KLIMATFÖRÄNDRINGAR Examensarbete av Patrik Bäckström, Maj 2011 Utbildning: Vindkraftstekniker offshore, CFL Centrum för flexibelt lärande Handledare: Anna Josefsson, CFL Centrum för flexibelt lärande och Daniel Bäckström, Chalmers 1
Sammanfattning Efter jag läst boken Makten över klimatet av Christian Azar fick jag inspiration att läsa och lära mig mer om mekanismerna bakom växthuseffekten. Jag inleder rapporten med att beskriva olika utsläpp och vilka effekter de har på vårt klimat. Sedan övergår rapporten till att beskriva de effekter olika typer av energiutvinning har på vårt klimat. Med den senaste tidens fokus på jordbävningen och efterföljande tsunami i Japan har jag valt att skriva mer om kärnkraft än andra koldioxidfria energikällor. Sista delen handlar vilka förbättringar vi kan göra för att minska vår klimatpåverkan. Abstract After reading the book Makten över klimatet by Christian Azar I got inspired about reading and learning more about the mechanisms of the greenhouse effect. I begin this report with describing different emissions and the impact they have on our climate. Later in the report I describe the different types of energy sources and which impact they have on our climate. With the recent earthquake and the subsequent tsunami in Japan I choose to focus more on nuclear power then other carbon free energy sources. The last part includes improvements that can be done to reduce our carbon footprint. 2
Innehållsförteckning Sammanfattning 2 Abstract 2 Innehållsförteckning 3 1. Inledning 4 1.1 Bakgrund 4 1.2 Mål 4 1.3 Metod 4 2 Växthuseffekten 5 2.1 Koldioxid 5 2.2 Växthusgaser och växthuseffekt 5 2.3 Historiska nivåer 5 2.4 Global uppvärmning 5 2.5 Permafrost 5 2.6 Tillväxt och välfärd 6 2.7 Fördelning av utsläpp 6 2.8 Effekter av global uppvärmning 6 2.9 Koldioxidavskiljning 6 3 Energiproduktion sol, vind och vatten 7 3.1 Vindkraft 7 3.2 Vattenkraft 7 3.3 Solkraft 7 4 Energiproduktion Kärnkraft 8 4.1 Kärnkraft 8 4.2 Uran 8 4.3 Radioaktivt avfall 8 4.3.1 Lågaktivt avfall 8 4.3.2 Medelaktivt avfall 8 4.3.3 Högaktivt avfall 8 4.4 Slutförvaring 8 5 Lösningar 9 5.1 Effektivisering av energianvändningen 9 5.2 Utsläppsminskningar från energiproduktion 9 5.3 Infångning och lagring av koldioxid 9 6 Slutsats/Analys 10 7 Slutord 10 8 Källförteckning 11 3
1 Inledning 1.1 Bakgrund Klimatet är något som angår oss alla och jag tycker att den natur vi har är värd att värna om. I boken Makten över klimatet tar författaren Christian Azar upp de delar som påverkar de klimatförändringar som redan nu har skett och är på väg att ske. Christian Azar är professor vid Chalmers i Hållbara energi och materialsystem, sitter som medlem i FN:s klimatforskningspanel IPCC och är med i regeringens kommission för hållbar utveckling. 1.2 Mål För att öka min förståelse över hur olika faktorer berör vår miljöpåverkan har jag valt att skriva om växthuseffekten, olika koldioxidfria sätt att framställa energi och vilka lösningar som finns för att minska vår klimatpåverkan. 1.3 Metod Information till denna rapport har hämtats från boken Makten över klimatet av Christian Azar, jag har valt att lägga fotnoter på det jag tycker är anmärkningsvärt. Jag har också tagit information från olika ställen på internet. 4
2 Växthuseffekten 2.1 Koldioxid Är en mycket vanlig gas som är saknar lukt och färg i normala temperaturer. Koldioxid är också en växthusgas som bildas när kolföreningar förbränns. När biomassa förbränns ökar inte halterna av koldioxid i atmosfären, om biomassan tillåts att växa upp igen inom en överskådlig tid. Vid förbränning av kol, olja, naturgas och oljeskiffer som är fossila bränslen som under mycket lång tid har varit utanför kretsloppet, ökar däremot halterna av koldioxid i atmosfären. 2.2 Växthusgaser och växthuseffekt För att solens värmande strålar inte ska reflekteras ut i rymden igen är växthusgaser en förutsättning. Dessa gaser gör att jordens medeltemperatur vid ytan ligger på ca 15 grader. Förutom koldioxid är också vattenånga, ozon, metan och dikväveoxid, även kallad lustgas, växthusgaser. Vattenånga och moln står för uppåt 75 % av växthuseffekten. Koldioxid står för runt 18 % och övriga gaser för ca 7 % 1. 2.3 Historiska nivåer Under de senaste 10 000 åren har koncentrationen av koldioxid i atmosfären legat på ca 280 ppm. Dessa nivåer är uppmätta genom analys av luftbubblor instängda i isen över Antarktis. Sedan den industriella revolutionen som startade i början på 1800 talet har halterna av koldioxid ökat med ca 35 % till dagens nivå på ca 390 ppm 2. Halterna av metan har ökat med ca 150 % och dikväveoxid ca 20 % 2.4 Global uppvärmning På de senaste hundra åren har jordens medeltemperatur stigit med 0,7 grader. De utsläpp av svavel och partiklar som bildas i våra industrier och kolkraftverk orsaker försurning och andra miljö och hälsoproblem när de efter några veckor kommer tillbaka ned på jorden, koldioxid däremot tar mer än hundra år att försvinna ur atmosfären. Svavel och partikelutsläppen motverkar uppvärmningen kortsiktigt genom att blockera solens strålar, men i takt med att utsläppen minskar med effektivare reningsmetoder kommer uppvärmningen att öka. En annan fördröjande orsak till uppvärmningen är att det tar tid att värma upp världshaven. 2.5 Permafrost Är ett tillstånd i marken när temperaturen inte kommer upp över noll grader under minst två år i rad. Permafrost kallas också tjäle och kan vara ett par hundra meter djup, där jordens vulkaniska värme tar överhanden. Om den globala uppvärmningen ökar med 2 grader riskerar stora områden av Sibirien som legat i permafrost att tina upp. När permafrosten släpper kan organiskt material som varit fruset börja brytas ned, vilket frigör stora utsläpp av växthusgaser. En annan effekt blir också att när ytan som var täckt med snö och is, inte längre reflekterar bort solens strålar kommer uppvärmningen att accelerera. Det finns också stora mängder av metan i norra Sibirien, metan anses vara en 20 25 gånger kraftigare växthusgas än koldioxid. Om dessa växthusgaser frigörs kan jordens klimat påbörja en spiral av kraftigt accelererande temperaturökning, där mer växthusgas släpps ut som tinar mer av permafrosten. 1 http://sv.wikipedia.org/wiki/v%c3%a4xthuseffekten 2 http://sv.wikipedia.org/wiki/koldioxid 5
2.6 Tillväxt och välfärd För att möta dagens ökande produktion och elkonsumtion ökar utsläpp av koldioxid kraftigt. I till exempel Kina startas ett nytt kolkraftverk varje vecka. Om alla i världen skulle äta en diet liknande ett genomsnittligt industriland, som innehåller ungefär 80 kg kött per år. Då skulle ytterligare en miljard hektar mark behövas till jordbruket, det är en yta som motsvarar hela USA 3. Vill alla människor dessutom ha tillgång till bil och el kommer miljöpåverkan att bli mycket stor. 2.7 Fördelning av utsläpp De största utsläppen av växthusgaser kommer från världens elproduktion som står för ca 24 %. Transporter och industrin står för ca 14 % vardera, byggnader och övriga energirelaterade utsläpp ca 13 %. Avskogning av tropikerna står för ca 18 % och jordbruket står för ca 14 %. Flygtrafiken står för ca 2 %. Det stora problemet med flyget är inte de nuvarande utsläppen, utan den snabba ökningen och svårigheterna att hitta tekniska lösningar för rening av utsläppen. Dessutom kommer utsläppen i övre troposfären, där utsläppen bildar ozon och moln. 2.8 Effekter av global uppvärmning Förväntade scenarios vid en global temperaturökning är att vissa områden kommer att bli varmare och torrare, där ligger länderna runt medelhavet i farozonen. I norra Europa och Asien förväntas effekten istället bli att nederbörden ökar. När glaciärerna smälter hotas ett antal länder av översvämningar till följd av den stigande vatten nivån i världshaven där konsekvenserna för Bangladesh, Vietnam och Egypten kan bli förödande. Det är också väldigt många människor som är beroende av Himalayas glaciärer där smältperioden kommer att orsaka översvämningar och när glaciärerna är borta hotas jordbruket och människorna av torka och vattenbrist. Med en högre temperatur i världshaven finns risk för att antalet orkaner blir fler och med stigande vattentemperaturer ökar energin i vattnet som förångas, det ger mer intensiva orkaner. 3 Christian Azar, Makten över klimatet. 6
3 Energiproduktion från sol, vind och vatten 3.1 Vindkraft Solens strålar ger vinden dess energi och jordens rotation präglar dess riktning. Potentialen på global nivå är enorm, Christina Archer och Mark Jacobson har gjort beräkningar som visar på en potential som är fem gånger större än världens samlade energitillförsel. Om bara tre procent av denna potential utnyttjades skulle det räcka till världens totala elproduktion 4. Under perioden 1995 2007 växte den globala installerade kapaciteten med ca 20 procent per år. Fortsätter denna utveckling dröjer det inte länge innan denna alternativa energikälla går om både vattenkraft och kärnkraft på global nivå. 3.2 Vattenkraft Även vattnets kretslopp drivs av solstrålarna. Vatten i världshaven förångas och lyfts upp i atmosfären för att sedan falla ned över land. Med hjälp av jordens gravitation kan sedan vattnets fallande tyngd omvandlas till energi. En expansion av vattenkraften kräver stora landytor och ger en stor påverkan på människor och ekosystem. Vågor, havsströmmar och tidvatten kan också utnyttjas för att utvinna energi. Vågor och havsströmmar får sin energi från solen, vinden och jordens rotation medans tidvattnet styrs av månens gravitation. 3.3 Solkraft Solen strålar årligen in 10 000 gånger mer energi mot jorden än hela mänsklighetens årliga användning av fossila bränslen, kärnkraft och vattenkraft. Med en storskalig satsning på solenergi i form av solceller, termisk solkraftverk och solvärme kan hela världens energibehov mötas. Än så länge har solenergi problem med pris och verkningsgrad. Tillväxt och utveckling inom solkraft är väldigt stor men kommer från väldigt låga nivåer. 4 http://www.stanford.edu/group/efmh/winds/2004jd005462.pdf 7
4 Energiproduktion från kärnkraft 4.1 Kärnkraft Genom att klyva atomkärnor kan energin som frigörs användas för att värma upp vatten som bildar ånga. Med ångans hjälp drivs sedan en turbin för att skapa elektricitet. Kärnkraften producerar elektricitet utan koldioxidutsläpp, de utsläpp som är förknippade med kärnkraft är små och förekommer i samband med bränsleproduktionen, under byggnationen och lagring av avfall. 4.2 Uran Bränslet till kärnkraften kommer från grundämnet uran, 50 kg uranmalm ger lika mycket producerad el som 3000 kg stenkol 5. För att kunna använda uran som kärnbränsle krävs en anrikning, där koncentrationen av isotopen uran 235 höjs. Innan bränslet används i rektorn avger bränslet mycket låg strålning och kan hanteras utan skyddsutrustning. Efter att bränslet använts i en rektor är det starkt reaktivt. 4.3 Radioaktivt avfall Det finns tre olika kategorier av radioaktivt avfall. 4.3.1 Lågaktivt avfall kommer ifrån till exempel kärnkraft, industri och sjukhus. Utgörs av bland annat driftavfall i form av sopor, skyddskläder, kasserade verktyg, luftfilter eller rivningsavfall. Det kräver inga stora säkerhetsåtgärder och ingen strålskärmning. Detta avfall behöver bara förvaras 20 40 år, innan det är helt säkert. 4.3.2 Medelaktivt avfall utgörs i första hand av filter och jonbrytarmassor, som används för att fånga upp radioaktiva ämnen ur reaktorvattnet på kärnkraftverken. Det har högre strålningsnivå än det lågaktiva och måste därför omges med en strålskärm av betong eller stål, behöver längre förvaringstid, men det kräver ingen kylning. 4.3.3 Högaktivt avfall är främst använt kärnbränsle som innehåller klyvningsprodukter och andra ämnen som bildas i kärnkraftverken. Avfallet måste strålskärmas och kylas, innan man så småningom eventuellt kan slutförvara det. Detta måste i så fall förvaras säkert i upp till 100 000 år. Alternativt kan det ses som en nyttig restprodukt, vilken kan behandlas och tas tillvara i framtida reaktorer. En sådan process skulle dels minska mängden avfall, dels göra avfallet mindre aktivt och få ned den nödvändiga förvaringstiden till ca 1 000 år. 4.4 Slutförvaring Svensk kärnbränslehantering AB (SKB) har beslutat att lämna in en ansökan till regeringen för att få slutförvara kärnavfallet i Östhammars kommun. Bland alternativen SKB har tittat på finns så kallade "djupa borrhål" som innebär att avfallet förvaras i två till fyra kilometer djupa hål, utan möjlighet att ta upp avfallet, frivilligt eller ofrivilligt. Ytterligare alternativ som diskuterats är fortsatt förvaring i bassänger, förvaring i torra bergrum, upparbetning eller återanvändning av avfallet med framtida teknik samt några mer vågade förslag som att skjuta ut avfallet i rymden eller dumpa det i världshaven. 5 http://www.karnkraftsinformation.se/miljo och klimat/paverkan vid uranbrytning/ 8
5 Lösningar 5.1 Effektivisering av energianvändningen Energieffektiviseringar är kanske den viktigaste strategin för att uppnå låga utsläpp. En ångmaskin från 1750 hade en effektivitet på ca 0,5 %, med förbättringar och utveckling av tekniken hade man på mitten av 1800 talet nått en effektivitet på drygt 10 %. Det innebar att det krävdes 20 gånger mindre mängd kol för att utföra lika mycket arbete 6. Med dagens snabba teknikutveckling görs mycket inom industrin för att effektivisera och optimera energianvändningen för att minska kostnader. Även privatpersoner skulle kunna effektivisera uppvärmning av bostäder genom bättre isolering och att ta tillvara på värmen från apparater som används i hemmen och att återvinna värmen i ventilationsluften. 5.2 Utsläppsminskningar från energiproduktion De största utsläppen av koldioxid kommer från kol, olja och naturgas. Kan man styra över produktionen av energi till mer klimatneutrala källor, detta kan göras med politiska beslut som till exempel Europeiska Unionens 202020 paket. Målsättning med paketet är att utsläppen av växthusgaser ska minska med 20 %, att minst 20 % av energin ska komma från förnybara energikällor och energieffektiviteten ska öka med 20 % innan år 2020 7. Handel med utsläppsrätter är också ett effektivt sätt att minska koldioxidutsläppen. 5.3 Infångning och lagring av koldioxid Är en metod att samla upp koldioxiden från de rökgaser som släpps ut från fabriker och kraftverk. Genom att tvätta rökgaserna med ammoniak bildas ammoniumkarbonat, som sedan under upphettning kan delas upp i ammoniak, koldioxid och vattenånga. Koldioxiden kan sedan lagras under jord eller i havet, ned till 500 meters djup är koldioxiden fortfarande i gasform för att sedan på grund av trycket övergå till vätskeform. Vid 3000 meters djup och ännu längre ned är koldioxiden tyngre än vatten och skulle kunna lagras som koldioxid sjöar på havsbotten eller i porösa skikt i berggrunden. 6 Christian Azar, Makten över klimatet. 7 http://www.europarl.europa.eu/sides/getdoc.do?type=im PRESS&reference=20080121STO19278&language=SV 9
6 Slutsats Klimatet förändras. Utsläppen av växthusgaser ökar. Det finns många prognoser som höjer ett varnande finger och allt fler människor, däribland politiker och företagsledare, börjar uppmärksamma dem. Tekniken finns för att förhindra de värsta klimatförändringarna, men kommer vi att stödja de politiker som är villiga att ta de obekväma besluten. Med våra krav på jämställdhet och rättvisa, kommer utvecklingsländerna acceptera att deras länder inte får tillgång till billiga fossila bränslen på samma sätt som när vi industrialiserades. 7 Slutord Mina egna funderingar om att skriva denna rapport, det har varit intressant att tagit del av den information som Christian Azar har samlat i sin bok Makten över klimatet. Många nya tankar och funderingar har väckts för att förstå vad jag som enskild person kan tillföra och påverka de klimatförändringar som har påbörjats. Jag kan varmt rekommendera alla som tyckte att detta material var intressant att även läsa boken Makten över klimatet av Christian Azar. 10
8 Källförteckning Christan Azar, Makten över klimatet Christina Archer och Mark Jacobson http://www.stanford.edu/group/efmh/winds/2004jd005462.pdf http://www.karnkraftsinformation.se/miljo och klimat/paverkan vid uranbrytning/ http://sv.wikipedia.org/wiki/ http://www.europarl.europa.eu/sides/getdoc.do?type=im PRESS&reference=20080121STO19278&language=SV 11