Gästinlägg: Att jämföra koldioxid och metan

Eftersom det finns fler växthusgaser än en, så behöver vi kunna göra relevanta jämförelser mellan utsläpp av olika sådana. Hur stort metanutsläpp orsakar lika mycket förhöjd växthuseffekt som en given mängd koldioxid? Frågan är mer komplicerad än man kanske först anar, och vi har idag glädjen att presentera ett gästinlägg om saken av Chalmersforskarna Christian Azar, David Bryngelsson, Daniel Johansson, Erik Sterner och Stefan Wirsenius. /O.H.

* * *

Att jämföra koldioxid och metan – varför GWP inte ger hela bilden

Metan är en betydligt starkare växthusgas än koldioxid. Men metans livslängd i atmosfären är betydligt kortare. Det gör att det är svårt att jämföra dessa gasers klimatpåverkan. Enligt det vanligaste måttet, Global Warming Potential (GWP) med en hundra års tidshorisont¹, är klimatpåverkan från ett utsläpp på ett kg metan 28 gånger större än motsvarande utsläpp av koldioxid². När man räknar om metan och andra utsläpp av växthusgaser till koldioxid på det här viset brukar man tala om ”koldioxidekvivalenta” utsläpp.

Men är de egentligen ekvivalenta? I den här korta texten kommer vi visa att de är ekvivalenta i ett avseende men inte i allmänhet. Detta får stor betydelse för hur man bör resonera kring hur mycket koldioxid och metan man kan släppa ut på lång sikt om man vill stabilisera klimatet. Vi kommer att se att utsläppen av koldioxid behöver minska till i princip noll, medan så inte är fallet för metan. I resten av texten förklarar vi varför.

I figuren nedan illustrerar vi hur mycket medeltemperaturen på jorden förändras om vi släpper ut 1 kg metan per år och 28 kg koldioxid per år under 500 år framöver. Vi har valt 28 kg koldioxid eftersom denna mängd koldioxid, som nämndes ovan, beräknas vara ekvivalent med 1 kg metan om man använder GWP-måttet för en hundraårsperiod.

Figur 1. Temperaturresponsen av konstanta metanutsläpp på 1 kg per år och 28 kg koldioxid per år.

Man ser omedelbart att temperaturpåverkan inte är densamma. Utsläppen är alltså inte ekvivalenta i allmänhet. Utsläppen av metan ger en relativt snabb temperaturuppgång men efter några decennier stannar temperaturuppgången av, och temperaturen (kommer till slut) stabiliseras på en förhöjd nivå.

För koldioxid däremot får vi en närmast konstant temperaturökning. Efter drygt 100 år är temperaturuppgången ungefär lika hög som den för metan. I detta avseende har man alltså en ungefär likvärdig klimatpåverkan mellan 28 kg koldioxid och 1 kg metan.³

Men efter att de första hundra åren har passerat fortsätter temperaturen att öka för koldioxid. Konstanta koldioxidutsläpp leder alltså till att temperaturen fortsätter att öka under hela perioden - och därefter! Dessutom sker temperaturökningen i en närmast konstant takt (vilket framgår av figuren).

Den observante läsaren kan nu dra följande slutsats: för varje ton koldioxid vi släpper ut så stiger temperaturen lite grann. Vill vi att temperaturen ska sluta stiga, så måste utsläppen av koldioxid sjunka till i stort sett noll.⁴

För metanutsläpp, däremot, kan vi ligga kvar på konstanta utsläpp utan att temperaturen ökar ytterligare när jämvikt väl uppnåtts (att det tar lång tid och går sakta efter cirka 100 år beror på att det tar lång tid att värma upp världshaven, se figuren).

Dynamiken i temperaturpåverkan från konstanta utsläpp av metan och koldioxid är alltså helt olika. Det är här en viktig skillnad som ej syns i GWP-måttet (när man valt en viss tidshorisont).

Att det blir sådan skillnad för koldioxid och metan beror på att metan har en kort livslängd (cirka 10 år) i atmosfären medan koldioxid har en livstid i atmosfären som är mer komplicerad. Den kan inte sammanfattas med ett enskilt värde, men en betydande andel (cirka 40%) stannar i atmosfären i hundra år, och cirka 20% procent finns kvar efter tusentals år.⁵

En del tänker att skillnaden i dessa gasers uppehållstid i atmosfären innebär att man inte behöver ta metan på så stort allvar. Så är inte fallet. Koldioxid utgör visserligen den stora utmaningen, och en omställning av energisystemet är helt avgörande för att vi ska klara av klimatmålen. Men, metan är fortfarande viktigt. Om vi håller de globala metanutsläppen konstanta på dagens nivå kommer de på sikt (när jämvikt uppnåtts) leda till en temperaturuppgång på cirka 0,8 grader⁶. Detta innebär att en minskning av metanutsläppen är i stort sett nödvändigt om vi ska nå 2-gradersmålet.

Poängen med den här artikeln är alltså inte att man ska avveckla GWP som metod för att jämföra växthusgaser utan snarare att man ska förstå att GWP-perspektivet (med hundraårs tidshorisont) behöver kompletteras med det mer långsiktiga perspektivet, och att båda dessa perspektiv behövs när man resonerar om en långsiktig stabilisering av klimatet på en önskad nivå. Exempelvis innebär de här vidgade perspektiven alltså att det långsiktiga målet för utsläpp av växthusgaser inte behöver vara noll. Vi behöver snarare ha ett mål för koldioxid som är noll (eller nära noll) och ett mål för metan som innebär konstanta men inte för stora utsläpp. Det räcker för att på sikt stabilisera temperaturen⁷. Den insikten kan man inte få om man bara resonerar i GWP-termer när man gör avvägningar mellan olika växthusgaser.

Christian Azar, professor

David Bryngelsson, teknologie doktor

Daniel Johansson, docent

Erik Sterner, doktorand

Stefan Wirsenius, docent

Alla verksamma vid avdelningen för fysisk resursteori, Chalmers.

Fotnoter

1) Enligt den metoden summerar man den uppvärmande effekten för ett utsläpp av t.ex. ett kg metan, år för år, hundra år framöver, där man också beaktar att metanet successivt bryts ned i atmosfären. Man gör därefter motsvarande beräkning för koldioxid, och beräknar sedan klimatpåverkan från metan relativt koldioxid genom att dela den sammanlagda uppvärmande effekten från metan med den från koldioxid.

2) Betraktar man även feedbackmekanismer på kolcykel (från temperaturökningen från metanutsläppen) uppskattas GWP-måttet för metan (100 år) till cirka 34. Det kan även vara intressant att notera att molekyl för molekyl i atmosfären (när man ej beaktar att de har olika livslängd) är metan cirka 26 gånger starkare än koldioxid, kg för kg så handlar det om cirka 70 gånger större effekt. Metan påverkar dessutom koncentrationen av vattenånga och ozon i atmosfären vilket ger ett ytterligare bidrag på cirka 40%. Totalt sett får vi alltså närmare 100 gånger större påverkan per kg metan än kg koldioxid (per adderat kg till atmosfären). Att GWP-värdet inte blir cirka 100 beror på att metan har en kortare uppehållstid i atmosfären.

3) Det finns flera sätt att jämföra växthusgaser. GWP är ett sätt, ett annat är att ta beräkna temperaturpåverkan av ett konstant utsläpp av metan och dela den temperaturökningen med temperaturpåverkan från ett konstant utsläpp av koldioxid (1 kg per år av varje gas). Det här måttet kallas ibland för Sustained Global Temperature change Potential (SGTP). Det visar sig dock att GWP och SGTP, som på ytan kan te sig olika, är mycket nära besläktade. Detta visas formellt i Azar & Johansson (2012) och det är därför 28 kg koldioxid per år ger ungefär samma temperaturpåverkan som 1 kg metan per år efter 100 år. Azar, C., & Johansson, D.J.A., 2012. On the relationship between metrics to compare greenhouse gases – the case of IGTP, GWP and SGTP, Earth Syst. Dynam. 3, 139-147.

4) Den intresserade läsaren kan läsa mer om det här i exempelvis Matthews, H.D. and Calderia, K. 2008. Stabilizing climate requires near-zero emissions, Geophysical Research Letters 35 (4), DOI: 10.1029/2007GL032388; samt i Azar m fl (2013) där vi (också) visar hur negativa emissioner av koldioxid leder till sjunkande temperaturer i atmosfären: Azar, C., Mattsson, N., Johansson., D.J.A., 2013. Meeting global temperature targets - the role of bioenergy with carbon capture and storage. Environmental Research Letters 8.

5) De exakta andelarna beror på hur stora de totala utsläppen varit hittills. Ju mer vi släppt ut, desto högre andel kommer stanna. Se t ex Caldeira & Kastings, 1993. Insensitivity of global warming potentials to carbon dioxide emission scenarios. Nature 366. Se även Azar, C., 2013. Klimatpåverkan finns kvar i tusentals år. Svenska Dagbladet, 24/9.

6) IPCC uppskattar påverkan på strålningsbalansen (radiative forcing) från våra metanutsläpp till 0,97 W/m², se figur 8.17 i IPCC AR5, WG 1. Antar vi en klimatkänslighet på tre grader per koldioxidfördubbling (som motsvarar 0,8 K/(W/m²)) får vi alltså en temperaturpåverkan i jämvikt på cirka 0,8 grader.

7) Påståendet gäller givet att klimatpåverkan från andra gaser inte ökar.