Något om hur GWP-värden bestäms

Många köldmedier är starka växthusgaser, dvs de kan uppta och avge strålning och därmed bidra till växthuseffekten. (Glaset i ett växthus är genomskinligt för huvuddelen av den infallande strålningen från solen, men inte för den värmestrålning som avges från ytorna inne i växthuset som värmts av solen. Värmen tvingas därmed stanna kvar i växthuset och temperaturen stiger. Växthusgaserna fungerar på motsvarande sätt). Olika gaser har olika strålningsegenskaper, dvs upptar och avger strålning i olika våglängdsintervall, och man har därför infört GWP-begreppet för att på ett enkelt sätt kunna jämföra inverkan av olika gaser. Koldioxid används i detta sammanhang som bas i jämförelsen.

En introduktion till växthuseffekten

Energi från solen kan antingen reflekteras ut i rymden eller absorberas av jorden och dess atmosfär. För att temperaturen på jorden ska vara i balans måste samma mängd energi (plus det som genereras på och i jorden t.ex. genom radioaktivt sönderfall) stråla ut från jorden mot den kalla rymden. Om jorden absorberar mer än vad som strålas ut kommer temperaturen att stiga, varpå den utstrålade energimängden ökar och en ny balanstemperatur inställer sig. Balansen mellan instrålad och utstrålad energi bestämmer alltså temperaturen på jorden.

Växthusgaser i atmosfären absorberar värmestrålning från jordytan av vissa våglängder och sänder tillbaka endel av strålningen till jorden. Därmed ändras strålningsbalansen och om mängden växthusgaser ökar måste jorden ha en högre temperatur för att kunna stråla ut lika mycket energi som infaller från solen.

Den engelska termen Radiative Forcing (RF), i vissa sammanhang översatt till strålningsdrivning, är ett viktigt begrepp kopplat till växthuseffekten. Det kan definieras som nettoförändringen i jordens energibalans orsakad av en given störning (t.ex. ett utsläpp av växthusgaser). Det uttrycks vanligen som effekt per kvadratmeter (W/m²) i medeltal över en given tidsperiod, och är ett mått på hur mycket jordens energibalans har rubbats på grund av störningen. På grund av den uppkomna obalansen måste jorden hitta ett nytt jämviktstillstånd, varför medeltemperaturen kommer att förändras.

Man kan säga att RF anger ändringen i mängden strålningsenergi (netto, i Watt per kvadratmeter av jordytan) som når jorden på grund av ett utsläpp av växthusgaser i atmosfären. För beräkningen antas att stratosfärens temperatur hinner påverkas av utsläppet till en ny jämvikt, men att temperaturen vid markytan och andra sekundära effekter, ännu inte hunnit påverkas. Något olika definitioner förekommer, men denna definition används av FNs miljöpanel IPCC [1]. RF definieras vidare av IPCC jämfört med läget år 1750, dvs före industrialismen, då RF alltså sätts till 0 W/m². Den största ökningen har skett de senaste decennierna: RF anges av IPCC ha ökat från 0,57 W/m² år 1950 till 2,29 W/m² år 2011 [1]. För att beräkna effekten av utsläpp av en viss gas, beräknas RF som om utsläppet är fullständigt omblandat i atmosfären och att inga andra förändringar i atmosfären sker samtidigt. Alternativa definitioner av RF diskuteras också, där hänsyn tas till snabba förändringar i atmosfären orsakade av ett visst utsläpp, liksom till lokala effekter. Det senare är intressant speciellt för ämnen med kort atmosfärisk livstid, t.ex. HFO, som aldrig hinner bli väl blandade i atmosfären.

Vad som menas med “atmosfärisk livstid” för en gas.

Växthusgaser bidrar till den globala uppvärmningen så länge de finns kvar I atmosfären. Utsläppta gaser stannar inte i atmosfären för evigt eftersom de flesta ämnen är mer eller mindre reaktiva och under rätt förutsättningar sönderdelas eller omvandlas genom kemiska reaktioner. Dessa processer bestämmer sannolikheten att växthusgas-molekylerna ska försvinna och därmed ”livstiden” för gasen i atmosfären. Livstiden definieras som den tid det tar för koncentrationen att minska till 1/e=1/2,71 av den ursprungliga koncentrationen [1].

Den atmosfäriska livstiden för olika köldmedier varierar kraftigt, från dagar till tusentals år. Som exempel kan nämnas att HFO-1234yf har en livstid av 10,5 dagar, medan HFC-23, som är en biprodukt vid framställning av vissa köldmedier, har en livstid av omkring 222 år. Koldioxid är mer komplicerat att ge ett värde för eftersom det försvinner ur atmosfären genom flera olika fysiska, biologiska och geologiska processer, i haven så väl som på land, processer som alla verkar olika snabbt. Av ett koldioxidutsläpp försvinner ungefär hälften inom några decennier, men det tar mycket längre innan allt har försvunnit. Enligt IPCC [1] finns 15% till 40% av koldioxidutsläppet fortfarande kvar efter 1000 år.

Tillbaka till GWP

GWP är alltså allmänt ett mått på hur mycket ett utsläpp av en gas bidrar till växthuseffekten, jämfört med ett lika stort utsläpp av koldioxid. Mer precist är GWP enligt IPCC …ett index, baserat på strålningsegenskaperna för växthusgaser, som mäter den RF (Radiative forcing) som följer av ett pulsutsläpp av en massenhet av en given växthusgas i dagens atmosfär, integrerat över en vald tidshorisont, jämfört med motsvarande för koldioxid [1]. Utifrån definitionen av RF (ovan) så är GWP alltså ett index för den totala energimängd som tillförs jorden av ett utsläpp av en växthusgas jämfört med motsvarande för koldioxid. I matematiska termer kan det beskrivas som kvoten mellan det tidsintegrerade medelvärdet av RF för ett pulsutsläpp av en växthusgas jämfört med motsvarande värde för samma mängd koldioxid (se Figur 1).

Det blåstreckade området i Figur 1 representerar det integrerade RF från ett pulsutsläpp av koldioxid, medan de gröna och röda områdena representerar gaser med atmosfärisk livstid av 1,5 resp 13 år. Från figuren är det lätt att förstå att GWP-värdena beror mycket på vilken integrationstid som väljs. Kortare integrationstid kommer att ge högre GWP värden för exempelgaserna.

IPCC har vanligen presenterat GWP-värden med integrationstiderna 20, 100 och 500 år och i Kyoto protokollet har man använt tiden 100 år (här kallat GWP₁₀₀). Även om dessa tre tidshorisonter ursprungligen presenterades som ”kandidater för diskussion vilka inte ska anses ha någon speciell betydelse”, och trots att tidsperioden har stor betydelse för värdet, så har ändå GWP värden med 100 års integreringstid praktiskt taget blivit standard. Men det bör påpekas att det inte finns några vetenskapliga argument för att välja just denna tidsperiod [1].

Stor osäkerhet i tabellerade GWP-värden

IPCC har presenterat fem rapporter sedan 1990, och i varje rapport har nya uppdaterade värden för GWP presenterats. Orsakerna till detta är att kunskapen om ämnenas egenskaper har förbättrats, men också ändringar i uppskattningen av atmosfärisk livstid för växthusgaserna och ändringar i atmosfärens strålningsegenskaper. Tabell 1 sammanfattar de GWP värden som presenterats i de olika rapporterna från IPCC. Som framgår varierar värdena över tid. Vad som inte framgår av tabellen är att det finns en stor osäkerhet i värdena. För gaser med atmosfärisk livstid på några decennier uppskattas osäkerheten i GWP till +-35% för 100 års integreringstid. Det betyder att GWP för R134a (GWP₁₀₀=1300) ligger någonstans mellan 845 och 1755.

Det bör också påpekas att om växthuseffekten för koldioxid omvärderas kommer detta att påverka värdena för alla andra medier.

Tabell 1 - GWP₁₀₀ värden som de presenterats i IPCCs rapporter

Eftersom GWP-värdena varierar över tid och mellan olika källor är det viktigt att vid jämförelser inte blanda värden från olika källor. I lagstiftning och regelverk hänvisas normalt till en specifik källa. Som exempel refereras i EUs MAC-direktiv (om luftkonditioneringssystem för bilar) till de GWP₁₀₀ värden som publicerades i den tredje IPCC rapporten från 2001.

Det finns även andra förslag på hur köldmediernas klimatpåverkan ska jämföras. I nästa nummer av Kyla kommer vi bland annat att ta upp begreppet GTP, Global Temperature change Potential som föreslagits som ett alternativ till GWP.

Följ gärna våra publikationer och få vårt digitala nyhetsbrev. Anmäl dig .

Referenser: