Ítarefni - umhverfismál
Þegar rætt er um að þörfina á því að draga úr losun á koldíoxíði frá samgöngum er bent á mikilvægi þess að draga úr brennslu á jarðefnaeldsneyti við framleiðslu ökutækja og brennslu á jarðefnaeldsneyti í bílhreyflum í akstri. Þar fyrir utan hefur verið bent á umhverfislegan ávinninginn þess að minnka eldsneytisnotkun ökutækja, fækka vélknúnum ökutækjum og draga úr notkun þeirra almennt.
Í umræðu um umhverfisáhrif frá notkun vélknúinna ökutækja er einn misskilningur algengur þegar rætt er um ökutæki sem ganga fyrir íslensku metani. Nú er það svo að í útblæstri frá ökutæki sem gengur fyrir íslensku metan er koldíoxíð að finna. Hins vegar, er enginn faglegur ágreiningur um það að þær sameindir af koldíoxíði sem koma frá ökutæki sem gengur fyrir íslensku metani reiknast EKKI sem aukning á magni koldíoxíðs í lofthjúpi jarðar. Ástæðan er sú að íslenskt metan er nútíma-metan í þeim skilningi að það er framleitt út lífrænu efni sem er á yfirborði jarðar í dag. Kolefnið, C, í íslenska metaninu, CH4, var til staðar í vistkerfi okkar á yfirborði jarðar.
Kolefnið í bensíni, dísilolíu og jarðgasi er sótt í jarðskorpuna af mannavöldum og fært upp á yfirboð jarðar. Við bruna jarðefnaeldsneyta í vistkerfi okkar eykst því magn koldíoxíðs í lofthjúpi jarðar (fyrritíma-CO2). Sú aukning er óæskileg og leiðir til hlýnunaráhrifa á jörðinni. Í þessum skilningi er rætt um koldíoxíð sem gróðurhúsalofttegund. Og því miðast áherslur í samgöngum við að draga úr losun á fyrritíma-CO2 (jarðskorpu-koldíoxíðs) sem á uppruna sinn að rekja til bruna jarðefnaeldsneyta ( olía, kol)
Þótt útblástur ökutækis kunni að vera mildur fyrir nærumhverfi ökutækisins gagnast það ekki við að stemma stigu við hlýnunaráhrifum, ef framleiðsla á orkukerfi samgöngutækisins eykur hlutfallslega heildarlosun gróðurhúsalofttegunda miðað við aðra valkosti. Nýútkomin skýrsla, NAS-skýrslan, sem fjallað er um hér að neðan varpar ljósi á samanburð valkosta til vélknúinna samgangna fram til ársins 2030 (sjá NAS-skýrsluna hér) . Athugið að í NAS-skýrslunni er fjallað um metan ökutækjaeldsneyti í formi fyrritíma-metans, jarðgas (e. CNG, compressed natural gas) en engu að síður fær metanvæðingin hæstu einkunn í NAS-skýrslunni. Og því varð öllum ljóst hversu afgerandi hagfelld útkoman yrði fyrir íslenskt metan (nútíma-mretan) í samanburði við alla aðra valkosti til vélknúinna samgangna. Engin furða að rætt sé um íslenskt nútíma-metan sem ,, gull allra orkugjafa " til vélknúinna samgangna og orkukerfi sem stiðst við nútima-metan sem ,,gull alla orkukerfa'' til vélknúinna samgangna.
SKILGREININGAR:
Orkukerfi ökutækja = efni og búnaður sem tryggir þá orku sem akstur gndvallast á.
Nútíma-Metan = metan eldsneyti sem unnið er úr lífrænu efni á yfirborði jarðar.
Fyrritíma-Metan = metan eldsneyti sem myndast úr lífrænu efni sem var á yfirborði jarðar í fortíðinni, jarðgas
Nútíma-CO2 = koldíoxíð sem myndast við niðurbrot eða bruna á lífrænu efni sem er hluti af vistkerfi okkar á yfirborði jarðar í dag.
Fyrritíma-CO2 = koldíoxíð sem berst út í lofthjúp jarðar við bruna á jarðefnaeldsneyti (olía, kol), sem sótt er í jarðskorpuna af mannavöldum ( einnig nefnt jarðskorpu-CO2)
Í samgöngum er það markmið heimsbyggðarinnar að draga verulega úr notkun á bensíni og dísilolíu í samgöngum og styðjast, þess í stað, við samgöngur sem hafa í för með sér minni áhrif til hlýnunar í lofthjúpi jarðar. Í þeirri umræðu er mun meira upplýsandi að ræða um orku-kerfis-skipti í samgöngum í stað orku-skipta í samgöngum. Orðið orku-kerfis-skipti varpar skýru ljósi á þá staðreynd að lítill umhverfislegur ávinningur skapast af því að nýta umhverfisvæna hráorku sem frumorkugjafa til að knýja ökutæki ef orku-kerfi ökutækisins þarf að styðjast við tæki og búnað sem veldur hlutfallslega neikvæðari heildrænum umhverfisáhrifum en sá valkostur sem skipta á út. Sem dæmi má skilgreina orku-kerfi rafbíls sem samsetningu af rafmagni og rafgeymi og orkukerfi brunavéla sem samsetningu af eldsneyti og eldsneytisgeymi að stærstum hluta.
Ef umhverfislegar úrbætur í samgöngum snúast um, orku-skipti í samgöngum, kunna ýmsir að villast í að skoað einungis umhverfisáhrif rafmagnsframleiðslu og dreifikerfis þess annars vegar og eldsneytisframleiðslu og dreifikerfis þess hins vegar, en gleyma að skoða heildræn umhverfisáhrif orku-kerfis valkostanna og þar með umhverfisáhrif vegna framleiðslu og förgunar á rafgeymum, rafhlöðum og rafmótorum. Heildræn skoðun á valkostum til orku-kerfis-skipta liggur til grundvallar við leiðarval að umhverfismildari samgöngum um allan heim í dag. Inn í heildarmyndina er að sjálfsögðu horft til umhverfisáhrifa vegna dreifikerfis fyrir efni og búnað mismunandi orkukerfa eins og áréttað er í NAS-skýrslunni. Ef sá tími kemur á þessari öld að rafgeymar, rafhlöður og rafmótorar verða framleiddir á Íslandi og íslenskt rafmagn nýtt við framleiðsluna þykir ljóst að heildræn umhverfisáhrif rafbíla geti orðið mun hagfelldari en þau eru í dag. Á þeim tíma þarf rafbíllinn þó að standast fjárhagslegan samanburð við aðra umhverfismilda valkosti til að geta átt erindi við Íslendinga og almenning í heimsþorpinu.
Um allan heim erum stjórnvöld að viðhafa heildræna umhverfislega nálgun við mótun á leiðarvali til orku-kerfis-skipta í samgöngum sem grundvallast á lífferilsgreiningu ökutækjanna og því orkukerfi sem þau styðjast við. Þannig ræðum við um metangeyminn og metaneldsneyti sem stóran hluta af orkukerfi metanbílsins og rafgeyminn og rafmagn sem stóran hluta af orkukerfi ökutækja sem styðjast við notkun á rafhlöðum eða rafgeymum. Umræða um metan eldsneytið eitt og sér eða rafmagnið eitt og sér varpar ekki réttu ljósi á heildar umhverfisáhrif þeirra valkosta sem heimsbyggðinni stendur til boða að nýta í samgöngum. Sú heildræna og rökrétta nálgun, sem viðhöfð er erlendis, hefur gert það að verkum að metanvæðing í samgöngum er í mikilli sókn um allan heim þótt um fyrritíma-metan eldsneyti sé að ræða. Og því blasir við, að Íslenska nútíma-metan er í sérflokki valkosta til umhverfisvænna orku-kerfis-skipta í samgöngum á Íslandi í dag og til framtíðar litið.
SPURNING: Ef nútíma-metan er hlutfallslega svona umhverfisvætn, hvers vegna er það ekki listað sérstaklega í NAS-skýrslunni?
SVAR: Svarið liggur í því að hlutfallslegur umhverfislegur ávinningur af því að nota fyrritíma-metan er mikill í samanburði við aðra valkosti sem þjónað geta þörfum almennings og fyrirtækja í heiminum, hratt og örugglega. Það er mikið til af fyrritíma-metani um allan heim. Margar þjóðir búa ekki yfir sömu getu til að framleiða nútíma-metan með hagfelldum hætti í magni sem þjónað getur stórum hluta af orkuþörf þjóðanna á stuttum tíma eins og við Íslendingar getum gert. Í skýrslu sem skoðar af raunsæi þá valkosti sem standa til boða á heimsvísu á næstu 20 árum verður útbreiðsla nútíma-metans mun minna en fyrritíma-metans næstu 20 árin. Það breytir því þó ekki að þeir sem framleiða og nýta nútíma-metan verða fyrirsjáanlega í sérflokki í heimsþorpinu í umhverfislegu tilliti langt inn í þessa öld.
Rétt er að geta þess að ökutæki sem nýtt getur metan eldsneyti í akstri gerir engan greinamun á því hvort um sé að ræða fyrritíma-metan eða nútíma-metan. Við getum notað okkar nútíma-metan til að knýja samgöngutækja sem framleidd eru í heiminum og ganga fyrir fyrritíma-metani. Við Íslendingar erum ríkari en við höfum gert okkur grein fyrir á þessu sviði. Öllum er að verða það ljóst.
SPURNING: Hvers vegna telst koldíoxíð sem losnar frá bílhreyfli sem brennir íslensku metani EKKI sem aukning á losun gróðurhúsalofttegunda?
SVAR: Íslenskt metan (CH4) er framleitt úr lífrænu efni sem á uppruna sinn að rekja til lífræns efnis á yfirborði jarðar í dag, nútíma-metan. Til einföldunar má segja að kolefnið (C) í koldíoxíði (CO2) sem kemur frá ökutæki sem gengur fyrir íslensku metani (CH4) hafi bara bætt við sig smá ferðalagi í gegnum bílvélina á leið sinni út í andrúmsloftið að nýju ( CO2) - þangað sem það hefði farið hvort sem er.
SPURNING: Hvernig má það vera að gróðurhúsaáhrifin (hlýnunaráhrif) minnka yfir tuttugufalt (21X) í lofthjúpi jarðar við það að safna metani (CH4) á urðunarstað og umbreyta því í lofttegundina koldíoxíð (CO2) í bílvélinni.
SVAR: Metan (CH4) er samsett úr fimm frumeindum en koldíoxíð (CO2) úr þremur. Sökum stærðar sameindarinnar hindrar metan hitageislun (langbylgjur) frá jörðinni margfalt á við koldíoxíð eða x21. Hver sameind af metani veldur því 21 sinni meiri gróðurhúsaáhrifum í lofthjúpi jarðar en koldíoxíð. Með söfnun á metani (CH4) á urðunarstað og umbreytingu þess yfir í koldíoxíð með bruna í bílhreyfli skapast því mikill umhverfislegur ávinningur. Með notkun metans sem eldsneyti í samgöngum í stað jarðefnaeldsneytis (bensíns og dísilolíu) bætist svo við mikill umhverfislegur ávinningur vegna minni losunar á gróðurhúsalofttegundum sem bruni á bensíni og dísilolíu hefði annars í för með sér.
Með bruna á jarðefnaeldsneyti (bensín, dísilolía, kol) er umtalsverðu magni af CO2 bætt út í andrúmsloftið sem áður var bundið í jarðlögum djúpt í jarðskorpunni og var ekki hluti af vistkerfinu á yfirborði jarðar. Við það að nýta íslenskt metan í stað bensíns sparast losun á þessu koldíoxíði (fyrritíma-koldíoxíði) sem nemur um 2,325 kg/L af CO2-ígildi og ef um dísilolíu er að ræða um 2,668 kg/L af CO2-ígildi.
Þetta magn af fyrritíma-koldíoxíði sem losnar út í lofthjúp jarðar við bruna á einum lítra af jarðefnaeldsneyti ( 2,3-2,6 kg) orsakast af bindingu súrefnis (O) við kolefni (C) þegar það berst út í andrúmsloftið frá bensín-eða dísilvélinni. Engin furða að íslenska metanið er kalla „gull allra eldsneyta“ og orkukerfið sem styður notkun þess „gull allra orkukerfa“ í umhverfislegu tilliti.
SPURNING: Hvað er svona gott umhverfislega séð við það að nýta fyrritíma-metan á ökutæki fyrst jarðgas er tekið úr jarðskorpunni og telst því jarðefnaeldsneyti?
SVAR: Nú er það svo að vélknúnar samgöngur geta vart talist umhverfisvænar nema í hlutfallslegum samanburði valkosta. Gefum okkur að vélknúin samgöngutæki verði áfram til á þessari öld og verði notuð með þeim hætti til samgangna sem við þekkjum í dag. Gefum okkur einnig að markmið okkar sé að draga sem mest úr losun gróðurhúsalofttegunda frá samgöngum á sem skemmstum tíma. Þá blasir við að mesti ávinningurinn felst í að skipta út notkun á bensíni og díselolíu fyrir umhverfismildari valkosti. Ef við ökum á fyrritíma-metani sem á uppruna sinn að rekja til jarðgass úr jarðskorpunni í stað bensíns eða dísilolíu minnkar heildarlosun gróðurhúsalofttegunda umtalsvert vegna framleiðslu eldsneytisins og notkunar á því . Notkun á fyrritíma-metani skapar því hlutfallslega mikinn umhverfislegan ávinning í þessum samanburði. Og reyndar kemur notkun á fyrritíma-metani vel út í samanburði við aðra valkosti , samanber NAS-skýrsluna. Eini valkosturinn sem notkun á fyrritíma-metani stenst ekki samanburð við er notkun á nútíma-metani (íslensku metani). Og því eru þjóðir um allan heim að viðhafa orkukerfisskipti í samgöngum, í stórauknum mæli, yfir í notkun á fyrritíma-metani og sérstaklega yfir í notkun á nútíma-metani þar sem aðstæður leifa. Uppfærsla bensínbíla í metan/bensínbíla og dísilbíla í metan/dísilbíla gegnir stóru hlutverki í þessum tilgangi um allan heim í dag eins og hér á landi. Og samhliða þéttist dreifikerfi fyrir metan eldsneyti um allan heim enda þykir einsýnt að stór hluti nýrra ökutækja í framtíðinni muni geta nýtt metan eldsneyti eitt og sér eða í formi, tvíbrennsluvéla ( metan/bensín), tvíorkuvéla (metan/dísilolía), tvinvéla (metan/rafmagn) eða tengiltvinnvéla (metan/rafmagn).
Ef metanvæðingin yrði það hröð á Íslandi að framleiðsla okkar á nútíma-metani næði tímabundið ekki að anna eftirspurn getum við eftir sem áður tryggt okkur umhverfismildustu heildarútkomu frá samgöngum sem völ er á með því að blanda saman nútíma-metani og fyrritíma-metani eins og algengt er í Svíþjóð. Þar í landi ákváðu stjórnvöld að fella niður gjöld af svonefndu „fordonsgasi“' en dæmi er um að eldsneytið sé blanda af nútíma-metani (47%) og fyrritíma-metani (53%). Ástæða niðurfellingar gjalda af þessu eldsneyti í Svíþjóð byggir á hagfelldum heildrænum umhverfisáhrifum samkvæmt lífferilsgreiningu á ökutækjum og orkukerfum þeirri - byggir á samanburði á þeim valkostum sem eru í boði í heimsþorpinu og munu fyrirsjáanlega vera í boði næstu áratugina.
Annað, þegar stefnt er að árangri í stórum málaflokki sem kallar á virka og valkvæða þátttöku almennings er mikilvægt að horfa til valkosta sem þjónað geta þörfum almennings með hagfelldum hætti. Síðar á þessari öld standa vonir til að rafbílar reynist umhverfismildari farartæk í heildrænum skilningi. Þegar svo er komið er þó mest um vert, til að orkukerfisskipti nái að eiga sér stað, að almenningur hafi ráð á að viðhafa breytingarnar. Samkvæmt NAS-skýrslunni er þó ekki vænst að umhverfislegur ávinningur rafvæðingar verði hlutfallslega hagfelldur fyrr en eftir 2030. Og þá þarf áreiðanleiki og verð rafhlaðna einnig að reynast margfalt hagfelldara en í dag. Og meira til, samkeppni þarf að ríkja um framleiðslu á stöðluðum rafhlöðum ella sjá menn fram á marga tugi mismunandi orkukerfa í notkun og gríðarlegt óhagræði samfara því. Svo einfalt er það.
VIÐAUKI: Orka frá sólinni hitar jörðina (stuttbylgjur) og lofthja úpur jarðar hitnar við að draga í sig hitageisla (varmageisla) frá yfirborði jarðar (langbylgjur). Ef magn sameinda eins og koldíoxíðs, CO2, eykst í lofthjúpnum dregur hann í sig meiri varma og hitnar. Í gróðurhúsum er magn koldíoxíðs gjarnan aukið til að hraða vexti plantna, sem er jákvætt, en gróðurhúsaáhrif í lofthjúpi jarðar valda röskun á þeirri heimsmynd sem við þekkjum í dag að bestu manna yfirsýn. Aðalefni í andrúmsloftinu er nitur ( N2 ,78%) og súrefni (O2, (21%) og í mun minni mæli argon og neon en þessar lofttegundir draga ekki í sig varmageislun frá jörðinni og haf því ekki áhrif á hlýnun í lofthjúpnum. Það gera hins vegar lofttegundir eins og koldíoxíð (CO2), metan (CH4) og vatnsgufa (H2O). Þótt efnastyrkur koldíoxíðs í andrúmsloftinu sé hlutfallslega ekki mikill hefur hann hækkað mikið frá upphafi iðnbyltingar á 18.öld.
Lofttegundir sem valda hlýnunaráhrifum í lofthjúpi jarðar og nefndar eru gróðurhúsalofttegundir eru þessar helstar: Vatnsgufa (H20), koldíoxíð (CO2), óson (O3), metan (CH4), díniturmónoxíð (N2O), brennisteinshexaflúoríð (SF6) og halógenkolefni eins og vetnisflúorkolefni (HFC). Magn vatnsgufu getur verið afar breytilegt eða á bilinu 0,5-3%.
Heimildir og stoðefni m.a.:
Efnasamsetning lofthjúpsins - sjá hér
Vísindavefurinn-1
Vísindavefurinn-2
NAS-skýrslan
Eðlis-og efnafræði, Orka og umhverfi, Rúnar S. Þorvaldsson, IÐNÚ 2003
