Energia globaalisti Ilmastonmuutos ja sen hinta. Energia ja Ympäristö 1. luento TkT Johanna Kirkinen

Transkriptio

1 Energia globaalisti Ilmastonmuutos ja sen hinta Energia ja Ympäristö 1. luento TkT Johanna Kirkinen

2 Johanna Kirkinen Koulutus TkT, Åbo Akademi DI, TTY Työkokemus TAMK, energiatekniikka: yliopettaja Sitra, Resurssiviisas alue: johtava asiantuntija Sitra, Energiaohjelma: energia-asiantuntija VTT, Energiajärjestelmät ja ilmastonmuutoksen hillintä: tutkija Jämsän aluelämpö: toimihenkilöharjoittelija Mäntän Energia: kesätyöntekijä

3 Maailman energiankäyttö on paljolti fossiilisia polttoaineita Maailman primäärienergia v ja uusiutuvien osuus Huom! Sähköstä ydinenergia 11% 2012 Data: IEA. Primäärienergia (=energialähteet) korostaa lämmityspolttoaineita ja vain sähköä tuottavien teknologioiden osuus näkyy pienenä. Valtaosa biomassan käytöstä tapahtuu kehitysmaissa: ruuan valmistus, lämmitys.

4 Mitä on energia Energiankantajat polttoaineet (ml. ravintoaineet) sähkö aine, jonka lämpötila poikkeaa ympäristöstä (esim. Kaukolämpö) Energiamäärät Kuinka paljon kantaja pystyy luovuttamaan Kemiallisessa reaktiossa vapautuva sidosenergia Sähkön siirtämä energia P=UI Tasapainoon pääsemiseksi vapautuva lämpö Jne.

5 Esimerkkejä energiamääristä 1 kg vettä liittyviä energiamääriä Energia kj Liike-energia nopeudella 30 m/s 0,45 Potentiaalienergia 100 m korkeudella vesivoima 0,98 Lämpötilan nosto 10 C 41,8 Jään sulaminen 334 Höyrystyminen lämpötilassa 100 C 2257 Muodostumislämpö vedystä ja hapesta nesteeksi (normaaliolosuhteissa) Raskaan veden (D 2 O) deuteriumin fuusioituminen heliumiksi 1, Aineen energiavastine suhteellisuusteorian mukaan (mc 2 )

6 Esimerkki energiamääristä: kuinka pitkälle veisi 1 vesilitran fuusioenergia? -1 kg raskaan veden deuteriumin (D2O, vetyatomit siis deuteriumia 2 H) fuusioituminen heliumiksi (häviötön) 1,15 10^8 MJ -bensiinin lämpöarvo n.43 MJ/kg, tiheys n.0,75kg/l -> vastaa l bensiiniä 95-bensiinin hinta Otaniemen Nesteellä e/l -> hinta n e - uuden Toyotan (1,6l) yhdistetty kulutus n.6l/100km ->ajokilometrejä Marsin keskietäisyys Maasta km -> Corollan matka jäisi tylysti kesken, kuuhun ja takaisin pääsisi tosin monta kertaa => Fuusiotutkimusta kannattaa siis pitää yllä?

7 Maailman energiankulutus on kasvanut eksponentiaalisesti Fossiiliset polttoaineet

8 Esimerkki tämän päivän energiapalvelujemme vaatimuksista Tehokas halvan fossiilisen energian hyödyntäminen on aivan perustavanlaatuinen asia päivittäisessä elämässämme. Elämäntapamme on täysin muokkautunut siihen että halpaa energiaa on yllin kyllin tarjolla! BBC kuuma suihku:

9 Väestönkasvu alueittain Maailman väestö: v ,5 mrd. v mrd. v mrd. Lähde: IEA World Energy Outlook 2010.

10 Maailman energiankysyntä jatkaa kasvuaan IEA WEO Kysynnän kasvu tulee OECD:n ulkopuolelta, OECD-maissa ei kasva.

11 Globaali energiantuotanto painottunee edelleen fossiilisiin Fossiiliset Lähde: IEA World Energy Outlook 2010.

12 Maailman energiankysyntä painottuu vahvasti fossiilisiin polttoaineisiin IEA WEO Noin puolet perinteistä biomassaa kehitysmaissa

13 Energian kysyntä alueittain Lähde: IEA World Energy Outlook Soikiot ovat samankokoisia!

14 CO 2 Emissions (Billion Tonnes of Carbon/year)... are near the worst scenario of the IPCC Fossil fuel CO 2 emissions [PgC/y] Scenarios: IPCC Representative Concentration Pathways Observation uncertainty band (± 1 standard deviation) 2100: T ~ 4-6 C Data: CDIAC (preliminary for 2009, 2010) Figure: Raupach et al (in prep, Dec 2011) Citation for data: Peters, G.P., Marland, G., Le Quéré, C., Boden, T., Canadell, J.C. and Michael R. Raupach (2011). Rapid growth in CO2 emissions after the Global Financial Crisis. Nature Climate Change 1 (doi: /nclimate1332)

15 Kasvihuonekaasut: CO2, CH4, N2O, F-kaasut Lähde: IPCC, Synthesis Report. CO2= hiilidioksidi, CH4 = metaani (maatalous, jätehuolto, jne) N2O= typpioksiduuli eli ilokaasu (lannoiteteollisuus, maaperä, jätevedet jne) F-kaasut: fluoriyhdisteitä (kylmäaineet, muuntajat jne)

16 CO2: tulevaisuus on Aasian käsissä Lähde: IEA World Energy Outlook 2011.

17 Kasvihuoneilmiö Ihmiskunta lisää erityisesti hiilidioksidia ilmakehään fossiilisten polttoaineiden poltolla Hiilidioksidin vaikutus on tänä päivänä helppo mitata Kuvan lähde Helsingin Sanomat.

18 Atmospheric CO2 Concentrations from Ice Cores 392 Time (Thousands of Years Before Present)

19 Atmospheric CO 2 -Content: Mauna Loa ( ) 2014 ylitettiin globaalisti 400 ppm raja Vuotuinen sahaus johtuu kasvien kasvusta / lehtien ym. lahoamisesta Rate of Change is Increasing

20 Global Mean Temperature is Still Rising GISS Data

21 CO2:n lämmittävä vaikutus ei mikään ihan uusi keksintö John Tyndall (Iso-Britannia) luvulla echanging/climatescienceinfozone/explo ringearthsclimate/1point5/1point5point4.a spx Ångström, Langley, Fourier jne. Svante Arrhenius (Ruotsi) luvulla henius/arrhenius_3.php

22 Keskustelu ilmastonmuutoksesta onko se totta vai ei? Kritiikki kohdistetaan yleensä siihen, että pitkän tulevaisuuden mallit eivät kykene tarkasti esittämään, mitä juuri viime vuosina on tapahtunut Huom: kyseinen esimerkki on hyvää keskustelua: ihmiset kirjoittavat rehellisesti ja omilla nimillään vastakohtana esim. USA:ssa ilmastonmuutoksen kieltäminen ja skeptikkojen masinointi, joissa taustavoimina fossiilisen teollisuuden rahoitus / järjestöt Monia tekijöitä ei tunneta vielä tarkasti: miten kauan maapallon kasvillisuus jatkaa hiilidioksidin imemistä (lämpenevä ilmasto saa ainakin aluksi monilla alueilla kasvun paranemaan, esim. Suomessa) Miten meret imevät hiilidioksidia, kauanko se jatkuu Jne Hiilidioksidin säteilyä absorboiva (=lämmittävä) vaikutus on kokeellisesti todistettu 1800-luvulla

23 Kerro naapurillesi mitä itse olet tehnyt omassa elämässäsi ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi ja päästöjen vähentämiseksi?

24 Ilmastomallilla laskettu lämpötilan muutos vuoteen 2100 asti. Napa-alueet lämpenevät paljon keskiarvoa enemmän. IPCC, 2007.

25 Ilmastonmuutoksen vaikutukset Mitä enemmän ilmasto lämpenee, sitä pahemmat ovat vaikutukset Mitä nopeammin ilmasto lämpenee, sitä pahemmat ovat vaikutukset (esim. ekosysteemit eivät ehdi sopeutua)

26 IPCC, 2007.

27 Impacts of climate change, continued IPCC, 2007.

28 Glacier contribution to sea-level since Morteratsch Glacier Increased glacier retreat since the early nineties Lemke et al. (2007) IPCC AR4, Chapter 4

29 Hot Summer 2003 normal in 2050, cool in 2070?

30 CO2 säilyy ilmakehässä n vuotta. Lämpeneminen jatkuu vielä pitkään päästöjen laskemisen jälkeen. 30 (IPCC 2001).

31 Mitä ilmastonmuutos maksaa? Kuuluisin arvio brittiläisen ekonomistin Sir Nicholas Sternin Review v N. 700 sivun raportti, jossa vedetään yhteen tietämys muuttuvan ilmaston todennäköisesti tuomista ilmiöistä, niiden aiheuttamista vahingoista ja niiden kustannuksista

32 Stern summary The Review finds that all countries will be affected by climate change, but it is the poorest countries that will suffer earliest and most. Unabated climate change risks raising average temperatures by over 5 C from pre-industrial levels. Such changes would transform the physical geography of our planet, as well as the human geography how and where we live our lives. Adding up the costs of a narrow range of the effects, based on the assessment of the science carried out by the Intergovernmental Panel on Climate Change in 2001, the Review calculates that the dangers of unabated climate change would be equivalent to at least 5% of GDP each year. (GDP=bruttokansantuote BKT)

33 Stern summary The Review goes on to consider more recent scientific evidence (for example, of the risks that greenhouse gases will be released naturally as the permafrost melts), the economic effects on human life and the environment, and approaches to modelling that ensure the impacts that affect poor people are weighted appropriately. Taking these together, the Review estimates that the dangers could be equivalent to 20% of GDP or more. In contrast, the costs of action to reduce greenhouse gas emissions to avoid the worst impacts of climate change can be limited to around 1% of global GDP each year. People would pay a little more for carbon-intensive goods, but our economies could continue to grow strongly. Tehokkaan hillitsemisen kustannukset ovat monissa skenaarioissa < 1 % BKT:sta Taloudellisesti ilmastonmuutoksen hillitseminen olisi äärimmäisen järkevää! Sternin arviot perustuivat kustannustehokkaaseen hillintään (Käytetään kaikkia teknologioita, mukana ydinvoima, CCS)

34 Euroopan kuumuusaalto 2003 Kesä 2003 Euroopasssa: 2,3 ºC kuumempi kuin pitkän aikavälin keskiarvo Noin kuollutta (kuumuus + ilmansaasteet) Pariisissa noin kuollutta (kuumuus ei öisin hellittänyt) Ranskassa ongelmia sähkön saatavuuden kanssa, sillä voimaloihin ei riittänyt jäähdytysvettä 15 Mrd $ vahingot satotappiona, karjatalouden ja metsänhoidon tappioina (kuivuus, kuumuus, metsäpalot) Lähde: Munich RE

35 Hurrikaani Katrina New Orleans 2005 Tuhot 125 Mrd $ = 1,2% USA:n BKT:sta Yli 1300 kuollutta Yli miljoona menetti kotinsa Lähde: Munich RE

36 Sandy-myrsky New Yorkiin Mrd. $ vahingot 30 kuollutta USA:ssa, 70 Karibialla New Yorkin alueella pitkät sähkökatkot miljoonilla ihmisillä

37 Suomi: 2010 ennätyshelteet ja Asta-myrsky Heinäkuun lopulla Itä-Suomessa kaikien aikojen lämpöennätys (Liperi 37,2 C) => ukkosmyrskyt vahingoittivat erityisesti Itä-Suomea Onnettomuustutkintakeskus arvioi kesän 2010 myrskyjen kokonaisvahinkojen olevan noin 100 M Kaatunut puusto km vaurioituneita sähkölinjoja 1 kuollut, kymmeniä loukkaantuneita ihmistä ilman sähköä Jne. Yksittäisiä sääilmiöitä ei voi varmasti laittaa ilmastonmuutoksen piikkiin, mutta juuri tämäntapaiset tulevat yleistymään Globaalisti entistä suuremmat vahingot myös muista syistä: kaupunkien maa enemmän ja enemmän asfalttia (ei ime vettä, väestö pakkautuu rannikoiden, laaksojen riskialueille, jne)

38 Mitä pitäisi tehdä, jotta pahimmilta vaikutuksilta vältyttäisiin? 2 ºC lämpenemistä on yleisesti pidetty rajana, jonka yläpuolella ongelmat pahenevat tuntuvasti 2 ºC on globaali keskiarvo => esim. Pohjois-Eurooppa lämpenisi noin kaksi kertaa enemmän 2 ºC otettiin tavoitteeksi esim. EU:n ilmastopolitiikassa ja (epäonnistuneessa) globaalissa Kööpenhaminan ilmastokokouksessa v Tavoitteeseen pääseminen näyttää joka vuosi kehnommalta ja kehnommalta Nyt on tavoitteena 12/2015 Pariisissa sopia uudesta, kattavasta pöytäkirjasta (myös kehittyvät taloudet Kiina, Intia, Brasilia jne mukana), astuisi voimaan 2020

39 IPCC: päästöjen vähennystarve Negatiiviset päästöt: esim. Biomassa+CCS, metsitys, levän kasvatus+ccs Lähde: IPCC, Synthesis Report.

40 IPCC: päästöjen vähennystarve Lähde: IPCC, th Assessment Report. Working Group III. Mitigation of Climate Change.