligt med energi för att hindra den från att sönderfalla, så har munkringen den perfekta geometri som krävs för att underhålla en het plasma som vidmakthåller termonukleär fusion. Men att uppnå detta krav är långt borta. Den befintliga apparaten är alldeles för liten för att nå de hundratals millioner grader som behövs för att generera kraft. Bellans arbetslag studerar den grundläggande fysiken hos den själv-organiserande processen i hopp om att den kan användas för att skapa och underhålla det önskade fusionsplasmats inneslutningsgeometri på ett tillförlitligt och kontrollerat sätt. Det finns en annan grupp vid Caltech vars ansträngningar till stor del riktas mot ett annat alternativ - solkraft. Deras program kallas Power the Planet - vid Caltechs Centrum för hållbar energiforskning. Bland medlemmarna ingår fysikern Harry Atwater, kemisten Harry Gray, Nathan Lewis, and Jonas Peters, and materialforskaren Sossina Haile. Dessutom, avgick vår tidigare rektor Steve Koonin nyligen från sitt rektorsskap, för att bli huvudforskare vid BP. BP tidigare British Petroleum, är en av de största energiföretagen i världen, och därför har han nu en av de mest betydelsefulla energiposterna i världen. Det faktum att dessa och liknande vetenskapliga och tekniska ansträngningarna är på väg vid Caltech och på annat håll är uppmuntrande, men det är inte tillräckligt. Det vi verkligen behöver är ledarskap med mod och visioner att tala till oss så som John F. Kennedy gjorde 1960, när han lovade att sätta en människa på månen vid slutet av årtiondet. Det är samma slags problem. Vi förstår de bakomliggande fysiska principerna, men vi har stora tekniska problem att övervinna. Om våra ledare skulle säga till den vetenskapliga och tekniska församlingen, Vi kommer att ge er resurserna, så att ni, nu och till och med innan det blir kris, hittar ett sätt att hålla beroendet av fossilt bränsle tillbaka, så tror jag det kan göras. Men vi måste ha politiskt ledarskap för att få det att fungera. Referenser: originalets webadress; &itemid=46 se bidraget från Louis Arnoux, spec punkt 6