torsdag 17 augusti 2017

Storskalig vindkraftsutbyggnad skadar våra älvar

En stor del av vår el produceras i våra vattenfall och i våra kärnkraftverk. Vi tänker kanske inte på det dagligdags men behovet av el varierar starkt under dygnets 24 timmar.

Elproduktionen i kärnkraftverken är svår att reglera och därför är det vattenkraften som tjänar som regulator.

Om vi genomför en storskalig utbyggnad av vindkraften kommer behovet av att reglera den totala elproduktionen att öka avsevärt eftersom den el som vindkraften producerar varierar från nära noll under perioder då det blåser lite eller inget alls till mycket stor produktion under stormiga dagar.

Nyhetstjänsten Second opinion har i en artikel av Klas Roudén redovisat effekterna för våra älvar vid ett starkt ökat behov av korttidsreglering.

Det totala ekosystemet påverkas liksom fisket och för närboende innebär det olägenheter. Den totala energiproduktionen från älvarna reduceras av det varierande uttaget samtidigt som det innebär merkostnader för ökat maskinslitage.


Bengt Lindhé

tisdag 1 augusti 2017

Vårt ömkligt lilla klot

Bokrecension.                                                         

Vårt lilla klot.
Bild: Apollo 8 / NASA


Ulf Danielsson.
Vårt klot så ömkligt litet








Ulf Danielsson som är naturvetare och fysiker i Uppsala har sammanfattat vår existentiella situation på ett sätt som jag aldrig tidigare tagit del av. Vi lever i en utsatt värld. Kometer och asteroider har en gång utplånat stora delar av livet på jorden och vi har ingen garanti för att det inte sker igen. Vulkanutbrott är en annan faktor som påverkat livet på jorden. Vi har alla läst om dinosaurierna som försvann för 65 miljoner år sedan i samband med ett vulkanutbrott som orsakades av ett asteroidnedslag. De människoliknande varelserna uppkom för några miljoner år sedan. Vår egen art Homo sapiens är ungefär hundra tusen år gammal.

I den enorma mängden fakta som finns i boken finns ett avsnitt om avstånd som är tänkvärt. Det tar en dryg tiondels sekund för ljus att färdas ett varv runt den väldiga jorden och en sekund till månen – den längsta resa en människa gjort. På åtta minuter når oss ljuset från solen. Fyra år krävs till närmaste stjärna och trettio tusen år till Vintergatans mitt. Vi kan med teleskop se galaxer på avstånd som det tar miljarder år för ljus att överbrygga. 

Ett direkt citat ur boken ger ett annat perspektiv: ”Jag har blivit övertygad om att vårt universum inte är det enda och att det som format dess öde är kaos och slump, snarare än oundviklig matematik. Det är i detta ljus vi också måste se vår egen tillvaro och den jord där vi alla lever våra liv från födelse och död. Denna lilla planet, detta sköra klot, som vävar fritt i en mörk och outforskad rymd utgjorde en gång för inte så länge sedan hela den ofattbart stora världen.”

Ett annat citat ger ett perspektiv på vad som kommer att hända långt in i framtiden: ”Vår egen sol lyser allt starkare ju äldre den blir. Om en miljard år har ljuset blivit så starkt att haven kokar bort. Om sex miljarder år sväller solen upp till en röd jättestjärna som kanske slukar den sedan länge döda jorden.”

Andra fakta i boken är att Venus och Mars inte innehåller något liv och att man inte ännu funnit någon annan stjärna eller planet med organiskt liv.

Hur ser då framtidsutsikterna ut? Vi kommer knappast att överleva mer än 10 000 år – med eller utan civilisation. Så skönt att allt det där obehagliga ligger så långt bort i framtiden.


Bengt Lindhé

söndag 23 juli 2017

Väteekonomin kan bli verklighet via reformering av metanol med ammoniak

Jules Verne skrev redan för 150 år sedan Den hemlighetsfulla ön. Bokens huvudperson Cyrus Smith säger på tal om Amerikas framtid om kolet snart skulle ta slut: ”Framtidens bränsle är vatten, delat i sina beståndsdelar väte och syre genom elektrolys”.

Ytterligare ett halvsekel tidigare visste man, att elektrolys bokstavligt talat kunde köras baklänges. Väte kan alltså oxideras på två sätt: (i) förenas med syre i förbränning vilket ger värmeenergi och vatten; (ii) förenas med syre i en bränslecell vilket ger elenergi och vatten.

Kruxet är att få fram detta väte, eftersom det ingenstans finns att bara hämta på denna planet, trots att väte är universums vanligaste grundämne. Väte måste produceras genom att frigöras från sin bundenhet i vatten och andra kemiska föreningar. Billigast för dagen är att reformera naturgas med ånga, som står för ca hälften av global väteproduktion. Ovan nämnda elektrolys av vatten står bara för ca 5 %.

Den stora nyheten är reformering av metanol med ammoniak, se föregående artikel här på bloggen den 30 juni: Lastbilens container är enkel pedagogisk förklaring. Efter elektrolys av vatten kommer väte in i containern uppe till vänster och hydrerar container- luftens CO2 till metanol i ett satsvis förlopp.











Ekv1: CO2  +  3H2    CH3OH  +  H2O
                    koldioxid        väte                     metanol                   vatten

Därpå följer reaktionen metanol/ammoniak. Väte och kväve lämnar containern nere till höger.

Ekv2: CH3OH + 2NH3 →CO(NH)2 + 3H2 + N2
                      metanol             ammoniak               urea                    väte             kväve

Genom att utsätta vätet för alternerande tryck (”pressure swing”) görs den satsvisa processen enkelt kontinuerlig och ger inga emissioner av vare sig CO2 eller CO – bara eftertraktad H2 och harmlös N2.

Ekv3: CO(NH2)2 + 3H2 → CH3OH + 2NH3
                           urea                     väte                  methanol             ammoniak

“In the paper, we performed chemistry with primary and secondary amines, but not ammonia per se”, säger Suryah Prakash. (I artikeln beskrev vi kemin med primära och sekundära aminer, inte med ammoniak i och för sig). Underförstått att annars skulle framställningen blivit för avancerad och inte längre vara populärt skriven.

Slutligen kan det sägas vara en ödets ironi att George Olah strax före sin död i mars i år hann medverka till ett vetenskapligt genombrott för väteekonomin, Tidigare kritiserade han den för att vara ekonomiskt omöjlig på grund av att vätes kemiska och fysikaliska egenskaper gör den hopplöst svår att lagra och transportera – särskilt ombord på fordon. Att hans egen metanolekonomi löste knuten måste gett honom stor och välförtjänt glädje i det sista.


J-G Hemming

fredag 30 juni 2017

Metanolekonomin nyckel till en fungerande väteekonomi

George Olah avled den 8 mars i år. Hans sista vetenskapliga rapport (hans testamente kan man säga) publicerades i JACS, Journal of  American Chemical Society, 20170202. Olah nöjde sig inte med den strikt vetenskapliga rapporteringen. Han ville alltid dessutom förklara så ”vanligt folk” förstod. Den viktiga uppgiften förvaltar nu hans lärjunge och efterträdare G K Surya Prakash, som skrivit denna populärversion av nämnda JACS-rapport.

Översättning: J-G Hemming


Bildtext: Forskare vid USC har funnit en väg att reformera metanol till väte utan emission av CO eller CO2.


















Credit: G. K. Surya Prakash

HELA ARTIKELN
Forskare har länge kämpat med produktion och lagring av väte, så att det en dag skulle kunna vara ryggraden i förnybar energi i form av bränsleceller, som driver våra bilar, värmer våra hus och hjälper oss producera mat, på sätt som inte vållar klimatförändring eller annan miljöskada.
I en forskningsrapport publicerad tidigare i år i Journal of American Chemical Society beskrev forskare vid Loker Hydrocarbon Research Institute en kolneutral metod att göra just så, med hjälp av den enklaste alkoholen metanol.
G K Surya Prakash och 1994 års Nobelpristagare i kemi George Olah samt deras team vid nämnda institut i Los Angeles visade i sin sista viktiga rapport ett sätt att producera och lagra väte från metanol, utan konkurrerande produktion av vare sig CO eller CO2 genom att använda organiska derivat av ammoniak som kallas aminer.
Den välkända processen reformering med ånga används vanligen för att producera väte av metanol (kallas reformering av metanol) och producerar traditionellt CO och CO2 i denna process. CO2 är en växthusgas som orsakar global uppvärmning och havsförsurning.
Forskningen visar här ännu ett sätt hur kol kan undvikas i en cykel som producerar och lagrar bränslen via metanol. Det stödjer Olah’s och Prakash’s gamla vision om en helt cirkulär metanolekonomi.
Minskat beroende av kol-emitterande fossila bränslen
”Metanolekonomin” är ett koncept som Olah-Prakash och deras team myntade först i början av 1990-talet, alldeles efter den tid då Olah blev USC’s första Nobelpristagare för sina upptäckter om karbokat-jonerna, det ord Olah själv använde för joner med en positivt laddad kolatom. Enligt Olah och Prakash skulle målet för en metanolbaserad ekonomi vara att utveckla förnybara energikällor, främst metanol, som skulle kunna mildra problemet med klimatförändring orsakad av kol-emissioner, liksom USA’s beroende av andra länder för sin energiförsörjning, särskilt olja. Behovet av motvikt till oljekonsumtionen har först vuxit under decennierna efter det att Olah och Prakash började sin forskning. På den tiden var global oljekonsumtion runt 70 miljoner fat om dagen. Den siffran förväntas vara ca 100 miljoner fat redan nästa år.

Länder som Kina har redan börjat sin övergång bort från petroleum. I seklets början var metanolanvändningen i Kina försumbar, men räknas nu i över 500 000 fat per dag. Mycket av det är emellertid kol-baserat, vilket kan skapa sina egna problematiska kol-utsläpp.

Prakash’s, Olah’s och deras teams forskning har haft fokus på att finna vägar att utvinna väte från metanol på sätt som inte bara är kol-neutrala utan också kan vara kol-positiva.

Rötterna till en kol-fri framtid
Metanol, som ibland kallas ”träsprit”, är den enklaste alkoholen med bara en kol-atom i molekylen. För dess produktion behövs bara vatten, CO2 och energi. Metanol innehåller bara hälften så mycket energi som traditionell petroleumbaserad bensin. Å andra sidan brinner metanol renare, utan sot, partiklar och andra rester. Eftersom metanolmolekylens halva vikt utgörs av syre behöver den mindre luft för sin förbränning. Därför brinner metanol med suveränt låga utsläpp av kväveoxider (NOx).

Metanol bryts snabbt ner i naturen. Produktion sker traditionellt av naturgas. Metanol kan vara korrosiv mot bränslesystemets slangar samt mot bilklädsel i gamla bilar. Men i nya bilar är det inga problem. Metanol är ett effektivare bränsle än bensin och diesel. Men metanol ger färre km per liter genom sin låga energidensitet.

Metanol har också länge prisats av racerförare för högre oktantal på kortsträckor, och därmed för att förbättra sikt och förhindra seriekrockar. Till skillnad från bensinbränder kan metanolbränder effektivt bekämpas med vatten. Visserligen kan metanolbrandens osynliga lågor vara problem, men det åtgärdas enkelt med något additiv som synliggör brinnande metanol.

Metanol används redan som råvara i kemindustrin istället för petroleumbaserade kemikalier.

Slutligen, som tillägg till sin elegans, enkelhet och allmänna förekomst kan nämnas att metanol finns i små mängder i jordens atmosfär. Och det finns även ofantliga moln av metanol i rymden. Olah, Prakash och kollegor publicerade ifjol forskning om skillnader hur metanol bildas både på jorden och i rymden.

Prakash som arbetade med Olah i över 40 år framhåller: ”Olah var en gigant till kemist och en stor visionär som hade ett profetiskt förhållningssätt till att lösa svåra problem. Han hade ett enastående minne och stor förmåga till intuition. Han var mycket beläst, hemma i historia och filosofi, uppskattade musik och konst. Han hade en omättlig läslust. Han var en modern renässansmänniska.”



Denna artikels källa:
Materials provided by University of Southern CaliforniaNote: Content may be edited for style and length.


Journal Reference:
1.     Jotheeswari Kothandaraman, Sayan Kar, Raktim Sen, Alain Goeppert, George A. Olah, G. K. Surya Prakash. Efficient Reversible Hydrogen Carrier System Based on Amine Reforming of MethanolJournal of the American Chemical Society, 2017; 139 (7): 2549 DOI: 10.1021/jacs.6b11637