Klimat och Energi Oscar Svensson & Max Åhman Miljö- och Energisystem, LTH
Dagens föreläsning Global uppvärmning Vad beror klimatförändringarna på? Konsekvenser Hur funkar växthuseffekten Vad är en växthusgas Utsläpp av växthusgaser Kolets kretslopp Energi Scenarion Vilka alternativ finns? Teknisk potential Kostnader Utbyggnad
Vetenskap och policy 1800 s: Grundläggande vetenskap: Fourier, Tyndall och Arrhenius (1896) 1950 s: Mauna Loa mätningarna startar 1972: UN Conference on the Human Environment (Stockholm) 1988: IPCC grundas, varm sommar i USA 1992: UNCED i Rio (Agenda21, Rio Declaration & UNFCCC: Climate Convention) 1997: COP3, Kyoto Protokollet 2006: Stern Reporten 2007: IPCC Fourth Assessment 2008-2012: 1sta KP åtagandeperioden 2009: Köpenhamn: COP15, CMP5 2011: Durban: COP17, CMP7 2013-2014: IPCC AR5 WG I: The Physical Science Basis 30 September 2013 WG II: Impacts, Adaptation and Vulnerability 29 March 2014 WG III: Mitigation of Climate Change 11 April 2014 AR5 Synthesis Report (SYR) 31 October 2014
Vad beror klimatförändringarna på? Naturliga förändringar Variationer solinstrolning Milankovitch cykler (jordens bana runt solen, jordaxelns lutning ) Vulkanutbrott Havsströmmar Kan inte förklara klimatförändringarna Antropogena orsaker Växthusgaser
Vad IPCC har sagt (Intergovernmental Panel on Climate Change) FAR 1990: Warming is broadly consistent with model predictions but it is also of the same magnitude as natural climate variability SAR 1995: The balance of evidence suggests a discernible human influence on global climate TAR 2001: most of the observed warming over the last 50 years is likely to have been due to the increase in greenhouse gas concentrations (i.e., > 66%) AR4 2007: Most of the observed increase in global average temperature since the mid-20th century is very likely due to the observed increase in anthropogenic greenhouse gas concentrations (i.e. > 90%)
Vad beror klimatförändringarna på? Källa: IPCC, Climate Change 2007: Synthesis Report It is extremely likely that human influence has been the dominant cause of the observed warming since the mid-20th century (i.e. 95-100 %) (IPCC, 2013)
Källa: IPCC, 2013 Temperaturökning
Haven Källa: IPCC, 2013
Källa: IPCC, 2013 Temperaturökning
Växthuseffekten Infraröd värmestrålning Kortvågig strålning från solen (synligt ljus) Växthusgaser (vattenånga, koldioxid, metan ) hindrar den infraröda strålningen Varmare klimat!
Källa: Kiehl and Trenberth, 1997 Energiflöde i atmosfären
Viktigaste växthusgaserna Atmosfärens huvudkomponenter är inte växthusgaser utan N 2, O 2, Ar De viktigaste växthusgaserna är vattenånga H 2 O, koldioxid CO 2, metan CH 4, lustgas N 2 O, ozone O 3, CFCs Utan dessa gaser hade medeltemperaturen på jorden varit minus 18 grader Mest vattenånga, men vår inverkan har mycket liten effekt När vi pratar om växthusgaser menar vi oftast de som genereras av mänsklig aktivitet och absorberar i IR fönstret (CO 2, CH 4, N 2 O, O 3, CFCs).
Det atmosfäriska fönstret De växthusgaser som absorberar strålning i detta intervall kommer att vara av mer betydelse per molekyl!
Global Warming Potential (GWP) & Radiative Forcing Hur mycket en växthusgas bidrag till växthuseffekten beror på: Livslängd i atmosfären (stabilitet) Absorptionsspektrum Hur mycket vi släpper ut RF= Påverkan från en växthusgas (eller mer allmänt en förändring i atmosfären) på energibalansen (W/m2) GWP = Klimatpåverkan från en växthusgas relativt koldioxid.
Global Warming Potential (GWP) Livslängd (år) GWP 20 år 100 år CO 2 1 1 CH 4 12,4 84 28 HFC-134a 13,4 3710 1300 CFC-11 45 6900 4660 N 2 O 121 264 265 Källa: IPCC, 2013
Källa: IPCC, 2013 Radiative forcing
Aerosoler och molnbildning
Orsaker till ökade utsläpp av koldioxid
Utsläpp av växthusgaser per sektor Källa: IPCC, 2007
Källa: Marland et al., 2007 Utsläpp från fossila källor
Kolcykeln Inte bara mängden utsläpp spelar roll! Atmosfärens koncentration av koldioxid beror även av kolsänkors förmåga att ta upp en del av koldioxidutsläppen Sänkor i hav och växande vegetation
Källa: IPCC, 2013 Kolets kretslopp
Utsläppen i atmosfären balanseras av kolsänkorna (världshaven och växande vegetation) Genomsnittliga sänkor sedan 1959: 44% atmosfären, 28% land, 28% hav Källa: Le Quéré et al., 2012; Global Carbon Project, 2012
Källa: IPCC, 2013 Koldioxidkoncentration
Utsläpp av andra växthusgaser Metan Boskap, soptippar, våtmarker CFC-föreningar Isolergaser, köldmedier, lösnings- och rengöringsmedel Lustgas Användning av gödningsmedel, industriella processer
Utsläppsmål Källa: Europeiska kommissionen
Naturvårdsverkets färdplan Sverige noll-netto utsläpp av växthusgaser 2050 Källa: Målscenarie 1 med både biogen & fossil CCS El-, bostad- avfalls- o transport sektorerna på gång Jordbruk och Industrisektorerna svåra oklart hur minskningar ska ske
Strategier för att reducera utsläpp: - Använda energin effektivare - Använda utsläppsfri energi - Använda mindre energi
Energitillförsel sedan 1850-2008 Källa: Global Energy Assessment, 2012
Figure: IEA (2014), More Data, Less Energy
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040 TWh/ year Framtida elanvändning för IT/molntjänster 20 000 18 000 16 000 14 000 ICT - Top Down - upper bound Cloud - Bottom Up - Lower bound 12 000 10 000 Cloud - Bottom Up -Lowest bound 8 000 6 000 ICT - Top Down - Lower bound 4 000 2 000 0 Global electricity consumption in 2010 Figure: Oscarsson I., (2014), A Forecast of the Cloud, Lund University
Framtidsscenarier ett typexempel till 2050 med fokus på effektivisering Final energy (EJ/a) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Källa: The Energy Report (WWF och Ecofys) Nuclear Coal Natural gas Oil Bio: Algae Bio: Crops Bio: Comp.Fellings* Bio: Traditional Bio: Resid.&Waste Hydropower Geo: Heat Geo: Electricity Solar thermal Conc. solar: Heat Conc. solar: Power Photovoltaic solar Wave & Tidal Wind: Off-shore Wind: On-shore
Framtidsscenarier fokus på tillförsel Scenarier pekar på fortsatt ökning (dock med viss decoupling) Källa: Global Energy Assessment, 2012
Alternativen till fossil energi: - (förutom effektivisering och minskat behov) Förnybar energi - Vind - Biomassa - Geotermi - Sol Kärnkraft Fossil energi med koldioxidinfångning och lagring (CCS) Framtiden bestäms av : Potential, kostnad och utveckling
Teknisk potential - stor + solen (instrålning 10 000 gg världens energibehov
Exempel: Land-yta för att producera el från solceller
Kostnaderna för vind och solceller faller Konkurrenskraftiga inom 5-10 år? - Idag har branschen en kris, men den är nyttig i längden - Tecken på att förnybar energi börjar mogna? Källa: IPCC SREEN 2011
Kostnad
Kapitalintensivt Kostnad Kärnkraft Oklart vad det egentligen kostar idag Olkiluoto i Finland från 3 miljarder euro till 8,6 miljarder euro Start 2010 försenad till 2018 Kostnadsuppskattningar för ny kärnkraft varierar mellan 45 öre/kwh till 90 öre/kwh (ny vindkraft kostar mellan 50 öre/kwh upp till 60 öre/kwh)
Kostnad CCS Oklart men kan vara ett kostnadseffektivt alternativ Kolkraft med CCS kan kosta 60-95 öre/kwh Fortfarande ingen i drift! Många frågor kvar om juridik, lagring, ansvar m.m. CCS med i de flesta långsiktiga scenarier som ett kostnadseffektivt alternativ
Investeringar i förnybar energi ökar Ej påverkat av krisen i nån större omfattning! Investeringar i ny fossil energi fortfarande troligtvis större! Källa: REN21, Global Status Report 2012
Var i världen investeras det?
Kärnkraftens tillväxt 1954-2008 (globalt)
1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 Mtoe Fossil utvinning ökar också! 4500 4000 3500 3000 2500 Coal Oil 2000 1500 Natural gas 1000 500 0 Källa: BP Statistical Review of World Energy June 2013
Mot ett nollutsläppsamhälle I. Tekniskt möjligt flertalet tekniska lösningar på gång - Sol, biomassa, vind, geotermi, CCS, KK - Stort behov av teknikutveckling II. Ekonomisk rimligt - endast några få % av BNP - Fördelningseffekter värre - Investeringstakt måste öka, effektivisering tar igen en del III. Politiskt utmanande ovan tidshorisont, stora fördelningseffekter, - Oljeproducerande länder? (OPEC) - Gas-länder (Ryssland/USA/Iran) - Kol-länder (Kina, Indien)