Anja Røyne

Fysiker


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).


Legg igjen en kommentar

Ispels-nytt

is

Det er den tiden av året igjen. For to år siden skrev jeg et blogginnlegg om ispels, som er et femomen som de færreste har lagt merke til, men som kan dukke opp på en grein nær deg når kuldegradene kommer snikende. Det ser ut som hvitt tynt hår, omtrent som mugg, men det er is. Veldig kult.

Og nå kan jeg altså dele en forskningsnyhet om ispels. Den kom i sommer, men da passet det ikke så bra å snakke om is. Artikkelen Evidence of biological shaping of hair ice ble publisert i Biogeosciences. Forfatterne har studert ispels som dukker opp og forsvinner fra grener over en periode på to år (for et koselig prosjekt!), og påpeker en viktig ting: Det er rart at disse lange hårene ikke smelter sammen og blir til større krystaller, når de er inntil hverandre over lang. Det pleier nemlig krystaller å gjøre når de er veldig små, inntil hverandre og dessuten ikke så langt fra smeltepunktet sitt.

Jeg vil anbefale alle å lese artikkelen (den er åpent tilgjengelig) for å se hvilke fine eksperimentener disse forskerne gjorde for å komme til bunns i saken. Jeg skal nøye meg med å hoppe til konklusjonene:

  1. Ispels dannes fordi vannet som er stengt inne i de små hulrommene i greina ikke klarer å fryse, men det fryser når det kommer ut i lufta. Frysingen gjør at vannet suges ut av greina og «håret» vokser. Dette var som jeg trodde, og jeg er glad for å se at jeg ikke tok helt feil. Men, dette er ikke hele historien, for
  2. Ispelsen dannes bare om det er en bestemt sopp til stede. Ha! Så det er nesten som mugg. Soppen lager nemlig et stoff som blander seg inn i isen og gjør at iskrystallene ikke smelter sammen. Det er en krystallisjonsbrems. Når iskrystallen først er dannet, så gjør dette sopp-stoffet at krystallen ikke klarer å forandre på overflaten sin før den til slutt smelter eller fordamper og forsvinner.

Det er faktisk nesten uhørt i naturen å lage så lange krystaller. De kan være 10 000 ganger lengre enn de er brede. Det er ikke umulig at materialforskere vil prøve å fra nytte av disse soppstoffene, eller noe som ligner, til å kontrollere formen på andre typer krystaller. Dermed ble noe som var et koselig naturfenomen plutselig high-tech. Et nydelig eksempel på at det lønner seg å være nysgjerrig uten å bry seg så mye om hvor man ender opp til slutt.


Legg igjen en kommentar

Jeg er ikke geolog: Mine tanker om naturvitenskapene.

Jeg digger geologi, men jeg er ikke geolog. I dag har jeg vært på geologikonferanse. Jeg var invitert som keynote speaker, noe som selvfølgelig er en stor ære, og ikke så rent lite skummelt som fysikere blant alle disse geologene. Mens jeg snakket om glade og mindre glade atomer på overflater, demonstrerte geologene gang på gang at de har et ordforråd som er mange ganger større enn mitt.

Dette passer godt inn i mitt bilde av de forskjellige grenene av naturvitenskap, som er omtrent slik:

1. Matematikk (egentlig ikke en naturvitenskap): puslespill og filosofering. Vakkert og abstrakt. Krever fryktløshet og en evne til å sjonglere tanker og ikke miste tråden.

2. Fysikk: Forstå de grunnleggende prinsippene for hvordan verden fungerer. Jo enklere, desto bedre. Detaljene kan vi overlate til andre. Krever innlevelsesevne, fantasi og evnen til å ressonere. Man slipper ofte å bry seg tall og om navn på ting.

3. Kjemi: Om hvordan atomer og molekyler oppfører seg mot hverandre. Bruker reglene fra fysikken, men for å kunne forklare virkelige systemer uten å måtte ta alt fra starten hele tiden så lærer kjemikere seg en imponerende mengde nyttige fakta. Kjemi krever nøyaktighet og god hukommelse.

4. Biologi: Fysikk og kjemi anvendt på levende ting. Enormt komplekst. Mye foregår på tidsskalaer som er såpass korte at man kan gjøre eksperimenter eller observere hva som skjer i naturen og lære fra det. For å forsøke å lage system i kaoset går mye av biologien ut på å kategorisere og klassifisere. Derfor er det mange navn å holde styr på. Krever tålmodighet og nøyaktighet og nok dedikasjon til å orke å dra på labben midt på natten for å holde cellene i live.

5. Geologi: Fysikk og kjemi anvendt på alt det ikke-levende som jorda består av. Stort sett kan man bare observere resultatet av ukjente prosesser som har foregått gjennom millioner av år. Geologi er et slags veldig komplisert detektivarbeid for å finne ut av jordas historie, og om man tror man forstår den, hvordan ting kommer til å utvikle seg fremover. Mye kategorier og navn, av samme grunn som i biologien. Krever evne til å se mønstre i kaos og til å huske og uttale vanskelige navn, men man slipper å holde eksperimentene i live.

Siden jeg liker naturen, men er enormt dårlig til å huske navn på ting (og folk, beklager), passer fysikken meg godt. Fysikere kan sysle meg alt, men overlate pirkearbeidet til andre.

Dagens høydepunkt, bortsett fra at jeg fikk unnagjort foredraget mitt:
Henrik Svensen fikk en meget velfortjent pris for formidling. Hipp hurra!
– Spennende foredrag om fjellskred i norske fjorder og om overvåkningen av Åknes og Mannen.

Dagens nedtur: Fly. Forsinkelse. Neste gang tar jeg tog til Stavanger.


1 kommentar

Om hvordan verdens søteste dyr kan høres ut som et skummelt monster

For omtrent ti år siden var jeg og kjæresten min på tur rundt i Australia med telt og en 27 år gammel Golf. Vi er ingen utpregede villmarksmennesker, så vi sov stort sett på campingplasser, men en dag kom vi til en nasjonalpark der det bare var en ubemannet teltplass og en utedo, og der var det så fint at vi bestemte oss for å bli værende.

Jeg har aldri sovet så dårlig.

Problemet var hverken de usannsynlig store insektene og edderkoppene på do eller tanken på hvilke farlige slanger som kunne snike seg rundt i mørket.

Det var LYDEN.

NOE var i nærheten av teltet og hørtes ut som – vel, som en gris, på størrelse med en elefant, og med store hoggtenner.

Det var helt umulig å forstå hva som kunne lage denne lyden. Det er faktisk ikke så mange store dyr i Australia. Kenguru, emu, og noen ville hester og kameler, men ingenting som kunne tenkes å høres så skummel ut.

Da det endelig ble lyst våget vi oss ut av teltet, og på en gren over teltet satt
koala
en koala.

Vi følte oss naturligvis som noen pyser etter å ha blitt skremt av et så søtt dyr. Jeg ble derfor veldig, veldig glad da jeg leste om denne forskningsartikkelen som ble publisert forrige uke. Det har tydeligvis vært kjent at koalaene kan lage denne skumle lyden, men ingen har riktig forstått hvordan et så lite dyr kan lage en så stor lyd («den passer bedre for en elefant», i følge artikkelen).

Forskerne dissekerte ti hannkoalaer og så at de hadde helt normale stemmebånd, som var alt for korte til å kunne lage denne dype lyden. Men så oppdaget de en slags spalte i området som forbinder nesa med munnhulen, der det satt noe som kunne se ut som et par ekstra stemmebånd. Jeg kan forestille meg oppstandelsen i disseksjonsrommet. Et helt nytt organ var oppdaget!

Disse nye stemmebåndene er lengre enn de vanlige, og av samme grunn som en kontrabass lager dypere lyd enn en fiolin, vil lange stemmebånd lage dypere lyd enn korte. I tillegg er de tyngre, og det gjør at koalaen kan lage en kraftig lyd som bærer langt. Lyden lages ved å puste inn gjennom nesa. Derav min assosiasjon til griser.

For å være sikre på at de hadde funnet det riktige organet, brukte forskerne en slags støvsuger til å suge luft inn gjennom nesa og ned i halsen til koalaen. Lyden var riktig, mekanismen var definitivt funnet.

Hvorfor koalaen skulle ønske å høres ut som en monstergris med hoggtenner sier studien ingenting om. Du kan høre lyden her.