Ingenjören och miljön Maria Grahn Fysisk Resursteori www.frt.fy.chalmers.se maria.grahn@fy.chalmers.se
4 principer för ett hållbart förhållande mellan samhället och ekosfären
Ekosfären Atmosfären Alla luftlager Hydrosfären Alla vattenlager Biosfären Alt levande Pedosfären All lösa grus och jordlager
Princip 1 Ämnen som utvinns ut jordskorpan får inte systematiskt accumuleras i ekosfären. Omsättning i balans Grundämnesnivå
Princip 2 Ämnen som produceras i samhället får inte systematiskt accumuleras i ekosfären. Omsättning i balans Molekylnivå
Erosion Princip 3 Ekosfären får inte systematiskt förändras eller försämras. Aralsjön Utfiske Använd resurser med omsorg
Princip 4 Resurserna ska användas effektivt och rättvist när människans behov tillgodoses. Energy efficient houses in Lindås Använd resurserna med omsorg. Inget slöseri. Strategier för hållbara energi och materialflöden
Praktisk tillämpning av principerna Ett samarbete mellan ICA och Electrolux, ledde till världens första helt CFC-fria kyl- och frysdiskar,, 1994. IKEA utbildade 35 000 anställda och la sedan helt om hela deras produktion,, 1992-1994. 1994. Scandic Hotel förändrade hela deras tvättsystem och utrustade alla rum med möbler och förbrukningsvaror som var miljömärkta och återanvändningsbara.
Energisystemet står inför tre huvudsakliga utmaningar i. Resursbasen ii. Energisäkerhet iii. Klimatpåverkan
Växthuseffekten Långvågig värmestrålning Växthusgaser Kortvågig strålning Atmosfär
IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change, granskar och sammanställer klimatforskarnas resultat.
Koncentrationen av de tre viktigaste växthusgaserna
Mängden koldioxid i atmosfären och global temperatur de senaste 400000 åren från the Vostok Ice Core 2100 basfall c:a 700 ppm År 2003 365 ppm
Varför tror vi att människan har påverkat den globala temperaturökningen?
Jämförelse mellan klimatmodeller och verkliga termometermätningar tningar,, 1860-2000.
Fler nackdelar än fördelar med en global temperaturhöjninig Väderrelaterade dödsfall Infektioner Malariaspridning Avkastningen förändras Behov av konstbevattning Skogens sammansättning Geografisk förändr. Skogens hälsa Vattentillgång Vattenkvalitet Erosion av stränder Kuststräckor vattentäcks Förlorade växt- och djurarter
Nederbörden rden på jorden har förändrats Källa: www.ipcc.ch
Temperaturen på jorden har förändrats Källa: www.ipcc.ch
Människans påverkan på kol-cykeln Atmosfären +3 GtonC/år (+1ppm/år) 6.0 1.5 2.5 2.0 (GtonC/år) Förbränning av fossila bränslen Olja Naturgas Kol Upptag i skog och övr. växter (0.5) Gödningseffekt (2.0) Avskogning (-1.5) Upptag i havet
Need to reach global emissions of 2 Gt C/yr
CO2-C C utsläpp per capita, 1998 Emissions (ton carbon per capita) 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 - USA Canada, Australia, New Zealand Russia Japan OECD Europe Other EIT Middle East China Latin America Other Asia Africa 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Population (million) 2 Gt C/yr 10 billion people 0.2 ton C/capita per year World Average India
Globala CO 2 -utsläpp från förbränning av fossila bränslen 7000 6000 5000 MtonC 4000 3000 2000 1000 0 1750 1800 1850 1900 1950 2000
Svenska CO 2 -utsläpp från förbränning av fossila bränslen 30000 25000 20000 ktonc 15000 10000 5000 0 1835 1855 1875 1895 1915 1935 1955 1975 1995
Global primärenergianvändning 450 EJ/yr 400 350 BIOMASSA 300 250 NATURGAS 200 150 OLJA 100 50 KOL 0 1971 1975 1979 1983 1987 1991 1995 VATTEN KÄRNKRAFT 21% 36% 23%
Svensk primärenergianvändning M iljarder kwh 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 Kol Olja Biomassa och avfall 1980 1982 1984 Vattenkraft Kärnkraft Naturgas Övrigt 1986 1988 1990 1992 1994 1996 Biomassa ökar, främst i fjärrvärmesektorn Olja har minskat p.g.a. oljeskatt och koldioxidskatt 1998 Källa: IEA
Svensk energianvändning 1975 och förväntad användning år 2000 (inkl. ökad efterfrågan) Energy use (TWh) 450 400 350 300 250 200 150 100 1975 Best technology 2000 Advanced technology 2000 Real 2000 50 0 Sweden Residential & services Transports Industry Scenarios från Steen et al, 1981. Fig from Nässén&Holmberg, 2004
Strategier för att minska CO 2 -utsläppen Global energy demand and supply Energy supply POPULATION ECONOMIC AFFLUENCE - Life style changes - Efficiency measures FISSION FUSION RENEWABLE Hur kan vi minska - Hydro CO2-utsläppen? - Wind - Bioenergy - Solar - Others Diskutera två och två i en minut Fossil fuel energy CARBON POOL MANAGEMENT - Reforestation - Soil C increase - Long-lived products DECARBONIZATION OF F. FUELS 1900 2000 2100
Strategier för att minska CO 2 -utsläppen Global energy demand and supply Energy supply POPULATION ECONOMIC AFFLUENCE - Life style changes - Efficiency measures FISSION FUSION RENEWABLE - Hydro - Wind - Bioenergy - Solar - Others Fossil fuel energy CARBON POOL MANAGEMENT - Reforestation - Soil C increase - Long-lived products DECARBONIZATION OF F. FUELS 1900 2000 2100
Ekvation för miljöpåverkan I = i m u p impact = impact material flow material flow utility utility person person I: påverkan på naturen i: påverkan per använd material eller energienhet (minskas genom t.ex. filter, katalysator mm) m: använt material eller energi per produkt eller service (minskas med god ingenjörskonst t.ex. samproduktion av el och värme eller fax+kopiator+scanner i en apparat) u: antal produkter eller service per person - levnadsstandard p: antal personer på jorden
Teknikutveckling
Energieffektivisera LINDÅS
Koldioxidinfångning Efter förbränning genom kondensering av rökgaser. Före förbränning om fossila råvaror förgasas eller reformeras till vätgas. Relativt billigt Fungerar bara på stora anläggningar
CO 2 -avskiljning efter förbränning Anders Lyngfelt, Energisystem, Chalmers, 20031107
CO 2 -avskiljning före förbränning Anders Lyngfelt, Energisystem, Chalmers, 20031107
CO 2 Capture, Transport & Storage (CCS)
European resource and storage sites 750 storage sites with a total storage potential of around 300 billion tons of CO 2 Källa: Filip Johnsson, Energiteknik, Chalmers
Sol- och vindkraft Både sol och vind är intermittenta. Kräver energilagringsteknik för att fungera i stor skala. Mycket stor potential.
Biomassa planteringar Relativt billigt, särskilt i tropikerna Stor potential men begränsad av mark- behov för matproduktion Inhemsk i många länder (90 TWh/år i Sverige) Sociala och estetiska aspekter, biologisk mångfald
CO2 avoidance cost (1990$ per ton of CO2 avoided) Source: DOE white paper, 1997
Alternativa transportbränslen
Alternativa transportbränslen
Alternativa transportbränslen Volvo S60, S80, V70 - mest köpta gasbilarna i Sverige idag
Alternativa transportbränslen Toyota Prius Mest köpta elhybridbilen i Sverige idag
Alternativa transportbränslen Ford Focus Mest sålda etanolbilen i Sverige idag
Vätgas och bränsleceller Vätgas Energilagring Produceras från vatten med el Ångreformering av gasformiga fossila bränslen Bränsleceller Hög omvandlings- effektivitet Utsläpp av vattenånga Kräver dyra metaller Ej kommersiell idag
Hur skulle energisystemet kunna förändras för att klara ett tufft klimatmål?
Global energimodell: Övre gräns på CO 2 -utsläppen och minimera kostnaderna CO 2 Omvandlings- kostnad Primärenergi Råvarukostnad Energiomvandling Energibehov
EJ/år 1200 Global primärenergi utan begränsning på CO 2 -utsläppen 1000 800 KÄRNKRAFT 600 KOL 400 200 0 OLJA NATURGAS 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 VIND VATTEN BIO
CO 2 -mål 450 ppm, utan CO 2 -avskiljning EJ/år 800 700 600 nuclear 500 400 coal solar H2 300 200 100 oil gas bio fuels solar electr. solar heat wind hydro 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
CO 2 -mål 450 ppm, med CO 2 -avskiljning EJ/år 900 800 700 600 nuclear coal w capt. 500 400 300 coal solar H2 200 oil bio w capt. 100 gas bio fuels 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 solar electr. solar heat wind hydro
CO 2 -mål 350 ppm, med CO 2 -avskiljning EJ/år 800 700 600 nuclear 500 coal w capt. 400 300 200 100 oil coal gas bio fuels gas w capt. bio w capt. solar H2 solar electr. solar heat wind hydro 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100
Sammanfattning: Utsläppen av koldioxid från energi- systemet kan minskas genom att Använda MINDRE energi. Använda ANNAN energi (istället för fossil). Använda fossil energi med långtidslagring av CO 2.
De fyra systemvillkoren för ett hållbart samhälle. I det hållbara samhället utsätts inte naturen för systematisk: 1. koncentrationsökning av ämnen från berggrunden. 2. koncentrationsökning av ämnen från samhällets produktion. 3. undanträngning med fysiska metoder. Och i det samhället. 4. hindras inte människor att systematiskt tillgodose sina behov.
Behov som varit desamma i alla kulturer och i alla tider enligt den chilenske ekonomen Manfred Max-Neef Neef. SKYDD MAT Ingenjörer: utveckla produkter Utmaning: Tillgodose behoven utan att äventyra ekosystemen Inget behov ersätter det andra. Hoppingivande att inget av behoven är direkt resurskrävande.
Tack för uppmärksamheten