Beregning

Albedo effekt som klimatiltag

Artikel af Henrik Hallberg Jensen, Civilingeniør

Resumé og konklusion

Svendborg kommune kan modvirke den årlige opvarmning på kommunens areal ved, årligt at gøre et asfalteret område el. andet mørkt område på størrelse med 22,8 fodboldbaner helt hvidt. Ved at forbedre Svendborg Kommunes albedo kan vi holde kommunens areal køligere.

På dette tidspunkt i nærværende rapport har du allerede fået fat essensen. Dvs. hvis du grundet tidsmangel ikke vil/kan læse resten, så husk blot på, at der hvert år skal males/omlægges et område på størrelse på 22,8 fodboldbaner i Svendborg Kommune for at modvirke temperaturstigningen for Svendborg Kommunes område. Resten er blot ingeniørsnak.

Meget vigtigt: Selvom der nedenfor anføres en løsning på den globale opvarmning for Svendborg Kommunes areal, betyder dette ikke, at det er løsningen på klimaforandringerne. Det er blot en slags klimaaflad for det arbitrære areal der udgør Svendborg Kommune. Hvis menneskeheden ikke ophører med sine destruktive handlinger, gør albedo-forbedringer ingen forskel. Oceanerne vil fortsætte med at forsures, biodiversiteten vil forsat være i styrtdyk.

Albedo (latin = hvidhed)

For at sætte sig ind i begrebet albedo bør vi først have et par fakta på plads.

I klimatologien beregnes en overflades albedo som forholdet mellem tilbagekastet og modtaget stråling. Langt størstedelen af strålingen kommer fra solen (alle bølgelængder). Den tilbagekastede stråling er diffus (langbølget). Albedo udtrykkes som regel ved et tal mellem 0 og 1 eller i procent 0 til 100. 100% svarende til en overflade der reflekterer alt lys og 0% svarende til en overflade der absorberer alt lys.

Pga. drivhuseffekten stiger den relative indstråling hvert år. Solens udstråling er relativ stabil, men drivhusgasserne bevirker, at jorden ikke udstråler samme mængde energi som tidligere. Resultatet er, at gennemsnitstemperaturen på jorden (vand såvel som land) stiger. Dette vil den blive ved med indtil der indstiller sig en ny ligevægt hvor indstrålingen svarer til udstrålingen. Den nye ligevægt vil indstille sig ved en højere gennemsnitstemperatur for vor klode.

Den øgede CO2 koncentration i atmosfæren bevirker, at noget af den del af solenergien der rammer jorden, som tidligere blev reflekteret ud i verdensaltet, nu bliver opfanget i form af varme i CO2 molekylerne. Denne varme stråles så tilbage til jordoverfladen og bevirker opvarmning.

Varmestråling

Varmestråling mellem to legemer styres af Stefan-Boltzmanns lov.

Q/t=σeAT4

Hvor (sigma) σ = 5.67 × 10−8 J/s · m2 · K4 er Stefan-Boltzmann konstanten, A er objektets overfladeareal og T er den absolutte tempeatur i Kelvin, e er emissiviteten (0=perfekt absorption, 1=perfekt emssivitet). Q/t er varmeoverførslen per tid. Det bemærkes, at varmeoverførslen mellem solen og jorden er styret af temperaturforskellen i 4. potens. For at sætte sig ind i begrebet albedo bør vi først have et par fakta på plads.

Climate forcing

Climate forcing er et begreb der anvendes i klimaforskingen, for at forklare hvor stor opvarmningen er. Det beskriver påvirkningen af den antropogene (menneskeskabte) globale opvarming, samt de enkelte delkomponenter, som f.eks. CO2 (kuldioxid), N2O (lattergas) mv. Enhenden er udtrykt i W/m2 (Watt per kvadratmeter) og den første afledede (stignng i Watt per kvadratmeter per år) benyttes også (vist nedenfor). Dvs. hvor meget værre (større) er opvarminigen på nuværende tidspunk og hvor stor er den årlige stigning.

Tallet er et gennemsnit for hele jordens overflade. I 2020 forårsagede stigningen i klimagasser i atmosfæren en stigning i den totale climate forcing på 0,045 W/m2. Dvs. opvarmningen var 0,045 W højere per kvadratmeter i 2020 end den var i 2019. Det lyder ikke af meget, men svarer til, at der for hver ”fodboldbane” bliver tilføjet 331W ekstra per år. For at sætte sig ind i begrebet albedo bør vi først have et par fakta på plads.

I klimatologien beregnes en overflades albedo som forholdet mellem tilbagekastet og modtaget stråling. Langt størstedelen af strålingen kommer fra solen (alle bølgelængder). Den tilbagekastede stråling er diffus (langbølget). Albedo udtrykkes som regel ved et tal mellem 0 og 1 eller i procent 0 til 100. 100% svarende til en overflade der reflekterer alt lys og 0% svarende til en overflade der absorberer alt lys.

Pga. drivhuseffekten stiger den relative indstråling hvert år. Solens udstråling er relativ stabil, men drivhusgasserne bevirker, at jorden ikke udstråler samme mængde energi som tidligere. Resultatet er, at gennemsnitstemperaturen på jorden (vand såvel som land) stiger. Dette vil den blive ved med indtil der indstiller sig en ny ligevægt hvor indstrålingen svarer til udstrålingen. Den nye ligevægt vil indstille sig ved en højere gennemsnitstemperatur for vor klode.

Den øgede CO2 koncentration i atmosfæren bevirker, at noget af den del af solenergien der rammer jorden, som tidligere blev reflekteret ud i verdensaltet, nu bliver opfanget i form af varme i CO2 molekylerne. Denne varme stråles så tilbage til jordoverfladen og bevirker opvarmning.

Figur 1. Climate forcing

Figur 1 Climate Forcing. Hansen el Al. Oct. 2021. Det bemærkes, at selvom den del af stigningsraten i opvarming der direkte skyldes CO2 tilsyneladende har nået lokalt maksimum, så stiger bidraget fra metan (CH4) stadigvæk hvilket gør, at totalen stadig peger opad. Dvs. ikke alene bliver det værre hvert år, det accelererer stadigvæk i den forkerte retning.

Vi hopper ind i beregningerne

 

Svendborg Kommune har et areal på 416,78 km2  (https://da.wikipedia.org/wiki/Svendborg_Kommune)

Areal af Svendborg Kommune:               

416,78 km2

1000000 ‘m2/km2 

416780000 m2

Årlig stigning i indstrålingen: 0,045 W/m2

416780000 m2 * 0,045 W/m2 = 18755100 W (=19 MW) *MW= MegaWatt

Dvs. for hvert år der går opvarmes Svendborg Kommunes areal af solen med en termisk effekt der stiger 19 MW årligt. Det reelle tal er lidt højere (ca. 1,2x) grundet vores nordlige beliggenhed, men det bliver for omfattende at tage med i nærværende beregning.

Svendborg Kraftvarme producerer ca. 14 MW varme og ca. 4 MW elektricitet.(https://www.svendborgkraftvarme.dk/). Det er ca. 18MW i alt. Dvs. den årlige stigning i global opvarmning svarer nogenlunde til for Svendborg Kommunes vedkommende til, at vi bygger ét kraftvarmeanlæg yderligere hvert år og lader det udlede al varmen til luften i Svendborg Kommune. 19 MW svarer til at man hver time brænder 1700 L diesel af fordelt jævnt ud over Svendborg Kommunes areal. Hver time. Hele året rundt. Året efter brændes der så 3400 L diesel af pr. time og så fremdeles. Dette er blot den årlige stigning i den globale opvarmning. Stigningstakten er endda ikke engang konstant. Den accelererer stadigvæk. Det var blot for at sætte størrelsesordenen lidt i perspektiv.

Hvad kan Svendborg Kommune så gøre ved dette? 

Temperaturen stiger ca. 0,02 C/år. Det skal igen slås fast, at nærværende løsning ikke vil betyde, at vandstandsstigningerne i Svendborg stopper op, eller at vi undgår hyppige storme, eller at vi undgår skyfald eller andet ekstremvejr. Ej heller kan vi undgå at forsuringen af verdens oceaner fortsætter ved at ændre på albedoen. Det kompenserer
også kun for den ekstra opvarmning der sker på vores areal. Ikke den ekstra opvarmning som befolkningen forårsager. I og med befolkningstætheden i kommunen er over verdensgennemsnittet, skal der endnu mere til hvis vi skal kompensere målt per person og ikke kun for det areal vi bebor. Den årlige solindstråling i Svendborg Kommune er ca. 980 kWh/m2 (kilde:dmi).

Hvis vi regner denne årlige energimængde om til effekt, så svarer dette til:
980 kWh/m2 /år
2,68 kWh/m2 /dag
0,112 kWh/m2 /time
= 112 W/m2

(for verden som helhed er dette tal ca. 340W/m2)

Dvs. den årlige energitilførsel fra solen til én kvadratmeter Sydfynsk jord svarer til, at man har to styk 60W elpærer tændt hele tiden på hver kvadratmeter.

Nu kommer så en beregningen

Den årlige stigning grundet antropogene klimgasser er 0,045 W/m2. Dvs. den årlige stigning i procent er:

Årlig stigning = (0,045 W/m2) / (112W/m2) = 0,0402% 

Indstrålingen i Svendborg kommune stiger altså 0,0402% hvert år.

Hvis vi kan få udstrålingen fra Svendborg Kommune til at stige med 0,0402% per år, så stiger temperaturen teoretisk set ikke i Svendborg Kommune.

Hvis vi kan omlægge 0,0402% af Svendborg Kommunes areal, årligt fra at absorbere al solinstråling til at reflektere al solindstråling til verdensrummet, så stiger temperaturen ikke her.

0,0402% af Svendborgs areal (416780000m2) er = 167456 m2.

En fodboldbane er ca. 105 m * 70 meter = 7350 m2.

Dvs. der skal årligt (hvert år!) omlægges sorte flader svarende til 167456m2/7350m2 = 22,8 fodboldbaner.

Fra perfekt sort til perfekt hvid.

Grøn overflade

Hvis der omlægges fra f.eks. parkeringsplads med sort asfalt til græs, så er arealet der årligt bør omlægges væsentligt større. Her kan man regne forholdsregning. Græsområder har en albedo på ca. 20%, hvor sort asfalt har en albedo på ca. 4%. Dvs. der skal omlægges ca. (100/(20-4)) = 6,25x så meget areal. Dvs. 143 fodboldbaner skal årligt omlægges fra asfalt til græs. Hvis asfalten omlægges til hvidt grus eller tilsvarende, er tallet langt tættere på 22,8 fodboldbaner.

Til sidst en bemærkning

Til sidst en bemærkning. Man skal ikke tro at albedojustering i Svendborg Kommune er hele løsningen. Men det kan meget vel blive en del af løsningen. Hvis vi for et øjeblik kigger på den akkumulerede ubalance grundet drivhusgasserne så ser det således ud: Ubalancen i jordens termiske ligevægt er ca. 0,6%. Dvs. der absorberes ca. 0,6% mere varme (2 Watt/m2, se kilde nedenfor) end der reflekteres til verdensrummet (ca. 2W ud af de 340W nævnt ovenfor). Idet ca. 30% af klodens overflade er land skal vi
altså reflektere indstrålingen på ca. 2% af landjordens overflade for at kompensere for disse to Watt. Dette ville for Svendborg Kommunes vedkommende være et areal svarende til Thurøs areal. Med andre ord ville dette køle nok til at modvirke de historiske temperaturstigninger (siden industrialiseringen) og ikke blot som ovenfor, den årlige stigning.

Figur 2. Albedo værdier

Tabel over forskellige albedoværdier. 

VIGTIGT: Der er sneget sig en fejl ind i dokumentet. Albedoværdien for havet er ikke 0,35. Den er snarere 0,035. Så tag værdierne med et gran salt: Kilde.  https://ungeforskere.dk/sites/default/files/unge_forskere_as

Figur 3. Grønland Albedo værdier

Opgave – Prøv at beregne hvor meget ekstra energi der afsættes på indlandsisen på Grønland fordi albedoen deroppe falder.

Figur 3. Grønland er ca. 6000x så stor som Svendborg Kommune. Deroppe er albedoen allerede faldet 6-7%. Spøjst nok er befolkningtallet nogenlunde svarende til Svendborg Kommunes. Det er dog specielt albedoen i smeltesæsonen på Grønland der er vigtig. Denne er også for nedadgående (se kilde nedenfor).

Figur 4. Global temperaturstigningen

På trods af variationer grundet el Niño og vulkanudbrud, kan vi se, at temperaturen fortsætter med at stige. Det ser endda ekstra slemt ud de seneste 5 år. Noget der korrelerer fint med de store naturkatastrofer vi har set rundt om på jorden de seneste par år.

Figur 5. Climate forcing

Her ser vi den akkumulerede uligevægt i jordens varmebalance. P.t. ligger stigningen lige over 2W/m2

Oplagte tiltag

  • Parkeringspladser omlægges til hvidt/lyst grus når de skal fornyes.
  • Plejehjem og ældreboliger får malet taget hvidt, eller udskiftet til hvide/meget lyse tagmaterialer.
  • Ny asfalt/vejbelægning bør være i lyse nuancer.
  • For hver kvadratmeter solceller man monterer bør man gøre et tilsvarende areal hvidt.