Anja Røyne

Fysiker


av Legg igjen en kommentar

Hvordan kan vann fordampe uten å koke?

Den hvite jula lar vente på seg her i hovedstaden. I stedet testes tålmodigheten vår med regn og søledammer som slett ikke hører desember til. Jeg håper de tørker opp før kuldegradene kommer, så ikke alt blir dekket av is. Vannet kan heldigvis fordampe fra bakken selv om det er kaldt og mørkt ute.

Men hvordan fungerer det, egentlig?

Dette er også desember. Eget bilde.

Full fart i vannet

Vi vet jo at flytende vann omdannes til damp når det når 100 grader celsius. Om kjelen blir stående på kok lenge nok, forsvinner alt vannet ut i lufta. Samtidig har vi alle erfaring med at vann kan fordampe ved langt lavere temperaturer. Svetten som fordamper fra huden vår er livsviktig for å kjøle oss ned når det er varmt i været, og klesvasken kan tørke ute selv om vinteren, bare vi venter lenge nok.

For å forstå dette, kan det hjelpe å tenke på at vann består av små partikler, nemlig vannmolekylene (som igjen består av et oksygen og to hydrogenatomer, men det trenger vi ikke å tenke på akkurat nå). Selv om vannet i søledammen ligger i ro, er vannmolekylene hele tiden i bevegelse. De fyker rundt hverandre og kolliderer med hverandre, omtrent som en flokk med barnehagebarn som blir sluppet løs på en fotballbane.

Denne simuleringen av hvordan vannmolekylene beveger seg har jeg fått fra min kollega Henrik Sveinsson, som har brukt molekyldynamikk til å lage den.

Jo høyere temperatur vannet har, desto mer er det av denne mikroskopiske bevegelsen. Faktisk er temperatur et direkte mål på gjennomsnittstemperaturen til atomene og molekylene som et stoff består av. Dersom vi kunne fått alt til å stå i ro, hadde vi kommet oss helt ned til det absolutte nullpunkt på minus 273,15 grader celsius. Kaldere går det ikke an å få det.

Molekyler som stikker av

Nå lurer du kanskje på når vi skal komme til fordampingen? Vel, det krever en viss fart for at et molekyl skal kunne forlate sine venner i vannet og fare ut i lufta. Og i bunn og grunn er det akkurat det som er fordamping. I det flytende vannet beveger molekylene seg rundt i vannet, men de holder seg hele tiden litt fast i molekylene de har rundt seg. Et molekyl som beveger seg i retning opp mot vannoverflaten klarer bare å fortsette ut i lufta dersom det har tilstrekkelig stor fart til å kunne rive seg løs fra de andre molekylene.

I vannet vil det alltid være noen molekyler som beveger seg ekstra fort, og andre som beveger seg ganske treigt. Det er de raskeste molekylene som har mulighet for å frigjøre seg fra vannet under. Jo høyere temperatur vannet har, desto flere raske molekyler og desto raskere kan vannet fordampe.

Fordamping gjør vannet kaldere

Når et ekstra raskt molekyl stikker ut i lufta, blir gjennomsnittsfarten til molekylene som er igjen, lavere enn den var før. Det er som om Norges rikeste person skulle flyttet til Sveits (et hypotetisk eksempel) – da ville den gjennomsnittlige formuen til Norges innbyggere blitt litt mindre. Lavere gjennomsnittsfart er det samme som lavere temperatur. Det betyr at fordampingen får vannet til å kjøle seg ned.

Når vannet i sølepytten får lavere temperatur, vil det gjøre at det flyter varme fra bakken under, og opp i vannet. Varme flyter nemlig alltid fra høy mot lav temperatur. I den mikroskopiske verdenen skjer det ved at molekyler kolliderer med hverandre slik at raske molekyler overfører noe av sin fart til dem som beveget seg langsommere. Denne varmestrømmen gjør at det fortsetter å være noen raske molekyler som kan fyke opp fra vannflaten, og om det bare går lang nok tid før neste regnskur, vil til slutt hele pytten fordampe.

Det er den samme mekanismen som gjør svetten så effektiv i å kjøle oss ned. De raskeste vannmolekylene forlater svetten og blir til vanndamp, slik at gjennomsnittsfarten i svettelaget på huden reduseres og temperaturforskjellen mellom svetten og huden under får det til å strømme varme fra huden og ut i svetten. Slik ledes varme vekk fra kroppen og hindrer oss i å overopphetes.

Fordamping, kondensering og sublimering

Noen ganger virker det som om vannet på overflatene aldri forsvinner, og at svetten bare blir liggende på huden som et seigt lag. Det skjer når det er for mye fuktighet i lufta. Mens de raskeste vannmolekylene forsvinner ut i lufta, vil noen av molekylene som allerede er i lufta ha fått så lav fart gjennom sine kollisjoner at de fester seg til vannflaten og blir en del av vannet. Dette er det motsatte av fordamping, altså kondensering. Dersom det kondenseres like mye vann som det som fordamper, blir ingenting tørt. Kondenseres mer enn det som fordampes blir bakken dekket av dugg.

Når det er kuldegrader ute, som vi forhåpentligvis får snart her jeg bor, virker alt veldig stille. Men selv i iskrystallene som glimter i vintersola er vannmolekylene i bevegelse. Også fra dem kan de raskeste løsne fra overflaten og forsvinne ut i den kalde lufta. Det heter sublimering og gjør at også is kan forsvinne, bare lufta er tørr nok.

Vakkert rim, så lenge det varer. Eget bilde fra en kaldere vinter.


av Legg igjen en kommentar

Global solskjerming – teknologisk galskap eller siste utvei?

Da vulkanen Pinatubo i Filippinene hadde utbrudd i 1991, førte det til at den globale gjennomsnittstemperaturen sank merkbart i årene som fulgte.

Årsaken var at utbruddet sendte store mengder av gassen svoveldioksid opp i stratosfæren (mer enn 10 km opp i lufta, høyere enn de fleste av skyene på himmelen) der den reagerte med vanndamp og dannet ørsmå dråper av svovelsyre. Disse dråpene reflekterte bort en del av lyset fra sola, som dermed ikke nådde ned til jordoverflaten, som et globalt og veldig tynt slør rundt jorda. Og som vi selv merker når vi beveger oss fra åpent landskap inn under skyggefulle trekroner en solfylt sommerdag, er skygge en effektiv metode for å skape litt lavere temperatur.

Når menneskeskapte utslipp av drivhusgasser får den globale gjennomsnittstemperaturen å stige stadig mer fra det nivået sivilisasjonen vår har tilpasset seg, dukker Pinatubo opp som en fascinerende utvei. Hva om vi gjør noe tilsvarende selv? Det er ikke uoverkommelige mengder med svoveldioksid eller et annet reflekterende materiale som skal til for å få til en merkbar nedkjøling, i alle fall ikke i teorien.

Hadde det eksistert en teknologisk kvikk-fiks for klimaet uten negative bivirkninger, så hadde den sikkert vært tatt i bruk for lenge siden. Det er haugevis av grunner til å være kritisk til global solskjerming (på engelsk kalt Solar Geoengineering eller Solar Radiation Management), noe som siden 2022 har fått mer enn 600 forskere fra hele verden til å skrive under på et opprop mot bruk av teknologien. I et åpent brev til FN og verdens myndigheter ber de om at ingen skal hverken finansiere utvikling av teknologier for global solskjerming, tillate utendørs eksperimenter knyttet til slik teknologi, innvilge patenter, ta i bruk teknologi som er utviklet av andre, eller inkludere muligheter for global solskjerming i utredninger av mulige klimatiltak.

Betenkelige bivirkninger

Litt mindre sollys over hele jorda vil ikke være det samme som å få litt mindre kraftig drivhuseffekt. Partikler i stratosfæren kan redusere gjennomsnittstemperaturen, men virkningen vil variere mellom ulike steder på jorda. Hvem er det da som får bestemme hvilken «innstilling» som er best? Sannsynligvis ikke dem som allerede er mest utsatt for klimaendringene: verdens fattigste – de som har aller minst skyld i at jorda blir varmere. Og om for eksempel Norge skulle ta ansvar for et globalt solskjermingsprogram og det året etter blir tørke og avlingssvikt i India, vil det da være vår skyld?

Det er skrevet mange interessante bøker både for og imot klimafiksing – dette er de jeg hadde i bokhylla nå (ja, den ene er min)

Om temperaturen holdes konstant ved å slippe inn mindre sollys, samtidig som biler, fly og kraftverk pøser stadig mer CO2 ut i atmosfæren, vil det også bli mer og mer CO2 i havet, slik at det blir surere. Denne effekten gjør det blant annet vanskelig for en del viktige planktontyper å lage skjellet sitt. Og hva skjer om firmaet eller den internasjonale organisasjonen som finansierer solskjermingen går tom for penger, eller bestemmer seg for å prioritere annerledes? Da blir himmelen klar igjen og all oppvarmingen som har blitt maskert de foregående årene vil merkes fort og brutalt. Fenomenet kalles Termination shock og er tema for romanen av Neil Stephenson fra 2021 med samme navn, som anbefales alle som liker tykke og nerdete bøker om ubehagelig realistiske fremtidsmuligheter.

Kan det allikevel være lurt med litt forskning?

På den annen side: klimaendringene skjer, det er godt kjent at de kommer til å ha dramatiske og negative konsekvenser, og hvert år lar reduksjonene i klimagassutslipp vente på seg. Det går an å se på global solskjerming som en medisin mot symptomene en farlig sykdom, en medisin som riktignok kan gi mange skumle bivirkninger, men fortsatt kan være god å ha om sykdommen blir for ille. Det blir gjort forskning på temaet, også i Norge, men bare med datamaskiner der man kan legge inn en liten reduksjon i innstrålingen fra sola og se hvilke sannsynlige følger det kan få for klimaet ulike steder på jorda. Harvard University har hatt et stort forskningsprogram på temaet, der de også planla et begrenset utendørs eksperiment i Sverige, men denne aktiviteten ble innstilt i fjor.

Å forske på mulige konsekvenser av global solskjerming er ikke det samme som å jobbe for at det skal innføres. Forskning kan gjøre oss i bedre stand til å veie ulemper mot fordeler, selv om den aldri vil gi alle svarene. Og kanskje er det ikke så dumt at offentlige institusjoner følger litt med på slik hypotetisk teknologi, for før vi vet ordet av det kan den ha blitt til virkelighet. I en spørreundersøkelse som nylig ble gjort blant klimaforskere svarte flertallet at de frykter at «enkeltland eller milliardærer vil ta klimasaken i egne hender». Det har dukket opp flere oppstartselskaper de siste årene som gjør seg klare til å levere solskjermings-løsninger dersom noen er villige til å betale for det. Verdens rikeste mann har også nettopp sagt at han mener global oppvarming kan unngås med en KI-drevet satellitt-sverm som reflekterer sollys ut i verdensrommet. What could possibly go wrong?

Det er så kjedelig, det der at løsninger ofte gir nye problemer. Fossile energikilder har vært løsningen på en hel haug med problemer tidligere. Vi klarer sikkert ikke løse oss ut av dette problemet heller uten at det oppstår nye problemer å gå løs på, men det er nok lurt å huske hva løsning nummer en er og må være: å slutte å øke mengden med drivhusgasser i atmosfæren.


av Legg igjen en kommentar

Birkeland – fysikeren som laget kunstgjødsel for å studere nordlys

Vi trenger mer penger til grunnforskning!

Alle forskere, alltid.

Grunnforskningen, den nysgjerrighetsdrevne forskningen som egentlig ikke har annet formål enn å la oss forstå enda litt mer om hvordan verden henger sammen, er selve gullet ved universitetene. Samtidig kan den være lett å nedprioritere når de som bevilger penger trenger å vise fram håndfast samfunnsnytte fra forskningsprosjektene. Nytten av grunnleggende kunnskap kan være vanskelig å måle i arbeidsplasser og eksportinntekter, selv om det finnes plenty av eksempler på at tilsynelatende meningsløs forskning har fått viktige konsekvenser for samfunnet mange år senere.

På jakt etter en oppfinnelse

Professor Birkeland på bakgrunnen av Universitetet, Oslo. Foto tatt med skjult knapphulls-kamera av Fredrik Carl Mülertz Størmer (senere professor i matematikk ved UiO) på 1890-tallet. Norsk Folkemuseum.

Kristian Birkeland ble født 13. desember 1867 i det som da het Christiania. Bare 31 år gammel ble han i 1898 ansatt som professor ved Fysisk institutt, Universitetet i Oslo. I dag holder vi til i en egen bygning på Blindern, men den gangen holdt fysikerne hus i kjelleren i den midterste av universitetsbygningene som i dag ligger ved Nationaltheateret stasjon.

Birkelands hovedområde var elektromagnetisme, og det han aller helst ville forske på var nordlys. Det var imidlertid heller ikke den gangen enkelt å få tak i penger til å drive kostbar forskning uten umiddelbar nytte for industrien. Da Birkeland på en internasjonal konferanse klaget sin nød til en av fysikkens store skikkelser, Lord Kelvin, ble han rådet til å komme opp med en oppfinnelse han kunne selge. Så kunne han bruke pengene fra oppfinnelsen til forskningen sin.

Birkeland prøvde seg på flere oppfinnelser, og det som virket mest lovende var utviklingen av en elektromagnetisk kanon, der prosjektilet skulle akselereres ut av kanonløpet ikke ved hjelp av eksploderende krutt, men ved magnetiske krefter skapt av strømspoler rundt røret. Han kom langt nok til at han kunne holde flere demonstrasjoner der han skøyt kanonkuler inn i treplater foran store publikum, men hadde problemer med å få skikkelig kontroll på strømkretsene. Noen ganger endte eksperimentene i store kortslutninger, som menneskeskapte lyn gjennom lufta.

Fra kanon til kunstgjødsel

Det var ikke kanonen som skulle gjøre Birkeland rik, men kortslutningene. I februar 1903 var Birkeland i en middag sammen med gründeren Sam Eyde, som satt på rettighetene til kraften fra flere av de store norske fossene. På den tiden fantes det ikke teknologi for å frakte strøm over store avstander gjennom høyspentledninger, slik vi gjør det i dag, så for å tjene penger på fossekraft måtte det bygges industri der fossen lå.

Birkeland Eyde ovn / lysbueovn med sikkerhetsadvarsel på skilt; «Under drift må ledninger ikke berøres. Livsfarlig». Fotograf ukjent 12.12.1917. Norsk Industriarbeidermuseum, CC lisens.

Eyde var på utkikk etter kraftkrevende industri, og trengte et stort lyn. På denne tiden pågikk det nemlig et kappløp for å utvikle industriell nitrogenfiksering – metoder for å splitte nitrogenmolekylene i lufta, som utgjør mesteparten av lufta rundt oss, og omdanne dem til kjemiske stoffer der nitrogen er kombinert med enten oksygen eller hydrogen og dermed kan brukes både som gjødsel og til å lage sprengstoff.

Når lynet slår ned i naturen, kombineres nitrogen med oksygen og blir tilgjengelig som gjødsel for planter. Birkeland, med sin kunnskap om elektromagnetisme, kunne bidra til å utvikle metoden for å lage gjødsel av luft på stor skala. Eyde hadde tilgang på penger og fossekraft.

Bare åtte år senere ble den første lasten av kunstgjødsel levert fra Norsk Hydros anlegg på Rjukan, som hadde gått fra å være et øde dalføre til å bli en industriby med jernbane, to kraftverk, skoler og fotballbaner. Og Birkeland fikk en innbringende avtale med Hydro som sikret ham midlene han trengte for å utforske nordlyset videre.

Kunstgjødsel til nordlysforskning – og videre til romværvarsling

Birkelands teori om at nordlyset skyldes ladde partikler fra sola som vekselvirker med jordas magnetfelt, og skaper lys når de treffer gassene i den øverste delen av atmosfæren, var omstridt på hans tid.Etter utviklingen av lysbuemetoden for å produsere kunstgjødsel fortsatte Birkeland sine ekspedisjoner og eksperimenter for å studere nordlyset og andre atmosfæriske fenomener. I dag har teoriene hans blitt etablert vitenskap, men nå er ikke lenger nordlys bare et fascinerende fenomen på himmelen. I dagens høyteknologiske samfunn har forståelsen av hva som sendes ut fra sola, og mulighetene til å varsle det, faktisk blitt svært viktig fordi solaktiviteten kan påvirke både satelitter og romfartøyer og elektroniske installasjoner her nede på jorda.

Grunnforskningen, altså. Det er noe å ta vare på.

Kristian Birkeland på 200-kroners seddelen som var i bruk fra 1994 til 2020. Nordlyset vises i bakgrunnen, og til venstre ser man en strektegning av terellaen, Birkelands eksperimentelle oppsett for å lage nordlys på laboratoriet. (eget foto av utgått seddel)

Videre lesning

Om du vil lese mer om Birkeland kan jeg anbefale to fine bøker: den korte Historien om Kristian Birkeland, Nordlysets far av Pål Brekke, og den litt lengre Kristian Birkeland – Naturvitenskapsmann og industriforsker av Alf Egeland. Jeg har også fått anbefalt boka Nordlysets gåte – beretningen om Kristian Birkeland av Lucy Jago, men har ikke fått lest den selv ennå. Historien om Birkeland er sentral i min egen Livet, døden, krig og korn. Historier om nitrogen.


av Legg igjen en kommentar

Hvordan man får vekk nitrogen fra kloakken

Oslofjorden er i krise! Kanskje har den vært det en god stund, men nå har Oslofjordens økologiske tilstand fått mye oppmerksomhet fra både medier og politikere. Artsmangfoldet går nedover, det er mer av den slimaktige lurven og mindre frodig tareskog, og nå er det ikke en gang lov å fiske i Oslofjordden lenger.

Årsakene til krisen er mangfoldige og sammensatte, slik det så ofte er med økosystemer. Både klimaendringer, miljøgifter og overfiske kan være viktige faktorer.

Problemer fra do

Ikke alt som havner i kloakken hører til der. Fra Veas. Foto: Kari Margrethe Sabro.

En annen forurensing som har fått mye oppmerksomhet i det siste er nitrogen. Nitrogen i seg selv er ikke farlig, tross alt utgjør nitrogengass mesteparten av lufta vi puster inn og ut. Problemet er når nitrogenet er kjemisk koblet sammen med oksygen eller hydrogen slik at det er lett for planter og alger å nyttegjøre seg det. Når det er mye av dette nitrogenet i vannet i fjorden, fungerer det som gjødsel for de algene som er flinke til å vokse veldig fort, sånn som de trådalgene vi kaller lurv. Da kan lurven begynne å dominere over mer nøysomme arter av tang og tare. Og når høsten kommer, og de hurtigvoksende algene dør og synker til bunns, blir de mat for bakterier som kan bruke så mye oksygen til å bryte dem ned at det ikke blir nok oksygen igjen i bunnvannet til fisk og andre organismer som hører til der nede.

Kloakken vår er en viktig kilde til dette problematiske nitrogenet, for kroppen vår kvitter seg med nitrogen hver gang vi er på do. Heldigvis slippes det vanligvis ikke urenset kloakk ut i Oslofjorden. Den tar en tur innom et renseanlegg først. Men ofte er ikke renseanlegget nok til å fjerne nitrogenet, for det krever faktisk ganske mye innsats for å få det vekk.

Hjelpsomme bakterier

Det problematiske nitrogenet er løst opp i vann, slik salt er løst opp i saltvann. Det kan man ikke fjerne med en sil eller andre mekaniske metoder. Den beste metoden som er tilgjengelig for å fjerne nitrogen er å få hjelp fra bakterier, og det skjer i to steg.

I det første steget brukes det kraftige vifter til å blåse massevis av luft inn i vannet. Det gir oksygen til bakterier som er i stand til å bruke ammonium, altså nitrogen som er koblet sammen med hydrogen, som energikilde. Disse bakteriene kan skaffe seg energi ved å forbrenne ammonium omtrent som vi får energi av å forbrenne sukker inne i cellene våre, så lenge de har nok oksygen tilgjengelig.

Dette gjør imidlertid ikke at nitrogenet blir borte eller at det blir mindre problematisk, det omdanner bare en form for nitrogen, ammonium, til en annen form, nitrat. I nitrat henger nitrogenet sammen med oksygen.

Nitrogenbobler stiger opp mot overflaten og unngår å skape problemer i Oslofjorden. Fra renseanlegget Veas på Slemmestad. Foto: Kari Margrethe Sabro.

Nitrat kan ikke forbrennes for å få tak i energi, men det kan være nyttig for en annen type bakterier, noen som har lært seg å leve uten oksygen. Derfor tilføres vannet i neste rensesteg en form for energikilde som er populær blant slike bakterier, for eksempel glykol, og så får det ligge helt i ro. I det stille vannet blir oksygenet raskt brukt opp, og da er det bare de bakteriene som klarer å lirke løs oksygen fra nitrat for å kunne forbrenne glykol, som klarer å leve videre.

I denne prosessen ender nitrogenet opp uten hverken oksygen eller hydrogen, og kan forlate vannet i par: molekyler som består av to nitrogenatomer tett bundet sammen, den samme nitrogengassen som mesteparten av lufta rundt oss består av. Da har det problematiske nitrogenet blitt fjernet fra vannet, som så kan sendes ut i Oslofjorden uten å bidra til mer lurv og mindre artsmangfold.

Tenk at naturen kan hjelpe oss på denne måten!

Bedre løsninger?

Riktignok gjør ikke bakteriene dette for oss helt av seg selv. Det krever mye energi å drive pumpene som blander luft inn i vannet. Faktisk er mengden med elektrisk energi som går med til denne rensingen på størrelse med energien som trengs for å rive fra hverandre nitrogenmolekyler fra lufta og lage nitrogengjødsel – nitrogen på den samme formen som det som fjernes i renseprosessen.

Om bare nitrogenet fra kloakken kunne ha blitt levert direkte ut på jordene for å dyrke mat, så kunne samfunnet ha spart seg for en god del energi. Her er vi ikke i dag, og det har mange årsaker. En ting er at det finnes sykdomsfremkallende bakterier og virus i kloakken som vi ikke ønsker å ha i nærheten av matproduksjonen vår. Dette kan håndteres, men i tillegg kommer legemidler og miljøgifter som fra produkter som vi har i husene og på kroppene våre som kan være vanskelige å bli kvitt. I tillegg er fabrikkprodusert nitrogengjødsel så billig og enkelt tilgjengelig at det er vanskelig å produsere noe fra kloakk som kan konkurrere på både kvalitet og pris. Fremtiden vil vise hvordan dette kan ordnes på en mindre sløsete måte enn i dag.

Vil du lese mer?

Boka Fra nattmann til renholdsverk. Avfall og reno­vasjon i Oslo gjennom tusen år av Inge Torstenson (1997) gir en fascinerende og engasjerende, detaljert fremstilling av hvordan Oslo by har håndtert sitt avfall (inkludert kloakk) gjennom tusen år. Anbefales på det varmeste.

I et internasjonalt perspektiv gir boka med den fantastiske tittelen The other dark matter. The science and busi­ness of turning waste into wealth and health av Lina Zeldovich (2021) massevis av gode og utrolige eksempler på hvordan folk har løst kloakkproblemene både før og nå.

Og så er både kloakk og gjødsel og Oslofjorden sentrale tema i min egen bok om nitrogen (2025).


av Legg igjen en kommentar

Oljeutvinning i tråd med Parisavtalen?

Hva skal til for å kunne si at norsk oljeutvinning fremover er «innenfor rammene til Parisavtalen»? Dette er tema for et notat som ble lagt fram denne uka av Norsk klimastiftelse, skrevet av Ida Sognnæs og Glen Peters som er forskere ved CICERO senter for klimaforskning.

Fra oljefeltet Johan Sverdrup. Av  Equinor. CC BY SA 3.0

I Parisavtalen fra 2015 ble de fleste av verdens land enige om å holde den globale oppvarmingen godt under 2 grader, og tilstrebe at den heller ikke skulle overstige 1,5 grader. Det vil kreve ekstremt raske utslippskutt. Alle utslipp av fossil CO2 gjør at mengden med drivhusgasser øker, og hvert år med utslipp gjør at oppvarmingen stiger. Skal Parisavtalen overholdes, må de globale utslippene ned til null en gang rundt midten av dette århundret. Det betyr også at det ikke kan være bruk for norsk olje og gass inn i evigheten.

Oljealderen er uansett på hell

Tre mulighetsbilder for produksjonsutviklingen for total produksjon på norsk sokkel 2025–2050. Figur fra Sokkeldirektoratet: Ressursrapport 2024.

Nå er det ingen som mener at Norge skal selge olje og gass i all evighet, heller, for vi har ikke uendelige forekomster å hente fra. Uansett hvor lyst vi har til å fortsette med oljevirksomhet, så kommer oljealderen til å ta slutt. Sokkeldirektoratet har laget prognoser som viser at med liten letevirksomhet og små funn, vil produksjonen av olje og gass bare være nede i bare 3 % av dagens nivå allerede i 2050. Om det derimot blir gjort en stor innsats for å lete etter nye forekomster, og det blir gjort nye, store funn i Barentshavet, kan nedgangen forsinkes en del, og vi kan ha halvparten så stor produksjon i 2050 som i dag. Nedover går det uansett.

Når utvinningen av olje og gass ser ut til å ville halveres nesten uansett hvor mye penger vi pøser inn i letevirksomhet, kan det være fristende å si at vår petroleumsvirksomhet helt av seg selv er i tråd med Parisavtalen. Verden skal forbrenne mindre fossil energi, og vi skal selge mindre. At nivået skal helt ned til null så snart som mulig mens vi fortsatt står igjen på 50 % i 2050 kan forsvares med at det er kullforbruket som bør ta slutt først, slik at oljen og gassen kan reduseres saktere, og vi kan gå ut i fra at andre land må eller bør redusere sin produksjon av olje og gass før vi gjør det. Da er det greit at vi fortsatt selger en god del, så lenge andre selger mindre. Dette er posisjonen den norske staten har tatt.

Mest til oss, eller?

Er det opplagt at det er vi, de rikeste i verden, som skal være de siste som «skrur av krana» og tjener de siste kronene på energikilden som ødelegger klimaet for alle som kommer etter oss?

Vi har jo alltid visst at oljealderen kom til å ta slutt. Ikke bare visst det, vi har planlagt for det. Det er derfor vi har oljefondet. Verdiene som fantes under bakken i Nordsjøen har gradvis blitt byttet ut med eiendommer og aksjer i datasentere og våpenprodusenter og banker og McDonalds. Vi tjener allerede mye mer penger hvert år på avkastningen fra disse aksjene enn vi gjør på salg av olje og gass, som denne figuren fra Oljefondets nettsider viser.

Årlige inntekter til oljefondet. Svart er penger fra petroleumsvirksomheten og blått er avkastningen i fondet. Fra NBIMs nettsider: https://www.nbim.no/no/investeringene/fondets-verdi/

Er vi virkelig nødt til å tvære ut denne avslutningen så lenge som mulig? Folk som jobber med olje og gass kan ikke bruke den samme tiden og arbeidskraften sin på å jobbe med grønn omstilling. Forskere fra SSB har dessuten vist at de økonomiske effektene av at Norge slutter å bygge ut nye olje- og gassfelt kommer til å være temmelig små. Jeg synes nå det er på tide å komme seg videre.


av Legg igjen en kommentar

Da jordkloden ble delt i to

Da jeg var med på Abels tårn i slutten av oktober fikk jeg svare på et fint spørsmål fra lytter (10 år): kan jorda sprekke i to eller flere deler? Spørsmålsstilleren var klar over at dette var usannsynlig, men påpekte samtidig at «alt kan jo gå i stykker». Det er jo sant.

For jorda har faktisk gått i stykker! Og nå har det kommet rykende fersk forskning om saken.

Et solsystem blir til

Solsystemet vårt ble til fra en sky av med rusk og rask som hadde samlet seg i verdensrommet. Som en kosmisk hybelkanin tiltrakk den seg stadig mer materiale helt til den ble så tung at materialet i midten presset seg sammen og ble til en lysende stjerne, med store og mindre biter av stein og is i bane rundt seg. Hver gang noen av bitene av materiale rundt sola kolliderte med hverandre, var det stor sjanse for at de klebet seg til hverandre og ble til en større bit. Og i løpet av solsystemets første titalls millioner år ble det gradvis flere store planeter med mer tomrom mellom seg.

For 4,5 milliarder år siden, rundt 100 millioner år etter at solsystemet tok til, gikk også den unge jorda i bane rundt sola. Men ifølge en ny artikkel som har sett på isotopsammensetningene i steiner fra jorda, månen og meteoritter, lå kanskje ikke jorda pent plassert mellom Venus og Mars slik den gjør det i dag. Resultatene tyder på at jorda hadde en nær nabo, en planet på størrelse med Mars, som har fått navnet Theia.

Men vi ser ikke Theia på himmelen i dag, bare rester av den. Theia kolliderte nemlig med jorda, kollisjonen slynget materiale fra begge planetene ut i bane rundt jorda, og noe av det ble til månen. Resten ble til planeten vi bor på.

Dette er ikke et bilde av Theia som kolliderer med jorda. Fra Wikimedia commons: This artist’s concept shows a celestial body about the size of our moon slamming at great speed into a body the size of Mercury. NASA’s Spitzer Space Telescope found evidence that a high-speed collision of this sort occurred a few thousand years ago around a young star, called HD 172555, still in the early stages of planet formation. The star is about 100 light-years from Earth.

Men sprakk den?

Så, ja – jorda har gått i to. Riktignok ikke av seg selv. Ting går ikke i stykker helt av seg selv, og det skal sterke krefter til for å rive i stykker en hel planet.

Og for å være pirkete, så blir det ikke helt riktig å si at den sprakk eller knakk i to. Planeter er ikke sprø ting som kan knuse. Det er bare et tynt lag, den aller ytterste delen av jordskorpen, som er sprø nok til å kunne sprekke opp. Resten av jorda er seig og oppfører seg mer som en slags veldig tyktflytende sirup om den blir utsatt for krefter. Da de to planetene kolliderte var det så mye energi involvert at stein smeltet og til og med fordampet.

Småstein i verdensrommet kan gå i to av seg selv

Asteroider er små (mindre enn planeter) steinbiter som går i bane rundt sola. Siden de er så små har de ikke en sterk tyngdekraft som trekker materiale inn mot midten og får dem til å bli runde – asteroider kan ha alle mulige slags former.

Når de er så små kan de faktisk også bli dyttet på av sola. Når sollyset skinner på deg, dytter det faktisk også på deg med en liten kraft. Ikke nok til å få deg ut av balanse, men for en liten stein i universet som ikke kjenner på andre krefter, kan det over tid få noe å si. Spesielt om asteroiden har en ujevn som gjør at sola dytter mer på den ene siden enn den andre mens asteroiden går i bane. Da vil asteroiden med tiden snurre fortere og fortere rundt seg selv. Og når en liten nok ting spinner fort nok rundt seg selv, kan det få den til å dele seg i to og bli til et asteroidepar som snurrer både rundt hverandre og rundt sola.


av Legg igjen en kommentar

Boktips mot natursorg

Trist over alt som ser ut til å gå galt i verden? Naturtap, klimaendringer, krig, mørketid, det er vel unødvendig å liste opp flere grunner til å kjenne seg nedfor nå for tiden.

Jeg vil påstå at boka Braiding sweetgrass av den amerikanske forfatteren Robin Wall Kimmerer kan være et kraftfullt lyspunkt i alt dette mørket, og jo flere jeg snakker med som også har lest boka, desto mer får jeg inntrykk av at dette er en skatt som mange ønsker å dele.

Braided sweetgrass. Jamfam1000, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons.

Boka er fra 2013, og handler om forholdet mellom mennesker og natur. Kimmerer er botaniker og professor i skogbiologi. Hun tilhører også Potawatomi-folket og arbeider med hvordan hun kan kombinere urfolkskunnskapen om vekstene i naturen med den vitenskapen hun har blitt opplært i gjennom studiene.

For selv om vitenskapen gir oss kraftfulle verktøy til å forstå verden rundt oss, finnes det fortsatt mye som er ubesvart. Det gjelder ikke minst hvordan vi mennesker skal te oss for å bevare, og kanskje til og med støtte og gi tilbake til, den naturen vi alle er del av. Tidligere generasjoner har kanskje ikke forstått hvordan atomer kobles sammen til gener som bestemmer plantenes funksjon, men de har allikevel funnet fram til måter å gjøre ting på som fortsatt kan ha verdi. I boka viser Kimmerer fram flere eksempler på hvordan nitidig forskning ender opp med å bekrefte de gamle tradisjonene, selv om de i første runde har blitt avfeiet som uvitenskapelige.

Kimmerer beskriver en tradisjon der mennesker ikke bare er noen som tar og ødelegger, og naturen ikke bare er noe som må beskyttes mot oss. I stedet tegner hun et bilde av gjensidighet, der man både tar og gir tilbake, alltid med respekt.

Jeg kjenner meg igjen i boka, og ikke bare fordi det er lett å lengte «tilbake» til noe udefinert og naturnært når teknologisamfunnet kan virke rått og ubarmhjertig. Det er mer konkret. Det er ikke så mange generasjoner siden vi selv var mer prisgitt natur enn tek-giganter. Jeg kjenner igjen holdninger og fortellinger fra boka fra min egen historie, fra hvordan mine besteforeldre snakket og hva de fortalte om sine gamle.

Boka er optimistisk fordi den minner oss om at det ikke bare finnes en måte å gjøre ting på. Vi har både gammel og ny kunnskap. Det er fint å stille spørsmål. Naturen og menneskene er ikke to lag som står mot hverandre, vi er uløselig vevet sammen og vil alltid gjøre klokt i å ikke glemme det.


av Legg igjen en kommentar

Bidrar varmen fra kraftproduksjon til global oppvarming?

Jeg fikk et fint spørsmål fra en av studentene i FYS1050, som jeg ikke helt klarte å svare på:

Vi vet alle at klimagassutslipp fra kraftproduksjon gir mer drivhuseffekt og høyere temperatur, men kan også den varmen som produseres i kraftverkene bidra til at jorda blir varmere?

Jeg hadde ikke tallene i hodet der og der, men mente å ha gjort regnestykket en gang tidligere og at dette ikke er noe man helt umiddlebart kan avfeie. Nå har jeg sjekket – og funnet ut at jeg sånn omtrent hadde rett.

Kjernekraftverk og vindmølle i Doel, Belgia. Wikimedia commons.

Hvor mye varme tilfører vi klimasystemet gjennom kraftproduksjon?

  • Hvert år frigjøres omtrent 148 000 TWh i form av både elektrisitet og varme fra kjernekraft og fossile energikilder.
  • I tillegg produseres omtrent 18 000 TWh elektrisitet fra vannkraft, vindkraft, solkraft og andre fornybare energikilder, og det frigjøres ca 12 000 TWh fra forbrenning av biomasse (for eksempel vedfyring).

Dette betyr at vi «produserer» ca 178 000 TWh i energisystemet vårt hvert år, men egentlig er det jo ikke sånn at energi er noe som produseres. Det vi gjør i kraftverk er å omdanne energi fra en form til en annen, og å frigjøre energi som er lagret i for eksempel kjemiske bindinger mellom atomer eller de sterke bindingene mellom partikler i atomkjerner.

Fornybar kraftproduksjon gir ikke oppvarming i seg selv

Fornybare energikilder omdanner energi vi uansett mottar fra sola, til elektrisitet. Så bruker vi elektrisiteten til å få lys på dataskjermen, fart i elbilen og varmtvann i dusjen. Til slutt ender all energien opp som varme, og det ville den også ha blitt om vi ikke laget strøm av den. Fornybar kraftproduksjon handler om ikke annet enn å la solenergien ta en omvei innom den menneskelige økonomien før den blir til varme i klimasystemet. Dermed bidrar den ikke til å varme opp jorda. Det samme gjelder når vi fyrer med ved i ovnen – da frigjør vi den solenergien som treet brukte på å vokse ved hjelp av fotosyntesen.

Nå er det allikevel sånn at fornybar kraftproduksjon kan bidra til global oppvarming dersom vi for eksempel slipper ut klimagasser for å produsere materialene som skal til for å bygge demninger og vindmøller, eller endrer på landskapene slik at bakken tar opp mindre CO2 fra lufta fordi det blir mindre plantevekst der, for eksempel. Men den direkte kraftproduksjonen, energien vi forbruker, er ikke «ekstra» i klimasystemet og det var det vi spurte om her.

Fossil energi og kjernekraft gir ekstra varme

Når vi forbrenner kull, olje og gass frigjør vi energi som planter og alger mottok fra sola som skinte for flere millioner år siden. Varmen fra denne energibruken ville ikke ha blitt tilført klimasystemet om ikke vi hadde gravd fram disse fossile energikildene og brent dem. Derfor gir det ekstra varme.

Det samme gjelder ved bruk av kjernekraft, der tunge atomkjerner i bombarderes med nøytroner slik at de «tvinges» til å dele seg i to og frigjøre energi. Om disse materialene hadde blitt ligget i jordskorpen ville de riktignok ha gjennomgått radioaktiv omdanning, men forferdelig sakte. Den kjerneenergien som frigjøres i kjernekraftverk er derfor også ekstra varme i klimasystemet.

Men har det noe å si?

Frigjør vi nok av denne ekstra varmen til at det faktisk kan påvirke klimaet på jorda på nevneverdig vis?For å kunne svare på det må vi sammenligne med resten av varmen som strømmer gjennom klimasystemet: varmen (eller strålingsenergien) vi mottar fra sola, varmen som sendes ut igjen fra jordoverflaten som varmestråling til verdensrommet.

Først litt enhetsgymnastikk …

I gjennomsnitt mottar jorda 340 W/m2 fra sola. Det går ikke an å sammenligne dette tallet direkte med de 148 000 TWh som frigjøres fra ikke-fornybare energikilder, fordi de er oppgitt med forskjellige enheter. Det første tallet gir effekt per kvadratmeter, altså hvor mye energi som treffer en kvadratmeter bakke hvert sekund. Det andre er mengden med energi som frigjøres i løpet av et helt år, totalt på hele jorda. For å kunne sammenligne de to må jeg gjøre om på ett av dem slik at de får samme enhet. Jeg velger å dele på antall timer i året for å komme fra TWh til W (jeg må samtidig gange med 1 000 000 000 000 for å komme fra TW til W), og å dele på jordas overflateareal, som er ca 510 millioner kvadratkilometer, eller 510 x 1012 m2. Da får jeg at den frigjorte energien fra fossile kilder tilsvarer 0,033 W/m2.

… og svaret blir …

Altså: sola sender oss 340 W/m2, og vi frigjør 0,033 W/m2. Det vil si at den ekstra energien vi tilfører er omtrent en titusenedel av energien vi får fra sola. Et lite tall i den sammenhengen, altså.

Her kan det være verdt å legge merke til hvor utrolig mye energi det faktisk er som kommer fra sola. Om vi bare kunne få en titusenedel til å ta veien innom sivilisasjonen før den uansett ble til varme i klimasystemet, så kunne vi erstattet all energien vi i dag får fra fossile kilder. Og egentlig trenger vi ikke så mye som en titusenedel heller, for kraftproduksjon med fossil energi er ikke spesielt effektiv. Bare omtrent en tredel blir til energi som vi faktisk kan gjøre nytte av. Det betyr at vi kunne klart oss med tre hundretusendeler av energien fra sola. I det perspektivet høres det ikke så uoverkommelig ut å skulle bli mindre avhengige av fossile energikilder.

Litt varme kan også ha noe å si

Men er dette riktig tall å sammenligne med for å si noe om klimaendringer? Jorda mottar riktignok 340 W/m2, men den sender også fra seg varme til verdensrommet. Om jorda hadde sendt fra seg nøyaktig like mye energi som den mottok, så ville klimasystemet vært i likevekt, og temperaturen konstant.

Nå blir jorda stadig varmere, og det er fordi mer drivhusgasser i atmosfæren gjør at jorda ikke klarer å sende fra seg like mye energi som den mottar. Jo varmere bakken blir, desto mer energi sender den ut, så om mengden med drivhusgasser slutter å endre seg vil jorda med tiden oppnå en ny likevektstemperatur. Men i dag er temperaturen altså på vei opp.

Forskjellen mellom energien som sendes ut og energien vi får inn fra sola er ikke så stor. I den forrige store klimarapporten til FNs klimapanel ble den anslått til å være omtrent 0,7 W/m2. Det betyr at om vi får 340,0 W/m2 inn, så sender vi 339,3 W/m2 ut.

Sammenlignet med dette blir ikke varmen fra kraftverkene så forsvinnende liten lenger. 0,033 er 5 % av 0,7. Fortsatt lite, men ikke helt til å se bort fra. Og om vi skulle tenke skikkelig science fiction, i en fremtid med 10 000 ganger mer kjernekraft der folk har nok energi til å gjøre absolutt hva som helst, så ville mengden med frigjort energi faktisk kunne bli nok til å gjøre verden merkbart varmere.

Heia solenergi, altså – men kutt av drivhusgassutslipp er fortsatt prioritet nummer 1, 2, 3 og 4.


av

Hei igjen, bloggen!

En pause på 7 år, går det an, egentlig?

Jeg har kommet fram til at jo, her er det jeg som bestemmer, og det er helt ok å slutte å oppdatere bloggen i 7 år og så starte igjen.

Jeg har skrevet 5 bøker siden sist og syntes det ble vanskelig å ha mange skriveprosjekter på en gang – bok, kanskje en til bok, blogg, en kronikk her og der, og så foredrag som jeg alltid er glad for å kunne gjøre. Men nå tror jeg det er på tide å være litt synlig på internettet igjen, på mine egne premisser, som bloggen er et fint medium for.

Så hei, til nye og gamle lesere! Jeg kan ikke love så veldig regelmessige oppdateringer fremover heller, men det som kommer bør være verdt å lese. Om ny og gammel forskning, den fantastiske naturen, klima, miljø, ressurser, teknologi, alt det spennende som oppstår i vårt kompliserte forhold til den verden vi lever i.

Dagens bilde: mine 5 bøker.


av Legg igjen en kommentar

Fysikken mot økonomien

1280px-BinghamCanyon

Bingham Canyon mine, en av verdens største kobbergruver. Bilde: Wikimedia Commons

Vårt økonomiske system går ikke overens med naturlovene. Og det er ikke naturlovene vi kan endre.

Skal en fysiker bry seg om økonomi? Frem til ganske nylig ville jeg ha svart nei. Fysikere og naturvitere beskriver naturen og utvikler tekniske løsninger, så tar økonomene seg av renter og avgifter og slikt som jeg ikke forstår noe av.

Men i løpet av arbeidet med Menneskets grunnstoffer innså jeg at dette overhodet ikke er riktig. I boken ønsket jeg å finne ut om vi er i ferd med å gå tom for noen av byggeklossene vi er avhengige av i sivilisasjonen vår. Svaret er at vi ikke «går tom» for nesten noe som helst, men at vi alltid vil bruke opp forekomstene som er enklest å utvinne først, og derfor trenger mer og mer energi og innsats for å få tak i den samme mengden med råstoffer. Økende forbruk vil kreve enda mer energibruk og belastning på miljøet.

Samtidig er økonomisk vekst en grunnleggende forutsetning i vårt økonomiske system. Økonomien skal vokse, fordi verdiene i markedsøkonomien er bygget opp av lån, som er løfter om fremtidig avkastning. Uten vekst smuldrer disse verdiene bort som støv. I et TED-foredrag fra 2015 sier økonomen Dambisa Moyo det slik:

«Economic growth is the defining challenge of our time. Without it, political and social instability rises, human progress stagnates and societies grow dimmer.»

Derfor er det ikke nødvendigvis grådighet eller uvitenhet som driver politikere og økonomer når de insisterer på fortsatt vekst. Dette er noe vi må ta på alvor. Sosial uro og krig gir katastrofale konsekvenser for både miljø og klima.

Stabil økonomisk vekst vil si at «størrelsen på økonomien» øker med noen prosentpoeng årlig. De siste tiårene har for eksempel veksten i verdensøkonomien ligget på omtrent tre prosent. En tommelfingerregel sier at man skal ta 70 år og dele på rentesatsen for å finne ut hvor mange år det tar før du har dobbelt så mye som du startet med. Det betyr at med 3% vekst dobler størrelsen på verdensøkonomien seg omtrent hvert 23. år. Det betyr også at økonomien øker med mer, og mer, og mer for hvert år som går.

Nødvendigheten av økonomisk vekst er nedfelt i FNs 17 bærekraftsmål. I mål 8, Anstendig arbeid og økonomisk vekst, står det at vi må «Opprettholde en økonomisk vekst per innbygger som er i samsvar med forholdene i de respektive landene, og med en vekst i bruttonasjonalproduktet på minst sju prosent per år i de minst utviklede landene«. Økonomien skal altså vokse over alt, og i de fattigste landene skal den dobles i størrelse hvert 10. år.

For å få til denne veksten, sier FN at vi skal øke produktiviteten gjennom «teknologisk modernisering og innovasjon». Det er altså her fysikere og teknologer kommer inn: vi skal utvikle og finne opp løsninger som gjør fortsatt vekst mulig.

Alle kan bli enige om at den totale ressursbruken på planeten vår ikke kan vokse til evig tid. Skal vi doble bruken av ressurser hvert 23. år, vil den økonomiske aktiviteten til slutt kreve mer energi enn vi har tilgjengelig på jorda. Optimistene vil svare at dette ikke er et problem, fordi vi kan oppheve koblingen mellom energi og økonomisk utbytte, slik vi for eksempel bruker mye mindre energi på å skaffe det økonomiske godet lys når vi går fra glødelamper til LED-pærer. Ifølge FNs bærekraftsmål nummer 8 skal vi «oppheve koblingen mellom økonomisk vekst og miljøødeleggelser».

Men naturvitenskapelig forskning og tekniske løsninger kan aldri gi oss økonomisk vekst uten økt ressursbruk. Vi kommer ikke utenom naturlovene, og all aktivitet krever energi. Jeg skriver om dette i Menneskets grunnstoffer:

«Anta at vi allerede har nådd grensen for energibruk. Økonomien skal fortsatt vokse, men vi skal ikke bruke en eneste enhet mer energi. Om vesten går sakte, med bare en prosent i året, vil størrelsen på økonomien dobles hvert 70. år. Samtidig er energien konstant. Det vil si at om 70 år fra nå, bruker vi halvparten så mye energi på hver bakte bolle, hver hårklipp, hver influensavaksine og hver meter motorvei. Om 140 år bruker vi en fjerdedel, om 210 en åttendedel, og om 700 år bruker våre fjerne etterkommere bare en tusendel av den energien vi bruker nå, til å varme vann til hårvask, kurere sykdommer og til å fremstille jern fra jordskorpen.

LED-pærer er nå en ting, men dette beveger seg mot det absurde. Fysiske, kjemiske og biologiske prosesser krever energi. Selv internett bruker energi – for hvert søk du gjør på Google, og hver like du gir på Facebook, blir det gjort energikrevende beregninger på en datamaskin et sted i verden. I dag krever internett mer enn tre prosent av verdens elektriske energi, men om ti år er andelen kanskje økt til tjue prosent.»

Dette er hva jeg mener med at vi ikke kan stole blindt på at teknologien skal redde oss. Det vi trenger er ikke flere dingser og smartere apper, det er et økonomisk system som kan opprettholde et stabilt samfunn og tilfredsstille våre menneskelige behov uten et forbruk som vokser inn i evigheten.

Heldigvis er det nå mange som sier tydelig fra om at vi trenger et alternativ til vekstøkonomien. I august i år sa Nicolas Hulot fra seg sitt verv som fransk miljøvernminister på direktesendt radio. Vi streber etter å opprettholde og gjenopplive en markedsøkonomisk modell som er årsaken til alt dette, sa Hulot, og refererte til klimaendringer og tap av artsmangfold. Også i FN-systemet snakkes det nå om nødvendighetene av å endre vår økonomiske modell. Økonomistudenter verden over krever å få innsikt i alternative økonomiske modeller, tilpasset vår tid og vår fremtid.

Det er fantastisk hva vi mennesker har fått til. Jeg er ikke i tvil om at vi kan klare å organisere oss på en bedre måte slik at også våre etterkommere kan leve gode liv. Men da gjelder det å sette i gang og finne ut av hvilke smarte endringer vi må gjøre, og at vi slutter å lure oss selv med falske forhåpninger uten rot i naturlovene.