broeikaseffect

Climeworks is één van de bedrijven die nu sterk inzet op CO2-winning uit de lucht. Bron: Climeworks

Direct air capture: de CO2 economie gaat nu echt doorbreken

1 reactie / Ideeën, natuurkunde, Scheikunde, Techniek, Visionaire projecten, Wereld, Wetenschap / Door / 1 september 2019

Kooldioxide is een omstreden broeikasgas en wordt vaak gedemoniseerd. Steeds vaker wordt CO2 nu benut als koolstofbron. Lost direct air capture (DAC) zowel het fossiele-brandstofprobleem als de door de mens veroorzaakte opwarming op?

Kooldioxide, een gas met twee kanten
Kooldioxide is een gevreesd broeikasgas, maar afgezien hiervan is kooldioxide een waardevol en onlosmakelijk onderdeel van het aardse ecosysteem. Vanuit plantaardig standpunt heeft de mensheid een welkom einde gemaakt aan een nijpende CO2-hongersnood. Koolstof is in levende organismen en de industrie een onmisbaar element. Koolstofatomen kunnen namelijk vier stabiele covalente bindingen aangaan, zowel met sterk elektronegatieve elementen als zuurstof, als met elektropositieve elementen. Koolstof kent van alle elementen de rijkste chemie. Koolstofketens vormen daarom de ruggengraat van vetten, van koolhydraten en zijn ook in aminozuren, de bouwstenen van eiwitten, onmisbaar.

De belangrijkste tak van chemie, organische chemie, houdt zich alleen met koolstofverbindingen bezig. Op dit moment is de voornaamste bron van koolstof aardolie. Tot op heden was aardolie, met aardgas en de lastig handelbare steenkool, het goedkoopste alternatief. Daar lijkt nu verandering in te komen. De reden: DAC.

Wat is direct air capture?
Onze atmosfeer bestaat uit 78% stikstof, 21% zuurstof en 1% argon, een edelgas. Kooldioxide maakt 0,04% van onze atmosfeer uit. Direct air capture distilleert kooldioxide uit de lucht. De traditionele, maar veel energie vergende methode is lucht samen te persen en af te koelen tot het sublimatiepunt van kooldioxide: -78 graden bij atmosferische druk. Op dit moment wordt veel onderzoek gedaan naar speciale filters en chemicaliën om hiermee selectief kooldioxide uit de lucht te filteren. De theoretisch maximale efficiency voor dit proces is 250 kilowattuur per ton gewonnen CO2. Dat is extreem veel energie: de energierekening van een gemiddeld gezin voor een seizoen, of, anders uitgedrukt: om deze 250 kWh op te wekken, komt 125 kg CO2 vrij bij grijze stroom. En we spreken hier over een theoretisch optimum: in de praktijk is meer energie nodig. Tot voor kort was dit een onoverkomelijke barrière voor DAC, maar het oprukken van goedkope zonne-energie en slimmere scheidingstechnieken maakt DAC nu interessant.[1]

Climeworks is één van de bedrijven die nu sterk inzet op CO2-winning uit de lucht. Bron: Climeworks
Climeworks is één van de bedrijven die nu sterk inzet op CO2-winning uit de lucht. Bron: Climeworks

Wat doen we met deze CO2?
Sommige bedrijven pompen water met deze CO2 in een onderaardse CO2-absorberende laag, zoals poreus basalt, waarin de kooldioxide mineraliseert. Hiermee wordt de CO2 inderdaad effectief opgeborgen. Anderen gebruiken de CO2 als meststof voor tuinders (onder hoge CO2-concentraties stijgen de opbrengsten met 25% of meer) of voor het carboniseren van frisdrank.
Maar in feite is dit maar het begin van de mogelijkheden. In principe kan kooldioxide om worden omgezet in eenvoudige organische moleculen zoals methanol[2] of ethanol. Grafeen. Diamant. Of wellicht biochar, poederkool die de bodem beter water en voedingsstoffen vast laat houden.Hebben we eenmaal overvloedig energie, dan zijn de mogelijkheden bijna eindeloos.

Bronnen
1. M. Fasihi et al., Techno-economic assessment of CO2 direct air capture plants, Journal of Cleaner Production
Volume 224, 1 July 2019, Pages 957-980, DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.03.086
2. Xiaowa Nie, Xiao Jiang, Haozhi Wang, Wenjia Luo, Michael J. Janik, Yonggang Chen, Xinwen Guo, Chunshan Song. Mechanistic Understanding of Alloy Effect and Water Promotion for Pd-Cu Bimetallic Catalysts in CO2 Hydrogenation to Methanol. ACS Catalysis, 2018; 8 (6): 4873 DOI: 10.1021/acscatal.7b04150

In het ergste geval wordt Nederland kleiner dan Luxemburg door de zeespiegelstijging.

Docu: het leven op aarde wordt deze eeuw een hel

10 reacties / Analyses, Geopolitiek, Ideeën, Maatschappij, Visionair leven, Visionaire vragen, Wereld / Door / 12 oktober 2016

Volgens deze ouderwetse doemdenkersdocu zal de aarde door de klimaatverandering veranderen in een hel. De ongebreidelde kap van regenwouden, uitstoot van CO2 en, daarna, het vrijkomen van enorme hoeveelheden van het extreme broeikasgas methaan uit de ontdooiende Siberische permafrost zal het armageddon los laten breken.

https://youtube.com/watch?v=Mlw2hOh7kgY

De makers van deze docu stellen, m.i. terecht, dat de voorspellingen in de docu aan de extreme kant zijn. Ze vallen echter nog steeds binnen de bandbreedte van mainstream klimaatvoorspellingen.

Het is nu, anno 2016, in feite te laat om hier nog veel aan te doen. Het omslagpunt nadert onverbiddelijk, met nu voor het eerst een CO2-gehalte van 0,400% – 0,050% hoger dan voor het begin van de Industriële Revolutie. Het systeem in de huidige vorm is in feite niet meer terug te brengen naar de situatie van de Kleine IJstijd, zoals milieuorganisaties willen.

We kunnen beter nadenken over methodes om de gevolgen te verminderen. Zo kunnen we de Sahara en andere woestijnen tot bloei brengen. Zo onttrekken we water aan de oceanen en vullen we de aquifers weer tot het maximum, wat de zeespiegel in ieder geval enkele decimeters laat dalen. Kooldioxide is in feite een waardevolle grondstof – koolstof is de nuttigste substantie die we kennen.

In het ergste geval wordt Nederland kleiner dan Luxemburg door de zeespiegelstijging.
In het ergste geval wordt Nederland kleiner dan Luxemburg door de zeespiegelstijging.

Sinds 15 miljoen jaar heerst er op aarde ook een CO2-hongersnood. De reden dat veel planten, zoals maïs, het energieslurpende C4-metabolisme hebben ontwikkeld om ook de laatste spoortjes kooldioxide uit de lucht te kunnen trekken. In feite bewijzen we het aardse ecosysteem een grote weldaad door de eerder onttrokken kooldioxide weer in de lucht te pompen.

De zeespiegel is nu in feite abnormaal laag. Zo stond Hongarije in het Plioceen onder water. Omdat de ooit verdwenen kooldioxide nu weer terugkomt, keert de ‘oude’ situatie weer terug.

Venus heeft misschien ooit ook oceanen gehad. Deze zijn dan verdampt, en de waterdamp is vervolgens afgebroken door UV straling van de Zon.

Het Venus syndroom op Aarde?

19 reacties / Wetenschap / Door / 11 januari 2012

Het door mensen veroorzaakte broeikaseffect is een kleine stijging van de temperatuur als gevolg van extra CO2 in de atmosfeer. Dit kan problemen geven, maar pas echt gevaarlijk is klimaatverandering die zichzelf versterkt door middel van positieve feedback. Bijvoorbeeld, als het warmer wordt verdampt er meer water uit de oceanen. Meer waterdamp in de atmosfeer betekent een sterker broeikaseffect: water kan effectief de infrarode straling absorberen die de Aarde uitzendt. Deze vastgehouden warmte leidt vervolgens weer tot een hogere temperatuur en dus meer verdamping, etc.

Positieve feedback kan desastreuze gevolgen hebben, maar alleen als er geen sterkere, negatieve feedbacks aanwezig zijn die het effect tenietdoen. Zo’n negatieve feedback is er: als de temperatuur stijgt, gaat de Aarde veel meer infrarode straling uitstralen wat de Aarde weer afkoelt. Slechts een deel van deze straling wordt door waterdamp geabsorbeerd.
Een runaway broeikaseffect ontstaat pas wanneer er zoveel waterdamp in de atmosfeer is dat de positieve feedback sterker wordt dan de negatieve feedback. Hierbij zouden de oceanen droog koken en de temperatuur oplopen tot 1100 graden (bij deze temperatuur zendt de Aarde infrarode straling uit met een wat kortere golflengte, waar waterdamp transparanter is). Een runaway broeikaseffect is nu gelukkig niet aan de orde op onze planeet. Op Venus wel; met haar 460 graden is deze planeet een niet te missen waarschuwing voor de Aarde.

Venus heeft misschien ooit ook oceanen gehad. Deze zijn dan verdampt, en de waterdamp is vervolgens afgebroken door UV straling van de Zon.
Venus heeft misschien ooit ook oceanen gehad. Deze zijn dan verdampt, en de waterdamp is vervolgens afgebroken door UV straling van de Zon.

Invloed van de mens

Kunnen we door veel CO2 toe te voegen aan de atmosfeer de Aarde zoveel opwarmen dat er wel een runaway broeikas ontstaat? Nee, waarschijnlijk kan dit niet. De reden is dat met zo’n hoge temperatuur en zoveel waterdamp in de atmosfeer, de Aarde meer warmte uitstraalt dan het ontvangt van de Zon. Deze situatie kan niet bereikt worden; de Aarde zou al eerder afkoelen. Niettemin zou de nieuwe evenwichtstemperatuur een stuk hoger liggen dan nu (het gewone broeikaseffect) en allerlei problemen geven, maar het zou nog niet geheel uit de hand lopen.

Althans… er zijn nog enkele onzekere factoren. Als het albedo van de Aarde afneemt, dat wil zeggen dat de Aarde minder zonlicht reflecteert, ontvangt ze meer zonlicht. Als het albedo zou halveren zou er genoeg extra zonlicht ontvangen worden om alle uitgaande straling te compenseren en dus een runaway broeikaseffect mogelijk te maken. Het albedo halveren is echter niet eenvoudig, hiervoor moeten onder andere alle lage wolken verdwijnen. Onze kennis van zulke atmosferen is nog te onzeker om deze mogelijkheid uit sluiten.

Ook al gaan we een runaway broeikas voorlopig ontlopen, een gewoon broeikaseffect is al reden genoeg om zuinig te zijn op onze planeet.
Ook al gaan we een runaway broeikas voorlopig ontlopen, een gewoon broeikaseffect is al reden genoeg om zuinig te zijn op onze planeet.

Het verleden

In het verleden zijn er perioden geweest dat we veel meer CO2 in de atmosfeer hadden dan nu, bijvoorbeeld het Krijt (145-65 miljoen jaar geleden), toen er veel vulkanisme was. Toen was het ook zo’n 10 graden warmer dan nu. Kennelijk was zelfs dat niet voldoende om een onomkeerbaar runaway broeikaseffect in gang te zetten, wat geruststellend is.

De toekomst

Naar verwachting zal de Aarde over 2 miljard jaar wel een runaway broeikaseffect krijgen wegens de toenemende helderheid van de Zon, wat komt door de veranderende chemische samenstelling van het binnenste van de Zon. Dit is niet iets om ons druk over te maken; tegen die tijd bestaat de mensheid al lang niet meer in een voor ons herkenbare gedaante.

Oplossingen

Mocht de temperatuur toch uit de hand lopen, dan moeten we zelf ingrijpen. Een effectieve methode om te temperatuur te beperken is het plaatsen van spiegels in de ruimte tussen de Zon en de Aarde, in het eerste Lagrangepunt, zodat de spiegels precies tussen de Aarde en de Zon blijven. Hiermee daalt de hoeveelheid zonlicht de we ontvangen en kunnen we de temperatuur op Aarde controleren.

Een ambitieuzere strategie is om de Aarde in een wijdere baan on de Zon te brengen. Dit klinkt als onhaalbaar gezien de hoge massa van de Aarde. Niettemin, als we een asteroïde in een baan brengen die zowel de Aarde als Jupiter dichtbij passeert, kan dit de Aarde telkens wat versnellen en Jupiter wat afremmen, waarmee de Aarde geleidelijk verder van de Zon af gaat staan. Dit is precies de methode die wordt gebruikt om interplanetaire ruimtesondes te versnellen, de zwaartekrachtsslinger, alleen is het effect op de Aarde bij sondes verwaarloosbaar door hun lage massa.

Bronnen:
Goldblatt & Watson (2012)
Kasting (1988)

Een vrij kleine temperatuurdaling had al dit effect.

‘Invloed kooldioxide op temperatuur zwaar overschat’

8 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 25 november 2011

Het klimaat zou wel eens minder gevoelig voor kooldioxide kunnen zijn dan we dachten – en de temperatuurstijging deze eeuw minder dan tot nu toe aangenomen. Als we tenminste een nieuwe analyse van de vorige ijstijd mogen geloven.

Hoe gevoelig is ons klimaat voor een CO2-stijging?
De meeste schattingen gaan er van uit dat als de hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer verdubbelt, de temperatuur stijgt met drie graden. Dit is de zogeheten klimaatgevoeligheid. Deze drie graden is echter alleen een schatting. De internationale klimaatorganisatie IPCC stelt dat de klimaatgevoeligheid tussen de twee en viereneenhalve graad in ligt. Dit betekent dat de temperatuurstijging door een gegeven stijging in kooldioxidegehalte nog steeds onzeker is. Om deze onzekerheid te verminderen bestudeerden Andreas Schmittner van de universiteit van Oregon en zijn collega’s het tijdstip dat de vorige ijstijd het heftigst was, rond de 20 000 jaar geleden.

Een vrij kleine temperatuurdaling had al dit effect.
Een vrij kleine temperatuurdaling had al dit effect.

Afkoeling door minder CO2 minder dan gedacht
Hiervoor gebruikten ze al eerder gepubliceerde data om een gedetailleerde kaart van oppervlaktetemperaturen samen te stellen. Naar bleek, was de aarde 20 000 jaar geleden 2,2 graden koeler dan nu. Uit monsters van de Groenlandse ijskap en Antarctica weten we al dat de kooldioxidegehaltes toen veel lager waren dan nu. Schmittner voerde dit getal in in een klimaatmodel en probeerde de wereldwijde temperaturen in die tijd te reconstrueren. Het getal van 2,4 graden Celsius bleek het meeste overeen te komen met de resultaten. Dit ligt aan de onderkant van wat het IPCC veronderstelt bij ongewijzigde broeikasuitstoot.

Klopt het klimaatmodel wel?
Niet iedereen is het echter met deze conclusie eens. Volgens collega Schmidt onderschat hij de afkoeling in Antarctica en gematigde breedtes. Hij gebruikte namelijk maar één model. Andere modellen zouden, claimt Schmidt, een grotere klimaatgevoeligheid geven. Schmittner wil daarom nu ook andere klimaatmodellen doorrekenen. Ook wijst hij er op dat deze relatief geringe temperatuurdaling van 2,2 graden bepaald niet betekent dat we veilig zijn voor extreme gevolgen van klimaatverandering. Per slot van rekening was het tijdens de laatste ijstijd weliswaar maar 2,2, graden koeler dan nu, maar waren er enorme ijskappen, waren de klimaatgordels sterk verschoven en was het zeeniveau 120 m lager dan nu.

Gevolgen even dramatisch als tijdens laatste ijstijd?
“Zeer kleine veranderingen in temperatuur veroorzaken enorme veranderingen in bepaalde regio’s,” aldus Schmittner. Zelfs een kleine temperatuursverandering kan dus enorme gevolgen hebben. Persoonlijk denk ik overigens dat deze gevolgen relatief meevallen. De ijstijd was het gevolg van het overschrijden van een omslagpunt, waardoor de sneeuw ’s zomers bleef liggen en zich enorme ijskappen konden vormen. Deze ijskappen reflecteerden extra zonlicht. Er kan nu niet veel meer smelten. Wel is er het grote gevaar dat de methaanhydraten in de toendra gaan smelten.

Omdat Antarctica geïsoleerd ligt – het ijscontinent met zijn kilometers dik landijs wordt omgeven door een koude circumpolaire zeestroom – zal een beperkte temperatuursverhoging van 2,4 graden hooguit de Groenlandse ijskap laten smelten. Hierdoor stijgt de zeespiegel met hooguit enkele meters. Vervelend, maar overkomelijk. De gevolgen van een ijstijd zijn vele malen vervelender dan een beetje opwarming. Er zijn betere redenen om komaf te maken met fossiele brandstoffen dan klimaatverandering. Afhankelijkheid en milieuvervuiling, bijvoorbeeld.

Bronnen
1. Andreas Schmittner et al., Climate Sensitivity Estimated from Temperature Reconstructions of the Last Glacial Maximum, Science (2011)
2. CO2 may not warm the planet as much as thought, New Scientist (2011)

Nederland ziet er ongeveer zo uit als de zeespiegel zeven metr stijgt.

Nederzee

5 reacties / Nederland, Wereld, Wetenschap / Door / 18 oktober 2011

Een groot deel van Nederland ligt onder de zeespiegel, een ander groot deel ligt er maar een paar meter boven. Hoe zou ons land er uit zien als de waterspiegel vijf meter hoger staat, zoals sommige broeikasonderzoekers beweren?

Nederland ziet er ongeveer zo uit als de zeespiegel zeven metr stijgt.
Nederland ziet er ongeveer zo uit als de zeespiegel zeven metr stijgt.

Een groot deel van Nederland ligt ver onder de zeespiegel. De afgelopen duizenden jaren is de zeespiegel redelijk constant gebleven maar dit is in de geologische geschiedenis van de aarde eerder de uitzondering dan de regel. Zo vond er door het verdwijnen van het laatste restje van de Laurentische ijskap, over Québec en Ontario, een grote zeespiegelstijging plaats, waardoor de Zwarte Zee onderliep en ook de Doggersbank,  toen nog een eiland in de Noordzee, er aan moest geloven. Dit was meer dan achtduizend jaar geleden. Uit eerdere interglacialen – perioden tussen ijsbedekking in – weten we dat de zeespiegel zelfs nog meer kan stijgen dan nu.

Volgens broeikasonderzoekers hebben we het zo bont gemaakt met onze kooldioxideuitstoot, dat de aarde opwarmt en dat hierdoor de oceaan ook zal gaan uitzetten. Een en ander heeft het gevolg dat de zeespiegel vijf meter gaat stijgen[1]. Er zal als dit klopt, in het jaar 2500  weinig over zal zijn gebleven van het grootste deel van Nederland. Gelukkig duurt dat nog even, dus wacht nog even met het inrichten van een strandtent op de Grebbeberg.

Het is ook de vraag of deze voorspelling wel klopt. We begrijpen nog maar weinig van de ingewikkelde cycli die ons klimaat regelen. Voor hetzelfde geld kan er ook een nieuwe ijstijd aanbreken. Deze laat per slot van rekening al abnormaal lang op zich wachten…

Bron
1. S. Jevrejeva, J.C. Moore, A. Grinsted. Sea level projections to AD2500 with a new generation of climate change scenarios. Global and Planetary Change, 2011

Nog steeds is een raadsel waarom de vroeg aarde zo warm was.

Waarom was de vroege aarde zo warm?

12 reacties / Wereld, Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 31 mei 2011

Vlak na het ontstaan van de aarde was de zon veel zwakker dan nu. Toch zijn er al sporen van vloeibaar water aangetroffen in aards gesteente van 3,8 miljard jaar oud. Wat verhitte de aarde?

Sterren: hoe ouder hoe heter
Hoe ouder een ster wordt, hoe meer helium naar de kern zakt en hoe hoger de temperatuur in de kern moet zijn om de kernfusie in stand te houden. Vlak na het ontstaan van de aarde had de zon slechts zeventig procent van het vermogen van nu (1). 3,8 miljard jaar geleden had de aarde dus veel weg moeten hebben van een ijsklont. Wat hield de aarde miljarden jaren geleden zo abnormaal warm en maakte vloeibaar water mogelijk?

Denkbare verklaringen

Nog steeds is een raadsel waarom de vroeg aarde zo warm was.
Nog steeds is een raadsel waarom de vroeg aarde zo warm was.

Er zijn enkele voor de hand liggende verklaringen te bedenken. De eerste: de aarde was mogelijk veel donkerder dan nu (had een lager weerkaatsingspercentage (albedo), waardoor er veel meer zonlicht werd geabsorbeerd). De tweede verklaring: de aarde beschikte mogelijk over veel meer broeikasgassen, zoals kooldioxide, dan nu, waardoor ondanks de lage instraling de aarde toch warm genoeg bleef.
In 2010 dachten wetenschappers ontdekt te hebben dat een lager albedo de hoge temperatuur verklaarde(2). Hun theorie: in die tijd waren er nog nauwelijks tot geen levensvormen, waardoor zich minder condensatiekernen, dus witte, lichtweerkaatsende wolken, konden vormen. Uit geologische afzettingen uit die tijd bleek dat concentraties van bekende broeikasgassen als kooldioxide en methaan onvoldoende hoog waren om dat effect op te wekken.

Vraag weer open
Een nieuwe ontdekking zet het debat echter weer helemaal op scherp. Colin Goldlatt en Kevin Zahnle van NASA’s Ames Research Center in Moffett Field hebben aangetoond dat de wolkenverklaring tekort schiet (3). Wolken dicht bij de aardoppervlakte weerkaatsen zonlicht, wolken ver van de oppervlakte af zorgen juist voor extra weerkaatsing van aardse warmtestraling en dus opwarming.
Zelfs bij de meest extreme aanname – een totaal ontbreken van reflecterende lage bewolking – blijkt dit model slechts vijftig procent van de opwarming te verklaren. De kwestie van wat de merkwaardige opwarming kan verklaren, ligt dus weer helemaal open.

Wat is dan de verklaring?
Mogelijk dat een opmerkelijk idee van klimatoloog Pierrehumbert een rol speelt. Hij berekende dat een dikke deken van waterstofgas de planeet warm kan houden. Hiervoor moet de gasdruk wel vele malen groter zijn dan nu op aarde. Een dergelijke waterstofdeken zal het zo dicht bij de zon niet lang uithouden. Wellicht was het net lang genoeg om de aarde warm te houden in de vroegste tijd. Dit speelt een andere theorie in gedachten dat de aarde oorspronkelijk een waterstofmantel had. Radioactiviteit is geen verklaring. Weliswaar was de radioactiviteit miljarden jaren geleden drie keer zo hoog als nu, maar zelfs toen al viel deze in het niet bij de hoeveelheid zonnestraling (ongeveer 10 000 x zoveel).

Bronnen
1. Gough, D.O., Solar interior structure and luminosity variations, Solar Physics (1981)
2. Rosing, M. et al., No climate paradox under the faint early Sun, Nature (2010)
3. Colin Goldblatt en Kevin J. Zahnle, Faint Young Sun Paradox Remains, ArXiv (2011)

Europa onder water

West-Europa onder water

1 reactie / Europa, Nederland, Wereld / Door / 15 november 2021

Wat zou er gebeuren als de zeespiegel tientallen meters stijgt? Waar moet je heenvluchten als Al Gore’s doemprofetieën echt realiteit worden? Loont het de moeite om te investeren in zwemvliezen en een duikpak, of kunnen we het beste emigreren naar Zwitserland? Bekijk dit filmpje, dat maar liefst 3500 meter water aan de zeespiegel toevoegt en je bent helemaal op de hoogte…