Meteen naar de inhoud

kunstmatig albedo


Kunstmatig albedo als vertraging voor de opwarming van de aarde.

[geplaatst op 15-7-2021, bijgewerk 15-8-2022]
  1. INLEIDING

    De aarde warmt op als gevolg van het broeikaseffect. Wie zich wil laten overtuigen van de enorme gevolgen die dit heeft, leze Mark Lynas, 6 graden.
Lynas
Het betreft gevolgen voor biodiversiteit, voedselvoorziening, stijging van de zeewaterspiegel, het de facto onbewoonbaar worden van grote hoeveelheden land, en nog veel en veel meer.

Achter simpele term ‘broeikaseffect’ gaat een enorm aantal fysische en meteorologische verschijnselen schuil. Om een indruk te geven van de stromen van energie die hierachter schuil gaan een illustratie van de Amerikaanse overheid:
    In het bijbehorende artikel wordt uitgelegd waar de waarde van 340 W/m2 vandaan komt.

    Belangrijk aan deze illustratie is, dat er geen evenwicht is tussen de hoeveelheid energie die de aarde bereikt en de hoeveelheid die de aarde weer verlaat. De waarde voor ‘netto absorbed’ (links onder) bedraagt 0,6 W/m2. Hierbij moet wel bedacht worden dat dit een gemiddelde betreft voor iedere vierkante meter oppervlakte van de aarde over het hele etmaal: deze waarde is aan de evenaar ongetwijfeld anders dan aan de polen, op land anders dan midden op de oceaan.

    Als we deze opwarming van de aarde (atmosfeer + oppervlakte) willen tegengaan, is het noodzakelijk om weer een evenwicht te bereiken, liefst dicht bij het niveau dat we ter referentie gebruiken, met temperaturen en weerpatronen die dicht in de buurt liggen van de waarden rond 1850. Dat kan op twee manieren. We kunnen proberen te zorgen dat er minder energie binnenkomt, of we kunnen proberen te zorgen dat er meer energie het systeem verlaat. Het broeikaseffect zorgt ervoor dat energie de planeet minder makkelijk verlaat, dus het ligt voor de hand om het herstellen van evenwicht aan deze kant te zoeken.


  1. ALBEDO

    Hier komt het begrip ‘albedo’ om de hoek kijken. Albedo gaat over de mate waarin een voorwerp licht weerkaatst. Het wordt uitgedrukt in een dimensieloos getal tussen 0 en 1, waarbij 0 staat voor de volledige absorptie van licht (een zwart voorwerp), en 1 voor de volledige terugkaatsing van licht (een wit voorwerp).
    Voor een meer technische uitleg: zie wikipedia
    De polen hebben een heel hoog albedo (sneeuw en ijs reflecteren licht erg goed, de woestijnen een redelijk hoog albedo, maar het open water van de zeeën en oceanen reflecteren bijna geen licht. Wolken echter wel. Vanuit de ruimte gezien ziet de aarde er daarom zo uit:
    Al het licht dat de aarde door weerkaatsing direct weer verlaat, kan niet meer bijdragen aan de verdere opwarming. Omdat het directe weerkaatsing van licht betreft, gaat het niet om de (infrarode) warmtestraling die door CO2 (en andere broeikasgassen) weer kan worden teruggekaatst op de aarde.
    Om de disbalans in energie te herstellen is het verhogen van het albedo dus een goede mogelijkheid – het omzeilt als het ware het broeikaseffect. Het lost echter het broeikaseffect zelf niet op. Dat kan alleen door de hoeveelheden van deze gassen in de atmosfeer terug te brengen. Oplossingen op basis van albedo kunnen dus enkel de nadelige gevolgen van het broeikaseffect (tijdelijk of langdurig) uitstellen. Daardoor komt er wel meer tijd vrij om het echte probleem aan te pakken.
Nu zijn er al verschillende voorstellen gedaan om het albedo van de aarde te verhogen. De meeste daarvan hebben te maken met het veranderen van de samenstelling (hoge) atmosfeer, en deze gaan onder de naam ‘geo-engineering’. Er kleven grote bezwaren aan deze ingrepen, die uitvoerig zijn behandeld in ‘No Time’ van Naomi Klein.
NaomiKlein
Andere suggesties zijn: het wit verven van daken en muren van gebouwen, het genereren van extra bewolking en zelfs het vervaardigen van meer schuimkoppen op de golven van de zee.
"
  1. PONTONS OP ZEE

    Mijn voorstel is om op gedeelten van de oceaan grote witte pontons te laten drijven die het zonlicht direct weerkaatsen, terug de ruimte in. Ik denk daarbij aan oppervlaktes in de orde van grootte van 10.000 km2. Deze pontons zullen bestaan uit kleinere elementen. Het moet nader bezien worden wat de meest praktische, veilige en goedkope vorm is om dit te doen. Ik denk in eerste instantie aan holle (plastic) vierkanten van 3 x 3 x 0,1 meter. Als we willen terugvallen op al bestaande producten dan denk ik aan de zgn. 'birdballs' die in zoetwaterreservoirs worden gebruikt om verdamping tegen te gaan en vogels weg te houden. Dit zijn ballen van 10 cm doorsnee en ze zijn al in gebruik in zoetwater condities. Wel worden deze altijd in zwart uitgevoerd, en dus zal er nog enig onderzoek nodig zijn om een witte variant te maken die ook nog zeewater bestendig is.
    De voordelen die ik van deze opzet verwacht:
    • Goedkoop
    • Schaalbaar
    • Eenvoudig ongedaan te maken (bij ongewenste bijwerkingen)
    • Direct effect op de lokale zeewater temperatuur. Dit werkt door in
      • Zeespiegelstijging
      • Zuurgraad van het water
      • Zuurstofgehalte van het water
    • Effect op verdamping van zeewater; dit kan leiden tot vermindering van de energie in orkanen. Dus als er in de Atlantische oceaan een ‘wit veld’ wordt aangelegd, kan dat direct gevolgen hebben voor sterkte van de orkanen die in de VS aan land komen.
    • Mogelijk effect op het in standhouden van de zgn ‘conveyorbelt’, waarmee oceaanstromingen de warmte die het water wint rondom de evenaar distribueert naar andere gebieden. Dit patroon van stromingen dreigt verstoord te worden door o.a. een groeiende hoeveelheid zoet smeltwater, waardoor de warme stroming niet meer genoeg zinkt nabij de noordpool. Als middels een veld van pontons de noordelijke ijszee niet langer opwarmt, zou het mogelijk moeten zijn om de hoeveelheid smeltwater te beperken. Hierbij zou ook gebruik gemaakt kunnen worden van plaatsing van witte panelen op land (zie onder).

    Er zijn ook nog veel dingen die onbekend zijn en/of moeilijk in te schatten:
    • Als zo’n veld niet op de een of andere manier geankerd wordt kan het op drift raken. Als ankeren niet mogelijk is, is het misschien mogelijk om continu aan de ‘kop’ ponton-elementen te verwijderen, en aan de ‘staart’ steeds nieuwe elementen toe te voegen
    • Het is moeilijk in te schatten wat dit met het zeeleven direct onder de pontons doet, die immers geen of minder licht zullen krijgen
    • Het is moeilijk in schatten of en wat het teruggekaatste licht doet met de temperatuur en de dynamiek van de bovenliggende atmosfeer
    • Afhankelijk van het gebruikte materiaal zal er bij de ponton-elementen sprake zijn van algengroei en/of slijtage. Het is moeilijk in te schatten wat de kosten van onderhoud zullen zijn.
    • Het effect op het albedo zal ook sterk samenhangen met de positie van het veld. Ik verwacht dat het meeste effect bereikt kan worden rond de evenaar.

  2. ALTERNATIEF: WIT PLAATOPPERVLAK OP LAND

    Een variant op dit idee is het aanbrengen van grote witte oppervlakten op land. Ik denk dan niet aan stedelijke bebouwing of het wit schilderen van snelwegen, (wat natuurlijk ook zou kunnen), maar aan het plaatsen van witte platen over oppervlakten van 10-tallen vierkante kilometers, boven rotsachtig of anderszins weinig in cultuur gebracht terrein.
    In eerste instantie zou dit goed mogelijk zijn op de plaatsen waar gletsjers en poolijs gesmolten zijn: dat terrein had lange tijd een hoog albedo, en als daar een rotsbodem is verschenen ten gevolge van het smelten, versnelt die donkere ondergrond het proces van smelten in zijn direct omgeving. Het kan dus zinnig zijn om die plekken kunstmatig opnieuw wit te maken om de verdere smelt te vertragen.
    Een tweede plek waar mij dit een zinnig plan lijkt, is bij plaatsen waar de permafrost t.g.v. opwarming het dreigt te begeven. Daarbij komen immers grote hoeveelheden methaan in de atmosfeer, die het broeikaseffect nog kunnen versterken. Ook hier is er dus sprake van een versnelling van het opwarmingsproces als het eenmaal in gang is gezet en een bepaalde grenswaarde wordt overschreden. Het plaatsen van wit plaatmateriaal kan dus niet alleen de opwarming vertragen, het kan ook voorkomen dat er een extra dosis broeikasgas de atmosfeer bereikt.

  3. BENODIGDE OPPERVLAKTE

    De meest prangende vraag bij een dergelijk idee is natuurlijk: hoeveel vierkante kilometer land en/of zee zouden we wit moeten maken om de opwarming enigszins te stuiten.
    Dit valt uit te rekenen, op basis van de gegevens uit de eerder gegeven illustratie:
    - De aarde absorbeert 0,6 W/m2.
    - De hoeveelheid energie die de aardoppervlakte bereikt bedraagt 163,3 W/m2.
    - Om evenveel extra energie middels albedo kwijt te raken als er op dit moment wordt geabsorbeerd, moet er voor ieder m2 (zee-)oppervlak (waar vrijwel niets wordt weerkaatst) 0,6/163,3 = 0,0036742 m2 zijn die 100% reflecteert. Dat is 1 m2 wit oppervlak voor iedere 272,16 m2 aardoppervlak.
    - Oppervlakte aarde is 510.100.000 km2
    - Bij een witte oppervlakte van 510.100.000 / 272 (km2) wordt er door reflectie evenveel energie de ruimte ingestuurd als op dit moment het totale surplus.
    - We kunnen de verder opwarming van de aarde dus onderbreken met 1.874.265 (km2) volledig wit oppervlak.
    Dit getal is nog wat scherper te stellen als we ervan uitgaan dat we de pontons allemaal ongeveer ter hoogte van de evenaar leggen. Daar is de gemiddelde energie die het aaroppervlak bereikt niet 163,3 W/m2, maar ongeveer 220 W/m2.
bron: https://www.researchgate.net/figure/Map-of-the-yearly-averaged-downward-surface-solar-irradiation-reaching-the-surface-W-m2_fig3_259758984
Daarmee neemt de te bedekken oppervlakte af, met een factor 163/220 ~ 0,75. Dat houdt in dat de te bedekken oppervlakte beter geschat is met 0,75 * 1.875.000 =~ 1.400.000 km2.
Dit gaat wel uit van een reflectie van 100%. Bij een reflectie van 90% wordt dat ~ 1.562.000 km2 Wordt de oppervlakte bedekt met ronde voorwerpen, dan is de dekkingsgraad ~90%; Dit leidt naar een totaal te bedekken oppervlakte van 1.735.5600 km2 Dit zijn allemaal bijzonder grove schattingen. Voor rekenkundig gemak stel ik dat de te bedekken oppervlakte 1.750.000 km2 bedraagt. Dat is ongeveer de oppervlakte van Libië.
    Ter vergelijking:  deze bron brengt met een grafiek in beeld hoeveel poolijs er om de loop der tijd is gesmolten:
    Daaruit blijkt dat er sinds de referentieperiode zo’n 2.000.000 km2 aan ijsoppervlak aan de noordpool is verdwenen. Weliswaar is dit nabij de pool, waar er minder zonne-energie de aardoppervlakte bereikt, maar het effect is toch aanzienlijk. Simpel gezegd zouden we de opwarming tijdelijk kunnen stopzetten, als we rond de evenaar evenveel witte (zee-)oppervlakte installeren, als er aan oppervlakte poolijs is verdwenen.


  1. PLAATSING

    Rest nog de vraag waar deze pontons geplaatst zouden kunnen worden. Hieronder een kaart met de belangrijkste scheepvaartroutes.
    Het lijkt erop dat bij plaatsing in de stille oceaan en in de zuidelijke Atlantische oceaan de scheepvaart niet bovenmatig gehinderd hoeft te worden. Met name het stuk tussen Zuid-Amerika en Oceanië wordt weinig bevaren.
    Wellicht is het mogelijk om pontons vrij te laten drijven binnen in een gyre, een ringvormige zeestroom. De belangrijkste gyres zijn op de onderstaande afbeelding te zien. Een aantal daarvan lijkt de scheepvaart niet al te zeer in de weg te zitten.
  1. VOORSTEL

    Om nader te onderzoeken wat de technische mogelijkheden en problemen zijn, zou ik willen voorstellen om een ponton-element te ontwerpen en te produceren, en met een aantal van deze elementen een oppervlakte van 10 x 10 kilometer (of in die orde van grootte) in zee te plaatsen, voorzien van apparatuur die meet hoeveel zonlicht er wordt weerkaatst. Daarbij moeten waarnemingen gedaan worden aan de effecten (fysisch, chemisch, biologisch) van een dergelijk ponton op zijn omgeving, zowel de atmosfeer als de onderliggende zee. Pas als blijkt dit dergelijke pontons effectief zijn, geen onacceptabele schade doen aan hun omgeving en als er zicht is op prijs van productie en onderhoud, wordt het tijd om aan een volgende stap te denken. Is er iemand die zich aan een start-up voor kunstmatig albedo zou willen wagen?