Något om hur GWP-värden bestäms

skriven av Pavel Makhnatch (under handledning av Rahmatollah Khodabandeh och Björn Palm)

Publicerad 2014-04-23

GWP står för Global Warming Potential och är ett index som används för att jämföra växthuseffekten för växthusgaser med den för koldioxid på en gemensam skala. Vid första anblicken kan det verka enkelt: GWP är en faktor som talar om hur mycket ett utsläpp av en växthusgas bidrar till den globala uppvärmningen jämfört med samma utsläpp av koldioxid. I själva verket är vetenskapen, och beräkningarna som ligger bakom värdena relativt komplicerade och beror av en rad samverkande faktorer. I denna artikel, och den följande, kommer vi att försöka reda ut begreppen och klargöra något av de komplicerade processer och beräkningar som ligger bakom de GWP-värden vi kan hitta i olika tabeller.

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).

Figur 1 – Definition av GWP som kvoten mellan areorna av de skuggade områdena (under en giventidsperiod) för en växthusgas och för koldioxid [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

Köldmedium\år

1995 [3]

2001 [4]

2007 [5]

2013 [1]

R32

650

550

675

677

R125

2800

3400

3500

3170

R134a

1300

1300

1430

1300

R152a

140

120

124

138

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 här .

Referenser:

[1]

IPCC, "Fifth Assessment Report," Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2013.

[2]

Hodnebrog et al., "Global Warming Potentials and Radiative Efficiencies of Halocarbons and Related Compounds: A Comprehensive Review.," Reviews of Geophysics, vol. 51, no. 2, pp. 300-378, 2013.

[3]

IPCC, "Second Assessment Report," Cambridge University Press, Cambridge, Great Britain, New York, NY, USA and Melbourne, Australia, 1995.

[4]

IPCC, "Third Assessment Report," Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2001.

[5]

IPCC, "Fourth Assessment Report," Cambridge University Press, Cambridge, Great Britain and New York, NY, USA, 2007.

[6]

IPCC, "First Assessment Report," Cambridge University Press, Cambridge, Great Britain, New York, NY, USA and Melbourne, Australia, 1990.

Nyheter

Titel Datum
Utvecklingen på köldmediefronten under året som gått 2019‑01‑03
Köldmedier med lågt GWP: tidigare och pågående projekt 2018‑12‑03
Miljövänliga kylsystem behövs för att mildra klimatförändringen 2018‑09‑28
Naturliga köldmedier diskuterades under Gustav Lorentzen-konferensen 2018‑08‑14
Forskning med fokus på säker användning av brännbara köldmedier 2018‑07‑11
Höjdpunkter från ICCC 2018 - om hållbarhet och den obrutna kylkedjan 2018‑04‑30
Effekterna av F-gasförordningen oroar värmepumpsindustrin 2018‑04‑30
F-gasförordningens kvoter är på plats – men är vi på väg att uppfylla målen? 2018‑02‑08
Utvecklingen på köldmediefronten under året som gått 2018‑02‑07
F-gaser: vet vi vilka de är? 2018‑02‑07
Utsläppen av fluorerade gaser och deras utsläppsminskning 2018‑01‑09
Tio icke-brännbara alternativ till R404A 2017‑08‑24
Köldmedier: den aktuella utvecklingen 2017‑08‑22
Framtiden för R404A och andra köldmedier med höga GWP-värden när priserna stiger 2017‑08‑09
Köldmedier: vad förväntas i framtiden 2017‑06‑15
Standarder och deras roll i kylindustrin 2017‑02‑07
Detta hände på köldmediefronten under året som gått 2017‑01‑27
Miljövänliga köldmedier för framtiden 2017‑01‑27
Ett alternativ för att ersätta R404A i små kylsystem 2016‑11‑14
Senaste nytt från ”Gustav Lorentzen Natural Working Fluids Conference” i Edinburgh UK 2016‑11‑13
Möjligheter och utmaningar för R152a. Del 2. 2016‑11‑12
Möjligheter och utmaningar för R152a. Del 1 2016‑11‑12
Miljöindikatorer TEWI och LCCP 2016‑06‑02
Källor för köldmediers termodynamiska egenskaper 2016‑03‑23
Några frågor från våra läsare 2016‑03‑18
Utvecklingen på köldmediefronten under året som gått 2016‑03‑18
Potentiella faror med ”TriFluorättiksyra” (TFA) 2015‑11‑01
Senaste nytt om köldmedier med låg växthuseffekt från ”IIR International Congress of Refrigeration” 2015‑11‑01
Något om HFO köldmedier 2015‑10‑31
Något om köldmediers brännbarhet 2015‑06‑22
Nya möjligheter för R32 2015‑06‑20
Guiden till guider om F-gasförordningen 2015‑04‑21
Kort om R1234ze 2015‑04‑21
Vilka köldmedier ersätter R404A? 2014‑10‑22
R1336mzz-Z – ett nytt högtemperaturköldmedium med bra egenskaper 2014‑09‑21
Köldmedier med låg GWP för högtemperaturvärmepumpar 2014‑09‑21
Säkerhet av nya låg GWP köldmedier 2014‑09‑05
Vilket mått ska vi använda för köldmediernas klimatpåverkan? 2014‑04‑16
Något om hur GWP-värden bestäms 2014‑04‑23
Nya F-gasförordningen, ännu ett steg närmare beslut! 2014‑02‑02
Utvecklingen på köldmediefronten det senaste året 2014‑02‑02
Att definera "Låg GWP" 2013‑11‑04
Vilket köldmedium ersätter R410A? 2013‑11‑03
Nya möjligheter för naturliga köldmedier 2013‑10‑31
Sökandet efter nya köldmedier fortsätter! 2013‑10‑30
Osäker framtid för fluorerade köldmedier 2013‑10‑29
Senaste nytt om mobilkyla 2013‑10‑28
Är R1234yf framtidens köldmedium för mobilkyla? 2013‑10‑26
Miljö mätmetoder för utvärdering av kylsystem drift 2013‑10‑25
Låga GWP alternativa köldmedier i värmepumpar 2013‑10‑25
Mercedes-Benz önskar att fortsätta att använda utprovade och testade R-134a köldmedium i personbilar 2012‑09‑28
Stabilitet och kompatibilitet av HFO-köldmedier 2012‑08‑07
Förfalskade köldmedier blir allt vanligare 2012‑07‑16
Europeiska Kommissionen fastställer nya tidsfristen: tillverkare kan fortsätta att använda det gamla 2012‑05‑18
Sverige accelererar övergången till HFC alternativen 2012‑05‑10
Köldmedium effekt på systemprestanda 2012‑05‑08
Välkomna 2012‑03‑30