Oft þarf bara eina hugmynd...

Smelltu hér til að horfa á lengri upptöku úr tíma.

Þegar maður er ungur áttar maður sig ekki á því að maður getur haft áhrif á heiminn í kringum sig. Maður eyðir mestum tíma í að læra að gera hlutina rétt og skilja heiminn í stað þess að læra að gera heiminn betri á einhvern hátt.

Til allrar hamingju eru alltaf einhverjir sem láta sér ekki nægja heiminn eins og hann er, heldur leita leiða til að gera hann betri.

John Lennon á einu sinni að hafa sagt sögu af því þegar hann byrjaði í skóla. Mamma hans hafði ítrekað sagt honum að það sem skipti mestu máli í lífinu væri að verða hamingjusamur. Þegar hann svo byrjaði í skóla var honum sett fyrir að segja hvað hann vildi verða þegar hann yrði stór. Hann svaraði: „Hamingjusamur.“ Kennararnir sögðu að hann hefði ekki skilið verkefnið. Hann svaraði að þeir skildu ekki lífið.

Nú ætlum við að skoða þrjár hugmyndir sem eiga það allar sameiginlegt að vera snjallar lausnir á bráðum vanda. Og samt svo einfaldar.

Fyrsta hugmyndin spratt upp í MIT-háskóla (Massachusetts Institute of Technology) í BNA. Innan skólans starfar hópur sem leitar leiða til að auðvelda fólki í hinum fátækari hluta heimsins lífið án þess að það þurfi að kosta mikla peninga eða vera erfitt í framkvæmd.

Með því að horfa á það sem fólk hafði og gat auðveldlega nýtt sér varð til verkefni sem kallast Lítri af ljósi eða Isang Litrong Liwanag.

Verkefnið er sáraeinfalt. Það snýst um að lýsa upp híbýli fátæks fólks sem oft býr í þéttum og myrkvuðum smáhýsum. Það er gert með því að setja vatn í plastflösku og festa hana með ákveðnum hætti í bárujárnsplötu. Með því að koma flöskunni fyrir í þaki húsanna nær dagsbirtan að dreifast um innviði hússins með ótrúlegum en einföldum hætti.

Með þessu móti sparast rafmagn og þeir sem ekki hafa rafmagn fá ljós án þess að tapa miklu af skjóli og hita.

Þið getið skoðað verkefnið betur á tenglunum hér að ofan. Sá fyrri vísar á feisbúkk-síðuna og sá síðari á heimasíðu verkefnisins.

Önnur hugmyndin sem við tökum fyrir er örlítið flóknari en gegnir svipuðu hlutverki.

Þetta er William Kamkwamba, ungur maður frá Malaví. Hann ólst upp í fátæku og frumstæðu þorpi þar sem hann hafði hvorki rafmagn né önnur nútíma þægindi. Þegar foreldrar hans gátu ekki lengur borgað skólagjöldin fyrir hann ákvað hann að mennta sig sjálfur. Í því skyni fór hann á hverjum degi á bókasafn og reyndi að lesa sér til.

Líf hann breyttist þegar hann rakst á þessa bók:

Þegar hann blaðaði í gegnum Using Energy sá hann að með vindmyllum var hægt að framleiða bæði ljós og dæla vatni. Hann áttaði sig strax á því að slíkt yrði þarfaþing fyrir þorpið og byrjaði að reyna að smíða vindmyllu. Hann var 14 ára. Þar sem hann átti enga peninga til að kaupa hluti í vindmylluna leitaði hann á ruslahaugunum að efni sem hann gat notað. 

Hann fann plaströr sem hann sagaði sundur og hitaði yfir eldi þar til þau byrjuðu að bráðna. Þá tók hann þau af eldinum og flatti út og lét kólna. Síðan festi hann blöðin á bambusstangir með vírum og hófst handa við að reisa mylluna. Mylluna reisti hann úr gúmmítrjám og hún varð 5 metra há. Loks notaði hann hluta af gömlu reiðhjóli en á það var festur rafall (sem áður knúði ljósið á hjólinu). Eftir því sem smíðinni vatt fram mættu fleiri og fleiri að horfa á hann. Flestum þótti hann skrítinn og gerðu grín að honum. 

Kvöldið sem hann lauk smíðinni klifraði hann upp í mylluna og tengdi hana við ljósaperu. Það var ekki sterkur vindur en þó blikkaði peran með daufu ljósi af og til. Skyndilega herti vindinn og peran skein mjög skært. William upplifði sig auðvitað sem mikla hetju og horfði stoltur á mylluna sína og fyrsta „ljósastaurinn“ í sögu þorpsins hans. Þetta gaf honum aukinn kraft svo hann reisti tvær myllur í viðbót. Önnur framleiddi rafmagn til að dæla vatni á akur þorpsins og hin framleiddi rafmagn sem hægt var að nota til ýmissa hluta, eins og t.d. að hlaða gsm-síma. 

Það má því segja að þessi eini drengur, sem datt úr skóla því foreldrar hans áttu ekki andvirði 10 þúsund króna hafi fært þorpinu sínu nútímann. Síðan þá hefur William skrifað bók og komið fram opinberlega þar sem hann segir sögu sína. Ég var í smá samskiptum við hann í sumar og hann bað fyrir kveðju til ykkar og bað mig að skila eftirfarandi til ykkar:

„Mig langar að hvetja ykkur til að trúa á að allt sé mögulegt ef maður er tilbúinn að leggja mikið á sig. Ekki gefa drauma ykkar upp á bátinn. Vísindin hjálpa ykkur að verða það sem þið viljið.“

Þriðja hugmyndin er enn flóknari og tæknilegri. Hún kallast V2G. Eins og flestar góðar hugmyndir er hún sáraeinföld.

Eins og þið vitið væntanlega flest er mjög dýrt að eiga bíl. Á Íslandi hefur verið reiknað út að það að eiga nýjan bíl kosti á bilinu 1,1 til 2,2 milljónir að ári (fer eftir verði bílsins, getur orðið miklu hærra). Ef maður hugsar svo út í það hversu lítið við notum bílana (venjulegur borgarbíll stendur óhreyfður 23 klukkutíma í sólarhring) þá er þetta ótrúlega há tala.

Og skoðum nú annað vandamál. Flestir af umhverfisvænustu orkugjöfunum (og þá meina ég sem framleiða ekki gróðurhúsalofttegundir) eru ekki alltaf til taks. Vindorka og sólarorka kemur og fer og hið sama gildir um flesta aðra orkugjafa. Enn hefur ekki verið fundin nein frábær leið til að geyma slíka orku – eða geyma orku almennt. Þess vegna þarf t.d. á Íslandi stöðugt að vera fólk á vakt í stjórnstöð Landsnets sem gætir upp á það að ekki sé sett of mikið rafmagn eða of lítið út í raforkukerfið. Þar sitja menn við stóran skjá eins og þeir séu að spila tölvuleik og reyna að hafa stjórn á raforkuframleiðslu landsins.

V2G eða Vehicle to Grid (Ökutæki tengd við kerfið) er ný hugmynd sem felur í sér að bílar fólks verði í framtíðinni notaðir sem geymslur fyrir umhverfisvæna orku. Þá eru bílarnir útbúnir með stórum og sterkum rafgeymi sem getur geymt heilmikla orku og meðan bíllinn er kyrrstæður (við vinustað eða heimili) er honum stungið í samband við rafkerfið. Hann er þá hlaðinn ef hleðslu vantar en ef raforkuframleiðslan er meiri en notkunin í kerfinu öllu þá fer umframorkan í geymslu í bílunum. Þegar orkuframleiðslan minnkar (eins og á nóttunni eða í logni) eða notkunin eykst þá er alltaf hægt að sækja orku á bílana aftur og setja inn á kerfið.

Með þessu móti færu bílstjórar í lið með orkukerfinu og vel mætti hugsa sér að orkufyrirtækin útveguðu ódýra rafmagnsbíla. Að minnsta kosti er meira en vel mögulegt að fólk fengi borgað fyrir að nota bílana sína svona í stað þess að þurfa að eyða stórfé í eldsneyti.

Vetni – nýr orkugjafi

 Enn höldum við áfram leið okkar um svið orkuframleiðslu og mengunar. Það er ekki að ástæðulausu sem margir telja að vetni (H = hydrogen) verði næsti stóri orkugjafinn og leysi brátt olíuna af hólmi eins og hún leysti kolin af hólmi á sínum tíma. Þó eru nokkur vandamál sem enn á eftir að leysa.

Vetni er léttasta og einfaldasta frumefnið.

Það samanstendur af einni einustu róteind og einni rafeind. 

Það er í fyrstu lotu Lotukerfisins (efnin sem eru í lóðréttu röðinni lengst til vinstri (H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr). Það merkir að gríðarlega auðvelt er að binda vetni við önnur frumefni. Ef vetni er óbundið þá grípa atómin til þess ráðs að festa sig saman tvö og tvö. Þess vegna hefur hreint vetni efnatáknið H2 – þ.e. tvö vetnisátóm í hverri sameind.

Það að festa saman atóm eða taka þau í sundur með þessum hætti er það sem efnafræði snýst um. 

Vetni er gríðarlega eldfimt. Það þýðir ekki að vetnið hverfi, aðeins að því sé raðað upp á nýtt. Þegar vetni er brennt festist það við súrefni og myndar vatn (H2O). Alveg eins og kolefni brennur og myndar CO2.

Bruni er efnabreyting þar sem efni eru losuð í sundur (við það losnar orka) og festast í staðinn við súrefni. Þess vegna má stöðva bruna með því að hindra súrefni í að komast í efnið sem brenna á.

Bruni getur verið allt frá því að vera löturhægur upp í ofsahraður. Þegar hann verður svo hraður að höggbylgja myndast köllum við það sprengingu. Mjög hægur bruni er síðan bruni eins og í frumum líkamans. Efnafræðilega er hann eins og flestur annar bruni. Við getum brennt fitu sem kerti eða látið frumurnar brenna hana innan líkamans. Munurinn á brunanum er auðvitað bæði sá hve litlu magni er brennt í hverri frumu, en líka það að bruninn í líkamanum er miklu hægari. Og skaðar þess vegna ekki vefina.

Hæfileiki vetnis til að brenna er ótvíræður kostur. Ef bruni er ófullkominn mengar hann mikið. Það má til dæmis sjá mikinn mun á eldstæði sem orðið er funheitt og kaldari eldi. Það er miklu meira magn af reyk og sóti þegar eldurinn er kaldari. Bruninn er svo ófullkominn að hann rífur ekki í sundur nema brot af eldsneytinu og sendir afganginn í burtu sem margvíslegar, mengandi flyksur.

En þessi hæfileiki vetnis til að brenna getur líka verið galli. Það hefur hvergi verið ljósara en þegar Hindenburg loftskipið brann með þeim afleiðingum að 35 manns létu lífið.

Það var ofsalegur viðburður sem átti snaran þátt í því að leggja af loftskipaferðir fyrir fullt og allt. Það sorglega er að ef menn hefðu haft aðgang að helíni (He), sem er næst léttaHsta frumefnið (þótt það sé tvöfalt þyngra en vetni) þá hefði verið nærri útilokað að brenna skipið. Því helín er í hinum enda lotukerfisins og efnið í síðustu lotunni (eðalgös eru þau kölluð) bindast engum öðrum efnum – og geta þ.a.l. ekki brunnið.

Kostirnir við vetni sem orkugjafa er hve auðvelt er að búa það til.  Allt sem þarf er vatn og einhver orkugjafi. Þar sem vatn er víða aðgengilegt á Íslandi þá er þetta í raun bara spurning um orkugjafa. 

Hægt er að nota margvíslega orkugjafa til að kljúfa vatn í vetni og súrefni. T.d. bara rafmagn. Við getum notað rafmagn sem framleitt er í vatnsaflsvirkjunum eða jarðhitavirkjunum. Og á næstu árum og áratugum munum við finna stöðugt umhverfisvænni tækni til að framleiða rafmagn og/eða kljúfa vatn í vetni og súrefni.

Þegar við framleiðum vetni úr vatni þá breytist H2O í H2 og O2 (enda er súrefni eins og vetni að því leyti að ef það er rifið laust af öðrum efnum þá finnur það sér annað súrefnisatóm til að festa sig við. Það er meira að segja til sjaldgæf tegund af súrefni sem er O3, en þá hanga þrjú súrefnisatóm saman. Við köllum O3 yfirleitt ósón). Í efnafræði er það hefð að teikna upp efnahvörf (þegar efni breytast úr einu í annað) með ákveðnum hætti. Það er gert þannig að efnin sem voru til eru skrifuðu niður með efnatáknum, síðan er teiknuð ör (->) og svo efnin sem verða til.

Vetni + súrefni -> vatn

En vegna þess að það þarf 2 vetnisatóm í hvert vatnsatóm en aðeins eitt súrefni (H2O) þá þarf að taka það til greina. Efnahvarfið er því skrifað þannig:

2 H2 + O2 -> 2 H2O

Það að kljúfa vatn í vetni og súrefni er skrifað:

2 H2O -> 2 H2 +  O2

Nema hvað, kostirnir við að nota vetni sem orkugjafa eru ótvíræðir. Bruni þess framleiðir ekki CO2 og það er hægt að framleiða vetni á Íslandi. Við gætum því orðið algjörlega óháð eldsneytisinnflutningi. Og það sem best er að hægt er að nota vetni á þær tegundir véla sem við höfum notað til að brenna kolefnaeldsneyti. 

Það virðist því vera borðleggjandi að skella sér í þessa tæki af fullu afli.

Enn einn kosturinn er sá að vél getur nýtt miklu stærra hlutfall orkunnar úr vetnisvél en t.d. bensínvél. Þetta er ofsalega mikilvægur þáttur.

Ef við skoðum t.d. venjulega ljósaperu þá breytist aðeins 1-4% af raforkunni sem ljósaperan notar í ljós. Afgangurinn verður hiti. Í því felst auðvitað gríðarleg sóun. Ef nýringin væri 100% þá gætu 20-100 perur logað jafn skært og ein gamaldags án þess að nota meiri orku.

En 100% nýting er óraunhæf. Það tapast alltaf eitthvað. 

En hver skyldi þá vera orkunýting bensínvélar?

Hún er hræðilega léleg. Bílvél sem gengur fyrir kolefnaeldsneyti getur fræðilega aldrei nýtt nema 40% orkunnar í að knýja bílinn áfram. Megnið af orkunni mun alltaf hverfa sem hiti. Þetta má sannreyna með því að leggja lófa á vélarhlíf bíls sem búið er að keyra. Hún er heit.

Í raun og veru er orkunýting bílvéla um 20% sem þýðir að við erum að láta fjórfalt meiri orku fara til spillis en við nýtum!

Það liggur alveg fyrir að þótt vetnisvél næði kannski ekki 100% nýtingu þá er ekkert því til fyrirstöðu að fara ansi nærri þeirri tölu. Við myndum því nota miklu minni orku í vetnisbíla en kolefnabíla (bensín eða dísel). Auk þess að hætta að megna jörðina með CO2.

Er þetta þá ekki fullkomin lausn?

Nei. Það er vandamál.

Skoðum brennslu á bensíni:

2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O

Það sem blasir við er að bensín er miklu flóknara efni en vetni. Ein sameind af bensíni er C8H18. Og með því að blanda því við súrefni (brenna það) verður til bæði CO2 og vatn.

Þannig að með því að brenna vetni frekar en kolefnum þá er það eina sem hverfur úr myndinni kolefnið sjálft.

En kolefni er ansi magnað efni. Það hefur svo ótrúlega fjölbreytta tengingarmöguleika og er svo fjölhæft að það getur raðað sér saman í ótrúlegustu form. Allt líf á jörðinni er t.d. byggt upp af kolefnum. Staða kolefna í lífvísindum er svo afgerandi að við köllum þau efni sem innihalda kolefni lífræn efni. Og efni sem ekki innihalda kolefni ólífræn efni.


Þessa ótrúlegu eiginleika kolefnis má t.d. sjá á því að hreint kolefni getur tengst á fjölbreyttan hátt. Í fyrsta lagi getur hreint kolefni verið kol, subbuleg og svört. En það getur líka verið grafít, efnið sem blýanturinn skrifar með. Loks getur hreint kolefni verið demantar. Öll þessi efni: kol, grafít og demantar eru sama efnið, bara raðað mismunandi saman.


Það er þess vegna sem við getum búið til risastórar sameindir sem eru tvö kolefnisatóm föst hvort við annað og 18 vetnisatóm sem hanga þar á.

Þú getur rétt ímyndað þér alla orkuna sem losnar þegar þessir kubbar eru allir rifnir í sundur í brennslunni.

Ein teskeið af bensíni inniheldur miklu meiri nýtanlega orku en ein teskeið af byssupúðri – og um leið miklu meiri orku en sambærilegt magn af vetni.

Sem þýðir að þótt vetni sé nýtt miklu betur en kolvetni þá er orkan í vetninu miklu minni miðað við sama magn.


Og þegar kemur að vetnisbílum þá verður vandamálið svo stórt að fólk sem keyrði slíka bíla þyrfti alltaf að vera að stoppa til að „fylla á tankinn.“

Því nennir enginn. Og auk þess myndi það þýða að byggja þyrfti nýjar „bensín“stöðvar (sem við myndum kalla vetnisstöðvar) út um allt. Það yrði bæði dýrt og óhentugt.

Það er í augnablikinu engin sérlega góð leið við að geyma vetni um borð í einkabílum í nægilegu magni til að hægt sé að keyra langar leiðir. 

Á því vandamáli eru vafalítið margar lausnir. Þetta þarf að rannsaka vel og vandlega á næstu árum. Það er ekki bara hlýnun jarðar sem er í húfi heldur skiptir ofsalega miklu máli að verða ekki háð erlendum ríkjum um orku. Og geta jafnvel flutt hana út í stað þess að kaupa hana dýrum dómum.

Í bili hafa menn fundið millileik. Í stað þess að reyna að keyra bíla á hreinu vetni þá er hægt að framleiða vetni og festa það svo á kolefni á eins einfaldan hátt og hægt er. Með því að festa 4 vetnisatóm utan á eitt kolefnisatóm þá margfaldar maður orkuinnihaldið.

Við köllum þetta efni  metan (CH4).

Metan brennir vissulega kolefni og til verður CO2. En magn þess er meira en helmingi minna en magnið sem brennur í bensínvél. Það má einnig nota sama dreifikerfi og notað er við bensínsölu og áhrifin á ökumenn yrðu sáralítil. Einn tankur af metani dugar til að keyra álíka langa leið og einn tankur af bensíni þótt metanið innihaldi ekki jafnmikla orku. Það nýtist betur.

Það er hægt að fá kolefni til að festa við vetnið og framleiða metan nærri hvar sem er. Á Íslandi er í gangi verkefni þar sem lífrænn úrgangur er nýttur til framleiðslunnar.

Þá er metan léttara en algenga eldsneytið sem þýðir að bílar verða léttari og eyða minna. Og loks má nefna að etanól er skaðlaust við innöndun og snertingu, sem bensínið er svo sannarlega ekki.

En markmiðið hlýtur að vera að hanna bíla sem framleiða ekkert CO2. Það hlýtur samt að teljast mikil framför að nota metan frekar en bensín eða dísel. Við getum framleitt það sjálf, það nýtist betur og mengar miklu minna.

Verkefnið að stíga næsta skref bíður vísindamanna framtíðarinna.

Í dag er hægt að fara með venjulegan bíl á sum verkstæði og láta breyta honum í metanbíl. Það kostar vissulega dálítið en eftir breytinguna er bíllinn með tvo tanka: metantank og bensíntank. Þessi tækni mun þróast áfram og veita rafmagnsbílum samkeppni næstu árin.

Orkuöflun

Það er deginum ljósara að menn þurfa að leita allra leiða til að afla sér orku með öðrum hætti en að brenna kolefnaeldsneyti. Í sjálfu sér vantar ekki hugmyndir – en það tekur alltaf tíma fyrir nýja tækni að leysa gamla tækni af hólmi. Stundum getur skiptingin jafnvel verið sársaukafull og erfið – því fjöldinn allur af fólki byggir lífsafkomu sína og menningu á lífsháttum og atvinnuvegum sem skipt er út fyrir nýja. Gott dæmi um slíkt eru miklir erfiðleikar sem steðjuðu að kolanámubæjum (t.d. í Bretlandi) þegar skipt var úr kolum og yfir í olíu. Þau skipti tóku um hálfa öld og miklir félagslegir erfiðleikar fylgdu. Kjör námamanna urðu erfið og heil sveitarfélög lentu í miklum vanda. Þetta leiddi til samfélagsátaka og verkfalla upp úr 1980 í Bretlandi.

En þrátt fyrir þetta verður það ekki umflúið að reyna að skipta yfir í umhverfisvænni orkugjafa. Það þýðir ekki að nota eitruð efni eða hættuleg í jafn miklum mæli og gert er. Og raunar mætti spyrja hvort ekki sé frekar heimskulegt af ríkum þjóðum (eins og Íslendingum) að sóa jafn mikilli orku og við gerum – þegar áhrif þess eru jafn slæm og raun ber vitni.

Stundum er sagt að Íslendingar séu alls engir orkusóðar – heldur þvert á móti sé hreinasta orka heimsins notuð á landinu. Það er varla hægt að segja að það sé rétt. Í fyrsta lagi er gríðarlega mengandi að fljúga með fólk til og frá Íslandi. Í öðru lagi keyrum við mikið og notum almenningssamgöngur lítið. Í þriðja lagi notar meira og minna allur fiskiflotinn við landið olíu. Það er engin smá mengun sem af þessu hlýst. En við notum vissulega ekki jarðefnaeldsneyti mikið við rafmagnsframleiðslu (þótt þess séu enn nokkur dæmi).

Ísland er frekar hálent og blautt land og því falla mörg vötn til sjávar. Það er því ekki skrítið að þjóðin nýti fallvötnin (árnar). Það eina sem þarf til að breyta einhverri orku í rafmagn er hreyfing. Það þarf að hreyfa vír nálægt segli eða öfugt. Við það dregur segullinn rafeindir vírsins af stað og rafmagn er orðið til. Með því að láta hjól í rennandi vatn er auðvelt að gera þetta. Best er þó að safna miklu vatni á einn stað og safna upp þrýstingi. Þá gerist svipað og þegar stungið er gat neðarlega á stóra plastflösku. Vatnið bunar af miklum krafti úr flöskunni.

Við köllum svæði sem lögð eru undir svona vatnssöfnun á landinu uppistöðulón. Sum eru gríðarstór. Þaðan er vatnið leitt niður brött göng (og aðdráttarafl er notað í viðbót við þrýstingin) og það látið snúa hverfli. Við það verður til rafmagn.

Kostir þessarar aðferðar eru ótvíræðir. Koldíoxíð verður ekki til og eina úrgangsefnið er vatnið sjálft, sem síðan má senda aftur í farveg sinn. Og maður gæti jafnvel haldið að þessi aðferð við rafmagnsframleiðslu sé fullkomin. Það er hún samt ekki.

Í fyrsta lagi þarf að leggja stór svæði undir uppistöðulón og lónin fara illa með svæðin. Þau drekkja bæði landslagi og lífríki – og valda þar með svipuðum áhrifum og við óttumst þegar gróðurhúsaáhrifin eru annarsvegar. Nema að þau drekkja náttúrulegum svæðum sem oft eru viðkvæmt lífríki viðkvæmra dýra- og plöntutegunda.

Í öðru lagi er mismikið í lónunum eftir árstíma og þegar lítið er í þeim stendur leirbotn upp úr. Hann þornar og verður að miklum söndum sem geta fokið í hvössu veðri og myndað heilu sandstormana sem skemma lífríkið nálægt lónunum. Sem og útsýnið. 

Í þriðja lagi er þessi auðlind ekki nothæf á sama stað nema í ákveðinn tíma. Smám saman (á áratugum og jafnvel meira en öld) fyllast lónin af aurburði og eftir það er staðurinn ónýtur. Og þá er ekki hægt að hleypa bara vatninu af og fá náttúruna aftur. Heilt svæði er ekkert annað en aur og leðja. Það er því líklega best að hafa bara vatnið þar áfram.

Í fjórða lagi fylgir því mikið rask að framleiða rafmagn langt inni í landi og flytja það síðan út að strönd þar sem byggðin er. Það þarf því að leggja miklar og langar línur sem skemma útlit landsins.

Jarðhiti er mikill á Íslandi og þjóðin er farin að nota hann til raforkuframleiðslu. Og þótt hann sé ekki óendanleg auðlind heldur þá er vissulega freistandi að reyna að nota hitann sem býr í iðrum jarðar til orkuframleiðslu. 

Jarðvarmi er yfirleitt nýttur þannig að heitt vatn er leitt upp til yfirborðs og notað til að hita ferskt vatn eða breytt í gufu sem snýr hverfli.

Vandinn við jarðvarmavirkjanir felst aðallega í því að losna þarf við vatnið og efnin sem streyma með því upp úr jörðinu. Sum þessara efna eru gróðurhúsagastegundir, önnur menga svæðin umhverfis virkjanirnar. Og loks þarf að losna við allt þetta vatn sem hleypt er upp úr jörðinni. Það verður að teljast nokkuð snjöll leið að safna þessu umframvatni í stóran poll og selja aðgang að honum eins og gert er í Bláa lóninu. En það má líka dæla því aftur ofan í jörðina eins og gert er á Hellisheiðinni rétt austan við Reykjavík. Afleiðing af því hefur raunar verið nokkuð örir smáskjálftar.

Fólki finnst ekkert sérlega notaleg tilhugsun að orkunýting feli í sér jarðskjálfta.

Sólarorka er í raun og veru uppspretta flestrar þeirrar orku sem við nýtum (nema kannski jarðvarmans). Það er sólin sem leggur til orku í að flytja vatn upp á fjöll svo hægt sé að stífla það. Það er sólin sem gefur plöntunum orku sem svo breytast í olíu. Það er sólin sem framkallar vindinn (sem hægt er að nýta).

Svo er hægt að nýta sólarorkuna beint.

Það er yfirleitt gert með því að líkja eftir plöntum sem geta ljóstillífað (unnið orku úr sólarljósi). 

Vandinn við sólarorku er að sólskin kemur og fer og þegar sólin hverfur bak við ský eða nóttin fellur á hættir orkuframleiðslan. Það er því nauðsynlegt að geyma orkuna með einhverju móti. Það er auðvelt í tilfelli jarðhita og fallvatna. Þar getur maður framleitt eftir þörfum. En sólin spyr ekki að því. 

Ein leið við að nýta sólarorkuna er að láta hana kljúfa vatn í vetni og súrefni. Það er þá hægt að safna vetninu og súrefninu á tanka, svipað og jarðgas, og brenna þegar þörf er á. Það er meira að segja hægt að nota skólp – vatnið þarf alls ekki að vera hreint. Og jafnvel er hægt að nýta slíka klofnun til að hreinsa skítugt vatn og breyta því aftur í neysluvatn.

Vandinn er að okkur hefur ekki tekist að nýta orkuna úr sólarljósinu nægilega vel enn og það er enn mjög dýrt. Auk þess taka sólskífur mikið pláss. En hér má örugglega finna sniðugar lausnir á næstum árum. Til dæmis benti einn nemandi á einu sinni að kjörið væri að nota gardínur sem sólarorkuframleiðslutæki. Maður dregur fyrir þegar sólin er sterk og því ekki að framleiða rafmagn um leið?

Þörungaeldsneyti er í sjálfu sér ekki svo ólíkt því að nota olíu. Þörungar af ýmsum gerðum lifa á koldíoxíði í höfunum og minnka þar með magn gróðurhúsategunda. En í stað þess að láta koldíoxíðið setjast á hafsbotninn þá má nýta orkuna beint úr þörungunum sjálfum. Og hætta í staðinn að nota olíu. Og þótt þörungaeldsneyti sendi CO2 út í andrúmsloftið þá var það CO2 sem þörungarnir söfnuðu úr sjónum og loftinu. Því væri um að ræða hringrás og aðferð við að fanga aftur koldíoxíðið sem við höfum sent út í andrúmsloftið.

Fleiri aðferðir má nefna. Til dæmis er hægt að safna orku sjávarfallanna og bylgjuorku. Kjarnorkurannsóknir hafa komið fram með kjarnorkurafala sem nýtt geta úrgang frá kjarnorkuverum og gert hann minna hættulegan.

Það sem er a.m.k. alveg ljóst er að eitthvað mun breytast. En hvort það er nógu hratt og nógu mikið á eftir að koma í ljós.

Venus

Upptaka úr tíma (25 mín)

Þessi pistill er unnin í samstarfi við Stjörnufræðivefinn.

Venus er líklega fallegasta stjarnan á himninum. Hún er óhemju skær. Aðeins tunglið og sólin sjást betur. Ef maður veit hvar á að leita er hægt að sjá hana um hábjartan dag.

Hún er ein af tveim reikistjörnum sem eru nær sólinni en jörðin.

Hægt er að lesa um Venus, aðrar plánetur og fleiri fyrirbæri á stjörnufræðivefnum hér. Allt sem fram kemur í þessum pistli er endursögn á lengri og nákvæmari pistli eftir Sævar Helga Bragason, sem er einn nokkurra sem hefur lagt mikla vinnu á sig til að kynna almenning fyrir undrum stjörnufræðinnar.

En snúum okkur aftur að systurreikisstjörnu okkar, Venusi.

Vegna þess hve Venus er áberandi á himninum, skær og björt, hafa menn lengi vitað ansi hreint margt um reikistjörnuna. Það er til dæmis langt síðan menn áttuðu sig bæði á fjarlægðina til hennar og stærð hennar.

Það sem vekur athygli er að Venus er bæði svipað stór og þung og Jörðin. Þar sem Venus er nær sólu en Jörðin er eðlilegt að árið þar sé styttra en hér – enda er það ekki nema tæpir 225 dagar. Kemur það bæði til af því að leið Venusar (sem er næstum hringlaga, sem er óvenjulegt) um sól er styttri en Jarðar og því að Venus ferðast dálítið hraðar eftir braut sinni en Jörðin.

Aðdráttarafl Venusar er aðeins örlítið veikara en Jarðar (ef lofthjúpar þessara plánetna væru eins myndi hlutur á Venur hrapa tæpa 9 metra á einni sekúndu í stað tæpra 10 á jörðinni). Fjarlægð Venusar frá Sólu eru 72-73% af fjarlægð Jarðar.

Það er því kannski ekki skrítið að menn skyldu láta sig dreyma um það fyrir ekki svo mörgum árum að hugsanlega gæti mannkynið einhverntíma í framtíðinni flutt sig að einhverju leyti yfir á Venus.

Eftir því sem við vitum meira um Venus virðist sá möguleiki sífellt ólíklegri. Og flestir vísindamenn eru sammála um að við ættum að taka ástandið þar svolítið alvarlega. Það er ástæða til að líta á Venus sem viðvörun um það sem getur gerst á Jörðinni ef við gætum okkar ekki.

Því þrátt fyrir að Venus sé bæði vel þekkt og fögur (og hafi oftast í þjóðtrúm verið líkt við ástargyðjur) þá eru fáir staðir í raun og veru óhugnarlegri mönnum.

Og sumt við Venus er beinlínis skrítið.

Venus snýst til að mynda í öfuga átt við allar hinar reikistjörnurnar. Og hún snýst svo löturhægt að það væri hægt að skokka á jöfnum hraða og hafa sólina alltaf á sama stað á himninum. Það er að segja ef hægt væri að skokka á Venusi. Já, eða sjá sólina af yfirborði hennar. En hvorugt er hægt.

„Dagurinn“ á Venus (sá tími sem það tekur plánetuna að snúast einn hring um sjálfa sig) er töluvert lengri en þessir tæpu 24 tímar sem það tekur jörðina að snúast. Venus snýst einn hring um möndul sinn á rúmum 243 jarðardögum. Sem þýðir, eins og Sævar bendir á, að dagurinn á Venus er í raun lengri en árið!

Þannig að Venus er skrítin skrúfa. Snýst hægt og í öfuga átt. Og ferðast næstum fullkominn hring um sólina, ein allra reikistjarna. 

Það hlýtur því eitthvað að hafa komið fyrir Venus sem varð til þess að hún fór að snúast í öfuga átt. En hvað það er veit enginn. Líklegasta kenningin enn um mundir er að eitthvað stórt og mikið hafi klesst á Venus og valdið þessu. Enn hafa þó ekki komið fram önnur sönnunargögn um það.

Ef horft er á Venus með berum augum sjást ekkert nema ský. Það er vegna þess að venjulegt ljós endurkastast af yfirborði skýjanna. Til þess að við gætum séð yfirborð Venusar, eins og hægt er að sjá yfirborð Jarðar úr geimnum, þá verður ljós að komast bæði inn að yfirborðinu og út aftur.

En það er til fleira ljós en sýnilegt og með því að skoða aðrar bylgjutegundir ljóss en „sýnilegt ljós“ er hægt að sjá Venus, jafnvel gegnum þessi miklu ský.

Og það sem meira er, að með því að skoða gaumgæfilega ljós sem berst frá Venusi er hægt að sjá heilmargt um það hvaða efni ljósið ferðast gegnum. Hvert efni hefur nefnilega þann „hæfileika“ að „stela“ tiltekinni tíðni úr ljósinu og skilja þar með eftir vísbendingar um sjálft sig. Það má líkja þessu við að matarvagni sé ekið gegnum kennarastofuna og svo geta nemendur áttað sig á hvaða kennarar eru á svæðinu með því að skoða hvaða matur hvarf af vagninum. Ef gulrætur og baunabygg er horfið er nokkuð ljóst að Halla er mætt. Ef allur maturinn er farinn er Binni inni.

Þegar haft er í huga að Venus endurspeglar frá sér mjög miklu af sólarljósinu (sem er ástæða þess að maður sér ekki plánetuna sjálfa, heldur aðeins skýin, þá væri alveg rökrétt að álykta að kannski sé ekkert voðalega heitt á plánetunni. En samt er miklu, miklu heitara á Venus en Jörðinni. Og það er ekki bara vegna þess að hún er nær sólinni en Jörðin. 

Hitastigið á Venusi er nærri 500 gráður á selsíus!

Þessi mikli hiti stafar af lofthjúpnum utan um plánetuna. Lofthjúpurinn, sem ástæða er til að halda að hafi einhverntíma verið ekki ósvipaður lofthjúp Jarðar, hefur breyst í ofurheitan bakaraofn – sem gerir Venus að heitustu plánetu sólkerfisins.

Lofthjúpurinn er svo þykkur og mikill að ef maður gæti náð yfirborði Venusar (sem er ekki svo ósvipað yfirborði jarðar enda pláneturnar úr svipuðum efnum) þá liði manni eins og maður væri á kafi í vökva og maður gæti jafnvel svifið langar vegalengdir með lítilli fyrirhöfn. En manni liði svosem ekki vel því loftþrýstingurinn væri ægilegur eða 90 sinnum meiri en við yfirborð jarðar. Maður þarf að kafa niður á kílómetra dýpi í sjóinn til að finna álíka þrýsting á jörðinni.

En sjórinn er einmitt lykilatriðið í því hvers vegna jörðin er þægilegur og góður staður – en Venus brennandi heitt helvíti.

Líklega var einu sinni sjór á Venusi. En nú er þar aðeins skraufaþurr jarðvegur. Venus er virk pláneta, og þar verða eldgos alveg eins og á Jörðinni. Nema hvað ekkert bendir til þess að yfirborð Venusar skiptist í fleka eins og á Jörðinni.

Það sem er líklegast til að hafa falið í sér þessa ofboðslegu hlýnun er sólin sjálf. Fyrir mjög löngu síðan skein hún ekki eins sterkt og hún gerir nú. En smám saman varð hún sterkari uns hún kom af stað ferli á Venus sem ekki varð haldið aftur af. Ferlið má kalla óðagróðurhúsaáhrif.

Í eldgosum fara út í andrúmsloftið margar gastegundur. Þeirra helstar eru vatnsgufa (H2O), koldíoxíð (CO2) og brennisteinsdíoxíð (SO2). Þessar gastegundir eru gróðurhúsalofttegundir. Þær halda hita á plánetunni. Þetta má auðveldlega finna á Jörðinni eftir kalda, stjörnubjarta nótt, þegar allt er ískalt – miklu kaldara en það hefði orðið ef skýjað er. 

Jörðin hefur frábært fyrirkomulag í að eiga við þessar gastegundir, sérstaklega CO2 og SO2. Kerfið virkar þannig að sjórinn drekkur þær í sig og sér til þess að þær safnast ekki fyrir í lofthjúpnum. Smám saman bindast þessi efni við bergið þegar til verða ný setlög. Og þá eru efnin orðin partur af skorpunni, þar til þau sleppa út aftur við eldgos.

En á Venusi hlýnaði svo mikið að sjórinn fór að gufa upp. Við það söfnuðust gastegundirnar (og þar auðvitað helst H2O) fyrir í loftinu og gerðu plánetuna enn heitari. Við það gufaði upp enn meira af sjó, uns ekkert var eftir nema sjóðandi heitur lofthjúpur og þurr jörð.

Það er svosem engin ástæða til þess að mála skrattann á vegginn. En vísindamenn taka örlög Venusar mjög alvarlega. Venus er enda sönnun þess sem getur gerst við plánetu eins og Jörðina ef aðstæður eru óhagstæðar. 

Ekki síst af þessum ástæðum þykir flestum vísindamönnum ofsaleg heimska að halda áfram að dæla gróðurhúsalofttegundum út í andrúmsloft Jarðar eftir að öllum er orðið það meira en ljóst að Jörðin er farin að hitna töluvert vegna þess. Því ef við missum stjórn á hitastigi Jarðar þá er ekki öruggt að aftur verði snúið. Því þótt Jörðin verði kannski engar 480°C þá getur mjög lítil breyting á meðalhita, kannski örfáar gráður gert stór svæði óbyggileg sem nú eru byggð milljónum manna. 

http://www.stjornufraedi.is/

Er jörðin að hitna of mikið?

Smelltu hér til að hlusta.

Þessi texti er að stofni til grein af vefnum loftslag.is. Gerðar hafa verið smávægilegar orðalagsbreytningar. Loftslag.is er einn fremsti vísindafræðsluvefur Íslands í dag.


Athugið: Ef þú sérð ekki mynd hér fyrir neðan þarftu að skipta um útlit á síðunni hér vinstra megin fyrir ofan.

Upphafið

Þegar vísindamenn uppgötvuðu ísaldir fortíðar varð þeim ljóst að miklar loftslagsbreytingar hefðu átt sér stað í fyrndinni1. Menn veltu fyrir sér mögulegum ástæðum og fannst sumt líklegra en annað. Efst á lista voru: Breytingar á hita sólar, eldgos, fellingahreyfingar fjalla (sem breyttu vindáttum og sjávarstraumum). En um leið komu fram hugmyndir um að breytingar hefðu átt sér stað í andrúmsloftinu.

Árið 1896 rannsakaði sænskur vísindamaður að nafni Svante Arrhenius þá hugmynd að með brennslu jarðefnaeldsneytis (olía, kol...), sem yki CO2 í andrúmsloftinu, myndi meðalhitastig jarðar aukast. Þetta þótti samt ekki líklegt enda var eðlis- og efnafræðin á bakvið kenninguna vægast sagt óljós.

Á fjórða áratug (1930-1940) síðustu aldar, tóku menn eftir því að Bandaríkin og svæði umhverfis Norður-Atlantshafið hafði hlýnað töluvert á hálfri öld eða svo. Flestir vísindamenn töldu líklegast að þetta væri tímabundin, náttúruleg breyting sem ómögulegt væri að útskýra. Þó hélt maður að nafni G.S Callandar á lofti kenningu um einhvers konar gróðurhúsaáhrif 2. 

En hver sem ástæðan fyrir hlýnuninni var, þá fögnuðu menn henni 3.

Á sjötta áratugnum(1950-1960) fóru nokkrir vísindamenn að kanna gróðurhúsakenningu Callandars með betri tækni og nákvæmari útreikningum. Þessar rannsóknir sýndu fram á að fræðilega gæti CO2 vissulega safnast upp í lofthjúpnum og valdið hlýnun. 

Mælingar sýndu svo fram á það árið 1961 að magn CO2 væri í raun að aukast í lofthjúpnum 4.

Sjá einnig Áhrif CO2 uppgötvuð

Framfarir

Á næstu áratugum fleygði vísindunum fram þegar fram komu einföld stærðfræðilíkön sem höfðu getu til að reikna út loftslagsbreytingar. Rannsóknir á fornloftslagi út frá frjókornum og steingervingum skelja tóku einnig kipp og smám saman áttuðu menn sig á því að meiriháttar loftslagsbreytingar væru mögulegar og höfðu  gerst 5. 

Árið 1967 sýndu útreikningar að meðalhiti jarðar gæti hækkað um nokkrar gráðu innan 100 ára af völdum útblásturs CO2. Ekki þótti ástæða til að hafa áhyggjur af þessu en menn voru sammála um að það þyrfti að rannsaka þetta betur.

Umhverfisvitund vaknaði á áttunda áratugnum og ótti jókst vegna athafna manna og áhrifa þeirra á umhverfið 6. Ásamt gróðurhúsakenningunni komu fram réttmætar áhyggjur vegna sóts og rykagna í andrúmsloftinu af völdum manna og áhrif þeirra til kólnunar (mælingar sýndu kólnun frá því á fimmta áratugnum á norðuhveli jarðar). Fjölmiðlar urðu mjög ruglandi í umfjöllu um þessi ár á næstu árum og blésu jafnvel upp fréttir af yfirvofandi ísöld á einni blaðsíðu (vegna kólnunar út af ögnum) og sögðu af því að jöklar myndu bráðna, lönd fara á kaf og jörðin hitna (vegna gróðurhúsaáhrifa) á  þeirri næstu 7.

Vísindamenn voru sjálfir nokkuð ringlaðir og segja má að það eina sem vísindamenn voru almennt sammála um á þessum tíma, að mikill skortur væri á þekkingu á loftslagskerfum jarðar. Söfnun loftslagsgagna jókst hröðum skrefum, allt frá mælingum hafrannsóknaskipa og yfir í gervihnattamælingar.

Flókið púsluspil

Vísindamönnum varð smám saman ljóst að um flókið púsluspil væri að ræða og að margt hefði áhrif á loftslag. Eldvirkni og breytingar í sólinni voru ennþá talin vera frumkrafturinn á bak við loftslagsbreytingar 8 og að þeir kraftar yfirgnæfðu áhrif manna. Þá töldu menn líklegt að jafnvel lítil breyting á sporbaugi jarðar um sólu hefði áhrif. Það kom í ljós að stjarnfræðilegar hringrásir (fjarlægð frá sólu, breytingar í möndulhalla o.fl.) hefðu haft áhrif á jökulskeið ísalda. Ískjarnar úr jöklum Grænlands og Suðurskautsins sýndu einnig fram á mikil og geigvænleg stökk í hitastigi jarðar í fyrndinni.

Með keyrslu betri tölvulíkana fóru að koma fram vísbendingar um hvernig þessar snöggu hitabreytingar ættu sér stað, t.d. með breytingum í hafstraumum 9.  Sérfræðingar spáðu þurrkum, stormum, hærri sjávarstöðu og öðrum hörmungum. 

Þekkingin var þó ekki næg og urðu vísindamenn að mata líkön sín með upplýsingum sem ekki voru nægilegar til að hægt væri að treysta þeim (upplýsingar um skýjahulur og fleira). Vegna þessarar óvissu héldu margir því fram að lítið væri hægt að álykta út frá rannsóknunum. 

Mælingar sýndu að styrkur fleiri lofttegunda var að aukast í andrúmsloftinu, lofttegundir sem líka myndu hafa áhrif til hlýnunar og væru skaðlegar ósónlaginu. Með sameiginlegu átaki jarðarbúa gátu menn komið í veg fyrir eyðingu ósonlagsins (allavega í bili) en það er önnur saga. Viðkvæmni lofthjúpsins var þannig ljós 10.

Í lok áttunda áratugsins (1970-1980) var ljóst að hitastig var enn að hækka og alþjóðleg vísindaráð byrjuðu að hvetja til minnkunar útblásturs gróðurhúsalofttegunda. Árið 1988 var heitasta árið frá því mælingar hófust fram að því (flest árin síðan hafa verið heitari!). 

Vegna óvissu og vegna þess hve flókin loftslagskerfin eru deildu vísindamenn áfram um hvort ríki heims ættu að gera eitthvað í málinu. Samtök og einstaklingar sem voru á móti reglugerðum um losun CO2 byrjuðu að eyða miklum peningum í að sannfæra fólk um að vandamálið væri ekki til staðar 11.

Óvissan minnkar

Rannsóknir vísindamanna jukust hröðum skrefum og skipulögðu þeir verkefni sem náðu um allan heim. Ríki heims tóku saman höndum og settu á laggirnar vísindanefndir skipaðar vísindamönnum og embættismönnum til að komast að samkomulagi um hvað væri í raun að gerast.

Árið 2001 komst vísindanefnd Sameinuðu þjóðanna um loftslagsmál (IPCC) að niðurstöðu um mjög varlega orðaða ályktun sem fáir sérfræðingar voru ósammála.  Nefndin gaf út þá yfirlýsinga að þó að loftslagskerfi jarðar væri það flókið að vísindamenn myndu aldrei þekkja það algjörlega til hlítar, þá væri það miklum mun líklegra en ekki að jarðarbúar myndu verða upplifa hnattræna hlýnun 12. Á þessum tímapunkti var kenningin um hlýnun jarðar því fullmótuð í raun. Vísindamenn voru búnir að púsla saman nægilega miklu af púslinu til að hafa góða hugmynd um það hvernig loftslag gæti breyst á 21. öldinni og að það sem hefði hvað mest áhrif væri hvernig losun CO2 myndi þróast.

Frá 2001 hafa tölvulíkön þróast og magn fjölbreytilegra gagna aukist gríðarlega, sem styrkt hefur þá niðurstöðu að útblástur manna sé líklegt til að valda alvarlegum loftslagsbreytingum. IPCC staðfesti það í skýrslum frá árinu 2007, en enn eru töluverð skekkjumörk á áætluðum loftslagsbreytingum, meðal annars vegna óvissu um hversu mikið verður hægt að draga úr útblæstri CO2.

Í lok næstu aldar er því áætlað að meðalhiti jarðar geti verið búinn að hækka um 1,4 – 6°C. Þrátt fyrir að enn sem komið er sé hitinn ekki farinn að nálgast þessi hitagildi, þá eru áhrif hlýnunar þegar farin að hafa áhrif á jarðarbúa: Dauðsföll af völdum hitabylgja í Evrópu, hækkandi sjávarstaða, meiri þurrkar og flóð, útbreiðsla hitabeltissjúkdóma og hnignun viðkvæmra dýrategunda 13.

Þekking manna eykst á orsökum hlýnunarinnar, enn koma þó mótbárur frá litlum hóp vísindamanna sem neita að trúa að CO2 sé orsökin, en loks er þó útlit fyrir að ríki heims ætli að taka saman höndum og reyna að draga úr losun CO2 – það mun reynast gríðarlega erfitt verkefni, en mikilvægt 14.

Heimildir og frekari upplýsingar:

Nánar má fræðast um sögu kenningarinnar um hlýnun jarðar á heimasíðunni Discovery of Global Warming. Einnig er ágætis yfirlit yfir söguna á heimasíðu New Scientist og gott yfirlit má  finna á íslensku í Ritinu 2/2008.

Skýrslur IPCC má nálgast hér.