Fysikk og Fascinasjon

en blogg om ny og gammel forskning, og om den fantastiske naturen


Legg igjen en kommentar

Er det greit å fly, så lenge vi bruker biodrivstoff?

Jeg vil gjerne snakke litt mer om flytrafikk. I politiske debatter om flyavgifter, utbygging av flyplasser og denslags hører jeg nemlig ofte dette argumentet:

«Det er bare nå at flytrafikken er et problem. I fremtiden vil flyene bruke biodrivstoff, og da har vi ikke CO2-utslipp fra flyene lengre. Vi må bygge infrastruktur for fremtidens klimavennlige fly, ikke bygge ned på grunn av begrensningene vi har i dag.»

Dette høres jo så enkelt ut. Kan det virkelig stemme?

Jeg lurer på hvor realistisk det er å fortsette med dagens mengde flytrafikk, og bytte ut alt det fossile drivstoffet med biodrivstoff.

I følge en rapport fra Verdensbanken i 2012 brukte verdens flytrafikk totalt 246 Mtoe i løpet av år 2006. Dette er en energienhet som tilsvarer 2860 TWh, eller 2 860 000 GWh. Jeg regner med at energiforbruket er høyere i 2016 enn i 2006. På den annen side har nok flyene blitt mer energieffektive. Så jeg tror det er ganske greit å bruke tallet fra 2006.

Hvor mye areal ville vi trenge for å dyrke biodrivstoff som inneholder den samme mengden energi?

Planter bruker fotosyntese til å omdanne solenergi til kjemisk energi, slik som vi har i bensin og diesel. Mengden energi som kan omdannes av planter per areal avhenger av hvor mye sol som skinner på dem, og hvor effektivt de kan omdanne denne energien. I boka «Sustainable Energy Without the Hot Air» gir David MacKay en god oversikt over energieffektiviteten til forskjellige vekster. Det mest effektive er sukkerrør i Brasil, som kan gi oss en gjennomsnittlig effekt på omtrent 1,6 W per kvadratmeter. Om vi skal dyrke biodrivstoff i Nord-Europa kan vi få omtrent 0,5 W per kvadratmeter. Disse tallene tilsvarer henholdsvis 14 og 4,4 GWh per kvadratkilometer per år.

Vi kan altså dyrke nok biodrivstoff til å drive alle verdens fly dersom vi setter av 2 860 000 GWh / 4,4 GWh/km2 = 650 000 kvadratkilometer dyrket land til å bare lage biodrivstoff, i Europa. Eller vi kan bruke 200 000 kvadratkilometer av jordbrukslandet til Brasil.

Nettsiden TrendEconomy gir en god oversikt over hvor mye dyrket land vi har i verden. I Norge har vi for eksempel litt under 10 000 kvadratkilometer. Det monner ikke mye i flysammenheng. Det dyrkede arealet til Tyskland utgjør 167 000 kvadratkilometer, så om Tyskland hadde gått hundre prosent inn for det kunne de ha dekket litt under en fjerdedel av drivstoffbehovet til luftfarten.

Totalt dyrket areal i EU er 1 863 000 kvadratkilometer. Vi kunne nøye oss med en tredjedel av dette. Eller vi kunne ha klart oss med 7 prosent av Brasil sitt dyrkede areal, som er på 2 788 000 kvadratkilometer.

Dette er ekstremt forenklede beregninger, men sånne øvelser kan være nyttige. For eksempel gjelder tallene jeg har brukt er for de aller mest effektive plantene. Egentlig er mange enige om at vi trenger å bruke arealet vårt til å dyrke mat til verdens voksende befolkning, og at biodrivstoff skal lages av det vi kan kalle «avfall» fra annen planteproduksjon. For å få nok energi av dette må vi nødvendigvis ha enormt mye større arealer tilgjengelig.

For meg betyr ihvertfall dette at jeg ikke tror problemet med hyppig langdistansetransport av veldig mange mennesker har noen enkel løsning. Vær så snill og vær litt skeptisk neste gang du hører en politiker påstå noe annet.

(siden jeg sitter på buss og skriver og nettet er litt treigt, har jeg ikke fått wordpress-editoren til å fungere sånn som den pleier og jeg har ikke fått inn lenker. Derfor kommer de her:

Rapporten til Verdensbanken om energibruk i lufttransport – http://siteresources.worldbank.org/INTAIRTRANSPORT/Resources/TP38.pdf

Sustainable Energy Without the Hot Air – http://www.withouthotair.com/c6/page_43.shtml

TrendEconomy, arealstatistikk – http://data.trendeconomy.com/industries/Agricultural_Land_Total/Brazil?country=EuropeanUnion )

Advertisements


Legg igjen en kommentar

Klimasnill langtur?

I morgen får vi en ny doktor i familien, for da skal lillesøster forsvare doktoravhandlingen sin. Hurra! Tittelen er Exploring the Relevance of Uncertainty in the Life Cycle Assessment of Forest Products. Sånn passe tørt som en tittel på en doktorgrad skal være. I teorien er dette veldig spennende og ikke minst veldig viktig, siden det handler om hvordan vi kan få gjøre samfunnet mer bærekraftig og verden mindre utrivelig for fremtidige generasjoner.

Dette blir det selvfølgelig stort å være med på, men det er litt kjedelig at begivenhetene finner sted fryktelig langt borte, nemlig i Umeå. Og siden jeg har bestemt meg for å fly litt mindre, og det faktisk går an å komme seg til Umeå med tog fra Oslo, så er det sånn det foregår. Ettermiddagstog fra Oslo til Stockholm, og nattog videre til Umeå (luksuskupé med bare en seng, og egen dusj og do!). Toget fra Oslo er foreløpig bare en time forsinket, og siden toget til Umeå ligger bak oss i løypa skal dette gå greit. Jeg håper jeg får sove nok til å holde meg våken gjennom utspørringene i morgen.

IMG_5715

Å kjøre tog alene er helt glimrende. Man kan jobbe. Internett er det også. 

Spørsmålet er: Hvor klimavennlig er jeg egentlig nå?

Dette spørsmålet er slett ikke så lett å svare på som jeg skulle ønske – man må gjøre en hel masse antagelser før man får noen tall å sammenligne. Om jeg skulle tatt fly, hvor mange passasjerer skulle jeg ha delt det med? Var det et nytt eller gammelt, stort eller lite fly? Hvor kommer strømmen til toget fra? Har vi ikke solgt ut all vannkraften vår som klimasertifikater til Europa? Hvor mye energi går med på å vedlikeholde togskinner og rullebaner?

Jeg føler meg ganske komfortabel med å bruke tall fra transportogmiljo.no, der både Cicero, CIENS og TØI (solide klima- og transportforskningsmiljøer) er involvert. Her finner jeg følgende:

Et elektrisk tog bruker 0.12 kWh elektrisitet per person per kilometer, og utslippet per kWh er 210g CO2-ekvivalenter for en «nordisk energimiks» (altså ikke bare ren norsk vannkraft, men det synes jeg er greit når jeg kjører tog i Sverige). Disse tallene er tatt herfra.

For korte flyreiser (under 800 km) kan man beregne 400 g CO2-ekvivalenter per person per kilometer (tall herfra).

Min togreise er slik: Oslo-Stockholm, 523 km (i følge Google maps, om jeg hadde kjørt bil); deretter Stockholm-Umeå, 639 km. Jeg regner med at avstanden for fly blir litt kortere. For å være raus mot flytransporten kan jeg si 450 km Oslo-Stockholm og 550 km Stockholm-Umeå, altså 1000 km til sammen. Det gjør det lett å regne: 1000 km * 400 g CO2-ekvivalenter blir til sammen 400 kg utslipp.

Regnestykket for toget blir dette: 0.12 kWh/km * 210 g/kWh * (523 km + 639 km) = 29 kg utslipp.

Dette så jo fint ut. Jeg kan kjøre  denne reisen 14 ganger med tog før jeg har gjort like mye skade som jeg ville ha gjort med en flyreise.

Men – riktig så enkelt er det ikke. Jeg hadde oversett et tall om togene: Nettsiden oppgir at det koster 7 g CO2-ekvivalenter per personkilometer i vedlikehold av skinner og slikt. Dette gir meg 81 kg ekstra, mer enn dobbelt så mye som for strømmen til toget! Og plutselig var det mindre enn fire ganger verre å kjøre fly.

Her synes jeg ofte det strander i slike diskusjoner. Avhengig av hvordan man setter opp regnestykket, kan man komme frem til tall som gir akkurat det resultatet man er ute etter.  Hvor ble det for eksempel av vedlikeholdet av flyene? Utslipp i forbindelse med avising? Kjøreturen ut til flyplassen?

Nå synes jeg plutselig at min søsters doktorgradsavhandling ble superrelevant, og om det er vanskelig å sove på nattoget kan jeg kanskje lese og få noen svar – eller bare finne ut at alt er så komplisert at man bare må legge hodet på puta og sovne.

IMG_5718

Om svensk skog, i svensk skog.


3 kommentarer

Elektrisitet fra fottrinn

I dag kom jeg over en nyhet på et sted som jeg trodde formidlet forskningsnyheter, men som jeg nå er blitt betydelig mer skeptisk til. Historien er om et selskap ved navn Pavengen som har lansert et crowdfunding-prosjekt (altså de vil at vanlige folk skal gi dem penger) for å utvikle sitt prosjekt, som er en type fliser som genererer elektrisitet når man går på dem.

Det høres jo flott ut. Gå gjør vi jo uansett, og tenk på all den energien som går til spille hver gang vi tråkker ned. 

Men – stopp opp her. Vi går faktisk ikke rundt og sløser med energi for hvert fotsteg. Når foten settes i bakken virker det en kraft mellom foten og underlaget. Den fører til at foten løftes opp i neste steg.

Om man skal bruke «noe av denne energien» til å generere elektrisitet, så må folk faktisk bruke MER energi i hvert tråkk. Jo mer energi man skal ha ut av hvert steg, desto mer vil det føles som å gå i sand. Tungt.

Pavengen skriver at de er i stand til å generere i gjennomsnitt 7 watt energi per fotsteg. 

Dette høres litt rart ut. Energi måles i joule, ikke watt. Watt er et mål på hvor mye energi man genererer per sekund. De de isåfall mener, får man tro, er at om folk trår kontinuerlig på underlaget i sånn omtrent vanlig gangfrekvens, så blir gjennomsnittlig elektrisitetsgenerasjon 7 joule per sekund.

Er dette rimelig? Etter litt leting på internettet fant jeg heldigvis noen som hadde gjort en skikkelig analyse av problemet. Det viser seg at en øvre grense for hvilken effekt man kan forvente å få ut av en (voksen) person som går, uten at denne personen skal bli så irritert over det myke underlaget at hen begynner å trå på en rar og energisparende måte, er omtrent 13 watt. Dette er mekanisk energi, som man så må konvertere til elektrisitet, og i praksis finnes det ikke noen veldig effektiv måte å gjøre dette på. Det beste folk så ut til å mene at de skulle greie da artikkelen ble skrevet for 10 år siden var 1 watt per sko, som vi kan gange opp til 2 watt per person som går på Pavengens underlag.

Om du går på dette underlaget i en time vil du ha generert 2 watt-timer, som sånn omtrent tilsvarer energien i ett AA-batteri.

Så hva kan vi bruke energien fra dette gåkraftverket til? Det kan være greit å sammenligne med hvor mye effekt, altså hvor mange Watt, en del vanlige elektriske dingser bruker. Her er en oversikt over hvor mange personer som må gå kontinuerlig for å drive en del vanlige apparater, med tall tatt fra denne oversikten:

  • elektrisk klokke: en person
  • stereoanlegg: 12 personer
  • «vanlig» 60 watt lyspære lampe: 30 personer (men «bare» 5 personer for å drive en tilsvarende LED-lampe)
  • kjøleskap: 80 personer
  • støvsuger: 500 personer
  • oppvaskmaskin: 1000 personer

Om premisset er at folk skal bruke muskelkraft til å generere elektrisiteten vi skal bruke, kunne vi muligens ha gjort det mer effektivt? Hva med å plassere en spinningsykkel et sted langs denne gangveien, og be folk ta seg en tråkk på vei til jobb? Siden de da lett ville kunne generere 60 watt, ville de bidra med samme mengde energi til batteriene som på ett minutt som de ville ha gjort med en halvtimes gange.

Vi er nødt til å finne miljøvennlige måter å generere elektrisitet på, det er sant. Men er dette måten å gjøre det på? Nei, nei og atter nei! Dette monner ingen ting.

I følge nyhetssaken har selskapet allerede

installed their flooring under a small soccer pitch, a small walkway at Heathrow airport, Federation Square in Australia and multiple other small venues.

De har altså greid å selge inn konseptet sitt til store og seriøse aktører som kan skryte av at de er miljøvennlige. Og, fantastisk nok sier de at de har

 designs worked out for systems able to generate megawatts of power—entranceways to office buildings come to mind, or larger parts of airports—anywhere a lot of people walk over long periods of time.

Megawatt – det er altså millioner av watt. Om hver person genererer 2 watt, kan du selvfølgelig generere en milllion watt av en halv million mennesker. Men det var da fryktelig mange. 

Dette minner litt om saken om «Grønt Norge», der Waleed Ahmed og Flemming Bordoy lurte til seg massevis av penger ved å påstå at de hadde funnet opp en solcelledrevet iPhone-lader som kunne lade under vanlig innelys. Du skal ikke ha så veldig mye fysikkutdannelse før du forstår at dette er tull, men de greide allikevel å drive det langt.

Om du hører at din kommune eller arbeidsplass har tenkt å installere Pavengen-gulv for å være miljøvennlige så er det fint om du sier fra at det er tull.


2 kommentarer

Den smarteste måten å komme seg på jobb

Siste tilskudd til familiens utvalg av elektrisk drevne fremkomstmidler er en sykkel som fjerner både oppoverbakker og motvind.

I friskt driv forbi trafikken opp bakkene fra Carl Berner. Med en hånd på styret for å ta bilde mens jeg sykler. Derfor er hastigheten 10 km/t istedenfor over 20. Da jeg var vel hjemme hadde jeg rundet 200 km.

I friskt driv forbi trafikken opp bakkene fra Carl Berner. Med en hånd på styret for å ta bilde mens jeg sykler. Derfor er hastigheten 10 km/t istedenfor over 20. Da jeg var vel hjemme hadde jeg rundet 200 km. Den rare svaret og røde dingsen foran fikk jeg satt på ekstra, til å feste kurv på. 

Elsykkel er en glimrende ide på så mange måter:

Det er gøy og avslappende. Ser du han som sliter seg oppover foran meg? Jeg passerer ham snart. Akkurat som jeg kjører forbi alle andre. Det er faktisk veldig gøy, og dessuten avslappende på den måten som det alltid er avslappende å se folk jobbe når man slipper å slite selv. Jeg sykler med senkede skuldre og rolig pust, om jeg ikke skulle få lyst til å trene litt og skru ned på motoren, da.

Det går fort. Jeg bruker ganske mye mindre tid enn når jeg sykler på vanlig sykkel, fordi hastigheten ligger på rundt 25 km/t (dette er den høyeste hastigheten motoren vil hjelpe til ved) veldig store deler av turen. Dette gjør også at det tar mindre tid enn å ta t-bane på jobb. Det tar så definitivt kortere tid enn å kjøre til og fra jobb mesteparten av døgnet, for jeg suser glatt forbi køen.

Det er fleksibelt. Jeg slipper å tenke på når t-banen går eller når det er mest rushtrafikk, jeg er ikke påvirket av feil på signalanlegg og sånne morsomme ting. Jeg bare hopper på sykkelen når jeg er klar til å dra hjem, og suser hjem.

Terskelen for å sykle blir veldig lav. Jeg kunne selvfølgelig ha greid å sykle de 12 kilometrene til og fra jobb hver dag. Allikevel gjør jeg det ikke, og dette har skyldtes både at det tar litt lang tid, og at det er ordentlig slitsomt med mange høydemetre. Noen ganger har jeg virkelig måttet manne meg opp og kjøpt noe ekstra mat på slutten av dagen for å orke å sykle opp bakkene hjem og hente to barn i barnehagen. Nå blir jeg bare glad av tanken på sykkelturen hjem. En fredag syklet jeg liksågodt tvers over byen for å besøke venner på kvelden (19 km hver vei) etter å ha syklet til og fra jobb (12 km hver vei), altså over seks mil på en dag. Det ville aldri ha falt meg inn uten elsykkel.

Tenketid. Når den ikke brukes på t-banen er turen til og fra jobb kanskje den mest produktive tiden på dagen. Spesielt hjemturen. Da virker det ofte som om problemer jeg har slitt med hele dagen finner en løsning helt av seg selv. Da jeg bodde nærmere sentrum syklet eller gikk jeg alltid på jobb, og jeg har virkelig savnet denne tenketiden mens jeg har bodd i t-baneavstand. Nå har det ordnet seg.

I tillegg til alle disse opplagte fordelene for meg, har elsykler (i likhet med vanlige sykler) noen store samfunnsmessige fordeler:

Det tar lite plass. Tenk at byene våre er innredet til de grader etter de store, bråkete, illeluktende og farlige bilene. Det henger ikke på greip. Selvfølgelig skulle det ha vært sånn at gående og syklende hadde prioritet, og så kunne vi ha gitt bilene mulighet der det passet. Hver person som sykler er en person som ikke sitter i en bil og tar opp masse plass i byrommet.

Det er bra for folkehelsa. En elsykkel er ikke en moped. Man er nødt til å trå for å komme seg fremover. En halvtime tråkking, selv om det ikke er med høy intensitet, er en halvtime i bevegelse som man ikke ville hatt om man satt på en t-bane eller i en bil.

Det er en smart bruk av energi. Vi er nødt til å innrette samfunnet vårt slik at vi bruker energi når vi trenger den, men ikke ellers; og at vi bruker den riktige energien til de riktige tingene. Elsykkelen drives for en stor del av motorkraft (kjemisk energi fra maten jeg har spist, som jeg trengte å få forbrent uansett), og kobler bare inn den elektriske motoren når personen som sykler trenger litt ekstra hjelp. Denne elektriske energien blir tilført batteriet fra strømnettet, ved ganske lav ladehastighet (for batteriet er ikke så stort at man trenger noen superlading), og gjerne om natten. Stort smartere blir det ikke.


1 kommentar

Elbil på langtur

God sommer! Jeg har vært opptatt med sol, bading, barn og andre trivelige folk de i det siste. Forhåpentligvis har du, kjære leser, hatt nok sol og sommer til å ikke savne blogginnleggene mine alt for mye.

I år har vi fått oss vår første skikkelige familiebil, og den er dessuten elektrisk. Vi har hatt elbil i fire år, men den gamle har bare plass til to av oss. Den kan kjøre nesten 150 km, og var det beste som fantes den gangen. Nå kan vi fylle bilen med besteforeldre og tre barn og kjøre hvor vi vil.

Snobbete bil uten eksosrør og motorstøy i fin utsikt.

Snobbete bil uten eksosrør og motorstøy i fin utsikt.

Noe som er gøy med å kjøre Tesla, er man hele tiden kan følge med på hvor mye energi man bruker, eller produserer. Tidligere i sommer kjørte vi en tur til sørlandet. Nå i helgen kjørte vi til fjellet, en tur på omtrent like mange kilometer, men med mye mer stigning og svingete veier. Vi tenkte at det kom til å koste mye energi, og vi var litt bekymret for om vi skulle komme helt opp på en lading.

Det stemmer at stigninger har mye å si. Da vi var nesten fremme på hytta, kom vi til en ekstra bratt bakke. Før bakken var energiforbruket den turen på 39 kWh, og vi hadde kjørt omtrent 230 km. På toppen av bakken, etter 12 km, hadde vi brukt 43 kWh. Displayet viser energiforbruk de siste 50 km:
bilde
Batteriet ladet litt på vei ned på den andre siden av åsen, men ikke så mye (her har jeg zoomet inn på de siste 10 km).
bilde
Da vi kjørte hjem igjen, ladet vi 1,2 kWh ned den bakken vi hadde brukt 4 kWh på å kjøre opp. Totalt energiforbruk på hjemturen ble omtrent 10 % lavere.

Men selv om stigning har mye å si, brukte vi like mye energi på sørlandsturen som vi gjorde opp til fjellet. Jeg hadde ikke tatt innover meg hvor mye hastighet faktisk har å si. Luftmotstanden øker med kvadratet av hastigheten, altså hastigheten ganget med seg selv. Og det betyr at da vi kjørte i 100 på motorveien, var luftmotstanden en og en halv gang større enn da vi lå i 80 på de svingete veiene til fjellet. Det er akkurat det samme som skjer når man kræsjer i høy hastighet; bevegelsesenergien til bilen øker også med kvadratet av hastigheten, og du får 1,5 ganger mer vondt av å kollidere om du kjører i 100 km/t i stedenfor 80. Den beste måten å bruke mindre strøm, eller mindre bensin, og samtidig redusere risikoen for å dø i trafikken, er altså å kjøre litt saktere.

Det er kult å kjøre elbil, men er det miljøvennlig? Det er ikke så sikkert at vår store og tunge Tesla slipper ut mindre CO2 enn bensinbilene vi møter langs veien. Dette er et komplisert regnestykke som inneholder en lang rekke antakelser. Jeg mener at det viktigste er det lange perspektivet: Ved at mange kjøper elbil nå, blir det bygget ut ladestasjoner over hele landet, og dette er nødvendig om vi ønsker en fremtid der vi forflytter oss ved hjelp av fornybar energi. Om du vil vite mer om hvorvidt elbiler er miljøvennlige eller ikke, kan jeg varmt anbefale denne reportasjen i Ekko på P2.

På tide med et kveldsbad?


1 kommentar

De utvalgte

Det snør ute. Bak panoramavinduene i Voksenåsen hotell sitter vi, omlag 30 akademikere fra vidt forskjellige fagfelt, klare til å gå løs på ukens utfordring:  Komme opp med nye, grenseoverskridende, radikale ideer til hvordan vi skal skape et nullutslippssamfunn.

Vi er utvalgt til å delta i Norges Forskningsråds aller første idelab. Konseptet, som er utviklet og gjennomført en rekke ganger i England under navnet sandpit, består av en slags styrt kreativ prosess der målet er at folk som ikke ellers ville ha samarbeidet kommer opp med nye vinklinger og løsninger på problemstillinger. Det virker som et stort ansvar og en umulig oppgave, men vi kan vel ikke gjøre mer enn vårt beste, det holder forhåpentligvis til noe.

I dag har jeg: Truffet masse flotte folk. Diskutert samfunn, teknologi og fremtid, drømmer og virkelighet. Og blitt helt fullstendig overveldet over temaets omfang. Dette er såvidt jeg har skjønt helt etter planen. Jeg prøver å stole på arrangørenes forsikringer om at vi kommer til å ende opp et sted på fredag, selv om alt akkurat nå virker mye mer i det blå enn da vi startet. Jeg er veldig, veldig spent på hva som kommer til å skje i morgen og resten av uka.

Vi ble enige om at det er greit å blogge om prosessen, men ikke om innholdet i det vi diskuterer. Med mange aktører fra private bedrifter er det viktig å kunne stole på at informasjon ikke forsvinner dit den ikke skal. Om noen vil lære mer om hva slags forskning som foregår innen fornybar energi for tiden, kan jeg anbefale denne bloggen.