Antropogeen CO2 – Deel 5 – De Scenario’s

Inleiding

In dit laatste deel van de serie – Antropogeen CO2 – gaan we ons bezig houden met scenario’s. Een scenario is een sterk vereenvoudigd beeld van de complexe werkelijkheid. We reduceren deze complexe werkelijkheid tot een set van betrekkelijk simpele formules. Vervolgens gaan we spelen met een aantal inputvariabelen, in dit geval CO2-emissies per jaar en 2 varianten van CO2-uitval per jaar en kijken wat er precies gebeurt met enkele outputvariabelen, namelijk CO2-toename per jaar, CO2-gehalte en de te verwachten temperatuurtoename. De scenario’s zijn gelinkt aan de afspraken zoals vastgelegd in het Klimaatverdrag van Parijs. Hierin heeft de Wereld afgesproken dat de opwarming van de Aarde maximaal 2 °C mag zijn ten opzichte van het begin van de Industriële Revolutie. Wetenschappers hebben aanbevolen om de opwarming te beperken tot slechts 1,5 °C. We hebben in het vorige deel twee scenario’s ontwikkeld. We zullen kijken en vaststellen dat in het eerste scenario, business as usual genoemd, de doelstellingen niet worden gehaald. Het CO2-gehalte verdubbeld voor het einde van de eeuw en dan zit je duidelijk boven de doelstellingen van Parijs. De temperatuurtoename is dan minstens 2,55 °C. Dit is wat er gebeurt als je niets doet. In het tweede scenario is afgesproken om de stijging van de vraag naar energie volledig op te vangen met hernieuwbare energie. De CO2-emissies worden bevroren op het huidige hoge niveau. Voor de FE-variant van CO2-uitval (airborn fraction) zal het CO2-gehalte nog steeds verdubbelen. Het gebeurt iets later maar het gebeurt en daarmee wordt de doelstellingen van Parijs nog steeds niet gehaald. Voor de FA-variant krijg je een piek in het CO2-gehalte aan het eind van de eeuw en daarna zal het CO2-gehalte langzaam dalen. De temperatuurtoename zal halverwege de 1,5 °C en de 2 °C uitkomen. Daarmee worden de doelstellingen van Parijs gedeeltelijk gehaald. Om de doelstellingen van Parijs volledig te halen is duidelijk meer nodig. De CO2-emissies dienen daadwerkelijk gereduceerd te worden. Hoeveel? Voldoende om de doelstellingen van Parijs te halen. We zullen eerste kijken wat nodig is om de FA-variant onder de 1,5 °C te krijgen en vervolgens zullen we kijken wat nodig is om de FE-variant respectievelijk onder de 2 °C  en de 1,5 °C te krijgen. We zullen zien dat hiervoor aanzienlijke reducties nodig zijn in de CO2-emissies. Is dit haalbaar? Is dit reëel? Is er voldoende fossiel brandstof om het einde van de eeuw te halen? We zullen proberen een antwoord te vinden op deze vragen en het geheel afsluiten met conclusies voor deel 5 en eindconclusies over de serie – Antropogeen CO2 en de lezers en volgers bedanken voor het geduld en de getoonde interesse en aanmoediging.

Scenario

Een scenario is een verhaal over een toekomstige ontwikkeling waar je een of meer inputvariabelen kunstmatig stuurt en vervolgens gaat kijken wat de outputvariabelen gaan doen. Het is dus geen voorspelling van de toekomst want dat kunnen wetenschappers net zo min als helderzienden. De input van het model en dus ook van het scenario is de CO2-emissie en de beide varianten van CO2-uitval. De output is de toename van CO2, het CO2-gehalte van de atmosfeer en de temperatuurstijging. Ik wil me in eerste instantie beperken tot 2 scenario’s die ik als extremen beschouw. Het eerste scenario’s is er één waarbij de vraag naar energie volledig wordt opgevangen door fossiel energie. We gaan in dit scenario uit van business as usual. De CO2-emissies zullen dan als een rechte lijn worden door getrokken. Beide varianten van CO2-uitval neem ik mee en we zullen zien of het verschil maakt of je de ene variant neemt of de ander. Over de onderzochte periode heb ik geen verschil kunnen vinden. Het ander extreem is het scenario waar de toenemende vraag naar energie volledig wordt op gevangen door hernieuwbare energie. De CO2-emissie blijven dan constant op het huidige hoge niveau. Ook hier neem ik beide varianten van CO2-uitval mee. Ook in dit scenario weet ik niet of het zo veel verschil uit maakt. Dat moet nog blijken. Voor beide scenario’s zal ook gekeken worden in hoeverre ze zullen voldoen aan de afspraken zoals vastgelegd in het Klimaatverdrag van Parijs. Mocht blijken dat ook het tweede scenario tekort schiet dan zullen we scenario’s met daadwerkelijk reductie van de CO2-emissie dienen te onderzoeken. Reducties die voldoende moeten zijn om te voldoen aan de afspraken zoals vastgelegd in Parijs.

Doelstellingen Parijs

In het Klimaatverdrag van Parijs heeft de Wereld afgesproken dat de opwarming van de Aarde niet hoger mag uitvallen dan 2,0 °C sinds het begin van de Industriële Revolutie. Bij voorkeur beperkt men de opwarming tot niet meer dan 1,5 °C. De scenario’s die in dit deel aan de orde komen dienen dan ook mede beoordeeld te worden op de mate waarop ze al dan niet in slagen om deze doelstellingen qua opwarming te halen. Hierbij gaat men er vanuit dat er een sterk en oorzakelijk verband bestaat tussen het CO2-gehalte van de atmosfeer en de opwarming van de Aarde. In deel 4 van deze serie hebben we gezien dat je dit verband weer kunt geven via een simpele lineaire regressie vergelijking;

Temperatuur-anomalie = 0,00925 * CO2-gehalte – 3,07209

Via deze formule kun je het CO2-gehalte bepalen dat behoort bij een opwarming van respectievelijk  1,5 °C en 2,0 °C. Het is een simpele vergelijking. Het rekenwerk kun je met een simpele tafelrekenmachine bepalen. De temperatuur-anomalie is het verschil tussen de gemiddelde globale temperatuur van een jaar en de  gemiddelde globale temperatuur van de basisperiode van de tijdreeks. We gebruiken in dit onderzoek de Hadcrut4 jaarcijfers. De basisperiode van Hadcrut4 is 1960-90. We bepalen eerst de opwarming die zich sinds het begin van de Industriële Revolutie heeft voor gedaan. Het CO2-gehalte van de atmosfeer was toen 275 ppm. Als je dit invult in de formule krijg je een opwarming van 0,53 °C. Dit houdt in dat je voor een opwarming tot 1,5 °C respectievelijk 2,0 °C nog maar respectievelijk 0,97 °C en 1,47 °C aan toegestane opwarming over houdt. Om te bepalen welk CO2-gehalte hier bij hoort dien je de formule anders weer te geven;

CO2-gehalte = (opwarming + 3,07209)/ 0,00925

Als je 0,97 °C invult krijg je een maximaal toegestaan CO2-gehalte van 437 ppm voor een maximaal toegestane opwarming van 1,5 °C sinds het begin van de Industriële Revolutie. Als je 1,47 °C invult krijg je een CO2-gehalte van 491 ppm voor de maximaal toegestane opwarming van 2 °C. Het huidig CO2-gehalte ligt al op 409 ppm. Dus zo veel speelruimte is er niet meer. Het is zoals Greenpeace het stelt; No time to waste! Vandaar dus ook het Verdrag van Parijs. De wereld is wakker geschud uit de lethargie die voorkwam uit de ene economische crisis na de ander. Men was in een regelrechte depressie verzeild geraakt. Economisch herstel zet in. Men kijkt weer vooruit naar de toekomst en beseft dat men nu echt eens wat moet doen om de klimaatverandering niet volledig uit de klauwen te laten lopen. Het is van uit dit “iets moeten doen” dat we de scenario’s zullen proberen te beoordelen. Het eerste scenario is het basis model namelijk Business as usual of te wel waar je terecht komt als je niets onderneemt. We laten de boel de boel en gaan er van uit dat problemen zich op een of andere manier van zelf wel zullen oplossen. Misschien wordt patiënt Aarde van zelf wel weer beter.

Business as Usual

Voor dit scenario dienen we wel eerst de vraag te stellen of er wel genoeg fossiele brandstof beschikbaar is. Volgens het Compendium voor de Leefomgeving zou de Wereld nog voor 150 jaar aardolie, voor 360 jaar aardgas en voor 1320 jaar steenkool hebben als we het niveau van verbruik op dat van 2004 stellen. Maar in dit scenario stijgt de vraag naar en dus verbruik van fossiele brandstof vrolijk door. Als we CO2-emissie als proxy nemen voor het verbruik van fossiele brandstof dan kan ik daaruit afleiden dat het verbruik in 2068 verdubbeld is en in 2100 met een factor 2,5 toeneemt ten opzichte van 2004. Met een eenvoudige rekensom kunnen we vaststellen dat het totale verbruik tot en met 2100 in dit scenario overeenkomt met ca. 170 equivalenten van het verbruik van 2004. Er is dus ruim voldoende fossiel brandstof voorhanden. Uit steenkool werd in de 19e eeuw stadsgas gemaakt en in de Tweede Wereldoorlog maakten de Duitsers benzine en diesel uit steenkool. Ook kan men auto’s elektrisch laten rijden met stroom opgewekt uit kolencentrales. Het is technisch beslist mogelijk om dit scenario uit te laten komen en als dit scenario kan kunnen alle andere scenario’s uiteraard ook. Dit scenario is het meest verspillend. Gebrek aan fossiele brandstof zal het probleem van klimaatverandering niet voor ons oplossen.

Figuur 1 Scenario Business as Usual

Men ziet in figuur 1 dat er wel degelijk een verschil optreedt tussen de FE-variant(de rode lijn) en de FA-variant(de blauwe lijn). De groene bolletjes zijn het CO2-gehalte over de onderzochte periode 1960-2016. Ook zijn de CO2-gehaltes in getekend die  overeenkomen met de 1,5 °C  en de 2 °C opwarming zoals die in het klimaatverdrag zijn vastgelegd. De FA-variant komt duidelijk lager uit dan de FE-variant. Dit is het eerste grote verschil tussen de beide varianten van CO2-uitval. Men kan duidelijk afleiden dat de doelstellingen van Parijs niet gehaald worden. In beide varianten van CO2-uitval wordt het CO2-gehalte ruim verdubbeld. Uit de regressie analyse kan men afleiden dat de opwarming in het geval van de FE-variant(airborne fraction) 3,78 °C zal bedragen en dat is ruim boven de afspraken van Parijs. Ook de FA-variant komt ruim boven Parijs uit namelijk 2,85 °C in plaats van de afgesproken maximum van 2 °C. De FA-variant blijft weliswaar ruim achter bij de FE-variant maar is duidelijk nog altijd te hoog. Alleen maar een definitie veranderen is niet genoeg gebleken om problemen op te lossen. Daar zijn gerichte maatregelen voor nodig. Daar gaat de volgende scenario’s van uit.

Stabilisatie emissie op huidig hoog niveau

Bij dit scenario gaan we er van uit dat de toenemende vraag naar energie volledig opgevangen kan worden met hernieuwbare energiebronnen. Daar verstaan we windenergie onder, zonne-energie, aardwarmte maar ook waterkracht, getijdencentrales maar eveneens atoomenergie. Daarnaast besparingen zoals betere isolaties van woningen en kantoren en fabrieken. Maar ook overschakelen op energie-efficiënte manieren van verwarming, verlichting. Verder het hergebruik van afvalwarmte. Ook kan men denken aan biobrandstof en het verbranden van restafval. Verder aan recycling. En tal van andere maatregelen die men maar kan bedenken. Auto’s rijden dan op groene stroom of biobrandstof. Het gaat hier om een hele reeks van maatregelen. Te veel om in het kader van dit onderzoek allemaal op te sommen. We gaan er vanuit dat regeringen doen wat ze in het Klimaatverdrag van Parijs hebben afgesproken. Misschien is dit een wat naïeve gedachte.

Figuur 2 Stabilisatie van de CO2-emissies op huidig hoog niveau

Men ziet in figuur 2 dat voor de FE-variant de doelstellingen niet worden gehaald. Het CO2-gehalte verdubbeld nog steeds. Weliswaar iets later dan in het vorig scenario maar toch. De opwarming aan het eind van de eeuw is ca. 2,88  °C en dat is duidelijk hoger dan in het Klimaatverdrag is afgesproken. Bij de FA-variant ziet men een piekwaarde van het CO2-gehalte optreden in ca. 2090. Dit is het tweede punt waarin de FA-variant afwijkt van de FE-variant van CO2-uitval. Daarna zal het CO2-gehalte langzaam dalen. De piekwaarde van CO2 komt ergens halverwege uit tussen de 1,5 °C  en de 2 °C grens. Willen we beide varianten van CO2-uitval onder de veilige grens van 1,5 °C krijgen dan ontkomen we niet aan het daadwerkelijk reduceren van de CO2-emissie.

Reductie CO2-emissie

Reducties zijn uitgedrukt in percentpunt per jaar. Dat wil zeggen, dat als de reductie is vastgelegd op bijvoorbeeld 2,5 percentpunt per jaar, dat dan in 100 gedeeld door 2,5 is 40 jaar de Wereld vrij is van het verbruik van fossiele brandstof. Bij deze scenario’s gaan we via de trial en error methode bepalen hoeveel procentpunt CO2-reductie per jaar  nodig is om de diverse varianten onder de grenzen te krijgen die in het Klimaatverdrag van Parijs zijn vastgelegd.

De FA-variant onder de 1,5 °C

 We beginnen met het onder de 1,5 °C brengen van de FA-variant. Figuur 3 geeft aan dat een CO2-reductie van 0,5 % per jaar al genoeg is om de FA-variant onder de 1,5 °C te krijgen. Dan hebben we 200 jaar nodig om volledig van de fossiele brandstof af te zijn. Dit levert een piek op van het CO2-gehalte van 437 ppm op in circa 2050. Daarna zal het CO2-gehalte in deze variant van CO2-uitval gaan dalen en zal na verloop van tijd terug vallen naar het nieuwe natuurlijke gehalte van CO2. Terug naar het natuurlijk gehalte van voor de Industriële Revolutie is niet mogelijk. Er heeft tenslotte 1,5 °C aan opwarming plaatsgevonden en volgens de site van Skeptical Science gaat men er van uit dat het natuurlijk gehalte aan CO2 circa 22 ppm  per 1 °C toeneemt. Dat geeft dus een nieuw verhoogt natuurlijk gehalte aan CO2 van 275 ppm plus 33 ppm geeft 308 ppm. Een verdere daling van het CO2-gehalte zal niet plaatsvinden.

Figuur 3 Reductie nodig om de FA-variant onder de 1,5 °C te krijgen

Voor de FE-variant van van CO2-uitval krijgen we nog steeds een verdubbeling van het CO2-gehalte. Het valt iets later namelijk aan het eind van de eeuw maar het gebeurt wel. Het is duidelijk dat als we ook de FE-variant aan Parijs willen laten voldoen er meer reductie van de CO2-emissie nodig is.

De FE-variant onder de 2 °C

Om de FE-variant van CO2-uitval onder de 2 °C te krijgen zoals in het Klimaatverdrag van Parijs is afgesproken, is een aanzienlijk grotere reductie van CO2-emissies nodig. Je hebt dan een reductie nodig van jaarlijks 1,3 procentpunt. Omstreeks 2095 is de Wereld dan vrij van het gebruik van fossiel brandstof. Dan krijg je een stabilisatie van het CO2-gehalte in ca. 2095 op het niveau van 491 ppm. Het CO2-gehalte zal niet verder dalen en de temperatuur zal permanent op een opwarming blijven steken van 2 °C boven het niveau van voor de industriële revolutie. Gletsjers en ijskappen zullen nog in aanzienlijke mate smelten en de zeespiegel zal ook een flink eind stijgen. Voor een laag (en voor een groot deel onder huidig zeeniveau) gelegen land als Nederland geen al te aantrekkelijk vooruitzicht maar ik kan het niet mooier maken dan het is. De FA-variant van CO2-uitval zal een piek bereiken van ca. 425 ppm in ca. 2035 en dan gaan dalen naar het nieuwe natuurlijk niveau waarvan we in de vorige paragraaf hebben vastgesteld dat die op ca. 308 ppm zal liggen. Het zou mooi zijn als de FA-variant zou uitkomen en niet de FE-variant maar dat is verre van zeker. Over de onderzochte periode is er geen enkel statistisch verschil tussen beide varianten van CO2-uitval gevonden. De minder gunstige FE-variant is dan ook net zo waarschijnlijk dan de veel gunstiger FA-variant van CO2-uitval. We kunnen dan maar voorlopig beter op safe spelen door ons te richten op de reducties die nodig zijn om de FE-variant te laten voldoen aan Parijs. Mocht onverwachts blijken dat het de FA-variant is die uitkomt dan is dat mooi mee genomen want dan hebben we een kleine meevaller maar voorlopig is er geen statistische grond aanwezig om hier op te speculeren.

Figuur 4 Reducties nodig om de FE-variant onder de 2 °C te krijgen

De FE-variant onder de 1,5 °C

Hoewel in Parijs afgesproken is om maatregelen te nemen die de opwarming beperken tot maximaal 2 °C, hebben wetenschappers aan geraden om te streven om de opwarming van de Aarde te beperken tot maximaal 1,5 °C. Om de FE-variant onder de 1,5 °C te krijgen is aanzienlijk meer reductie nodig. Uit figuur 5 kun je af lezen dat je dan een reductie nodig hebt van 3,5 percentpunt. Indien je deze drastische maatregelen neemt is de Wereld in ca. 2045 vrij van het verbruik van fossiele brandstof. Het CO2-gehalte van de atmosfeer komt dan uit op 437 ppm. In de FE-variant stabiliseert het CO2-gehalte op dit niveau. Ook de opwarming blijft op 1,5 °C. Daar is verder niets aan te doen. Zo is de FE-variant van CO2-uitval nu eenmaal gedefinieerd. Het is een fractie van de jaarlijkse CO2-emissie en als deze nul wordt zal ook de CO2-uitval per jaar op nul uitkomen. Het antropogeen CO2 zit voor goed opgesloten in de atmosfeer. Voor de FA-variant van CO2-uitval geldt een ander verhaal. Het is een fractie van het antropogeen CO2. In een eerdere aflevering hebben we vastgelegd dat antropogeen CO2 de extra hoeveelheid is die door menselijk toedoen in de atmosfeer is gekomen boven het natuurlijk niveau van 275 ppm. Hier wordt een piek in het CO2-gehalte bereikt. In dit scenario ligt de piek op ca. 415 ppm en die wordt bereikt in ca. 2025. Daarna zal het CO2-gehalte dalen en in ca. 2075 het nieuwe natuurlijk CO2-gehalte bereiken van ca. 308 ppm. Hierna zal ook de FA-variant niet verder dalen. Tenminste niet op korte termijn. Wel zal de gemiddelde temperatuur op Aarde dalen doordat we heel langzaam in de loop van duizenden jaren zullen af glijden naar de volgende ijstijd. Dan zal ook het CO2-gehalte heel langzaam dalen naar het niveau wat bij de dan heersende temperaturen zal passen. Maar dat zal pas na verloop van duizenden jaren gebeuren. Als het al gebeurd. Er zijn wetenschappers die het voor mogelijk houden dat er geen volgende ijstijd meer zal komen want het CO2-gehalte zou daar te hoog voor zijn.

Figuur 5 Reductie nodig om de FE-variant onder de 1,5 °C te krijgen

In de loop van dit verhaal zijn we steeds verder gegaan met het nemen van maatregelen. Van geen beleid, laat de boel de boel zijn tot het meest drastische reductie scenario. Dit is logisch. Als de opwarming van de aarde een probleem is en veel wetenschappers zien dit als een groot probleem en bedreiging dan zul je maatregelen moeten nemen om het op te lossen. Die maatregelen zullen afdoende dienen te zijn wil het probleem in voldoende mate worden opgelost. Het zal een groot verschil maken welke variant van CO2-uitval juist is. Is de FA-variant juist dan is stabilisatie op het huidige hoge niveau in principe voldoende om de opwarming te beperken tot het maximale niveau van 2 °C te krijgen. Voor de FE-variant dien je al minstens 1,3 percentpunt CO2-reductie per jaar te realiseren. Het is voor de onderzochte periode niet uit te maken welke variant van CO2-uitval de juiste is. Misschien kan men maar beter op safe spelen en ervan uit gaan dat de FE-variant juist is. Verder is het waarschijnlijk verstandig om de aanbevelingen van de wetenschappers serieus te nemen en te proberen om de opwarming onder de 1,5 °C te houden.

Samenvatting van de scenario’s

Samengevat in een tabel dat de nadruk legt op de kern van het verhaal van de scenario’s namelijk het scenario, de CO2-uitval variant, de ontwikkeling van het CO2-gehalte en de mate waarin de doelstellingen van het klimaatverdrag van Parijs wel of niet behaald worden.

Figuur 6 Samenvatting van de scenario’s

Conclusies deel 5

We zijn begonnen met slechts twee scenario’s; business as usual en stabilisatie van de CO2-emissie op het huidige hoge niveau. Deze scenario’s voldoen niet of nauwelijks aan de doelstellingen van het klimaatverdrag van Parijs. Daarom zijn er ook scenario’s met reductie van CO2-emissie aan toegevoegd. De doelstelling in het klimaatverdrag is de opwarming van de Aarde te beperken tot maximaal 2°C. De aanbeveling van de klimaatwetenschap is om de opwarming te beperken tot maximaal 1,5°C. Het gaat hier om opwarming sinds het begin van de Industriële Revolutie. Een maximale opwarming van 2°C komt overeen met een maximaal CO2-gehalte van 491 ppm en een opwarming van 1,5°C met een maximaal CO2-gehalte van 437 ppm. De scenario’s zullen worden beoordeelt in de mate waarop ze deze doelstelling zullen halen:

• Het scenario business as usual faalt voor beide varianten van CO2-uitval. De opwarming komt fors boven de doelstellingen van Parijs uit. Wat wel opvalt is dat de FA-variant achter blijft op de FE-variant van CO2-uitval. In de scenario’s is er wel een duidelijk verschil tussen beide varianten te zien.
• Het scenario stabilisatie CO2-emissie op huidig hoog niveau haalt het voor de FE-variant nog steeds niet maar wel gedeeltelijk voor de FA-variant. Deze bereikt een piek in het CO2-gehalte. Een tweede punt waarin de FA-variant afwijkt van de FE-variant. Om de FA-variant binnen de aanbeveling van 1,5°C te houden is een reductie nodig van de CO2-emissie.
• De benodigde reductie in de CO2-emissie wordt vastgesteld met behulp van de trial and error methode. Bij het onder de 1,5°C houden van de FA-variant is een reductie nodig van 0,5 percentpunt. In dit tempo duurt het 200 jaar om vrij te worden van fossiel brandstof. Bij de FE-variant treedt nog steeds een verdubbeling op van het CO2-gehalte.
• Om voor de FE-variant de opwarming te beperken tot maximaal 2°C is een reductie van de CO2-emissie nodig van 1,3 percentpunt per jaar. De Wereld is dan vrij van fossiel brandstof in 2095. Het CO2-gehalte van de atmosfeer zal dan stabiliseren op het niveau van 491 ppm. Dit komt voort uit de definitie van de FE-variant van CO2-uitval. Als de CO2-emissie 0 ppm is geworden wordt de CO2-uitval ook 0 ppm. De antropogene CO2 is dan voor altijd opgesloten in de atmosfeer. De opwarming blijft steken op 2°C. Gletsjers en ijskappen zullen voor een flink deel smelten en de zeespiegel zal nog een flink eind blijven stijgen. Geen goed nieuws voor een laag en voor een groot deel onder de zeespiegel gelegen land als Nederland. Maar het is niet anders. Ik kan de zaken niet mooier maken als ze zijn.
• Om voor de FE-variant de opwarming te beperken tot de 1,5°C die door de wetenschap wordt aanbevolen is nog veel meer reductie van de CO2-emissie nodig. De reductie bedraagt dient dan opgevoerd te worden tot 3,5 percentpunt per jaar. Dan is de Wereld al in 2045 vrij van fossiel brandstof. Het CO2-gehalte van de atmosfeer blijft dan op het niveau van 437 ppm. We hebben in dit scenario nog maar 20 jaar de tijd. Dus “”No time to Waste””.

Het zou heel mooi zijn als de FA-variant van CO2-uitval juist zou zijn. Maar over de onderzochte periode van 1960 tot en met 2016 heb ik geen enkel verschil kunnen vinden tussen de FE-variant en de FA-variant. Beide varianten zijn even waarschijnlijk. Om op safe te spelen kan men er maar beter uitgaan dat de FE-variant juist is. Mocht onverwacht blijken dat het toch de FA-variant blijkt te zijn dan is dat niet erg. Dan is dat een mooie meevaller. Immers de FA-variant loopt beduidend achter op de FE-variant en heeft zelfs al bij stabilisatie van de CO2-emissie op het huidig hoog niveau al een piekwaarde voor het CO2-gehalte. Daarna zal het langzaam maar zeker dalen tot het nieuwe hoger natuurlijk niveau van het CO2-gehalte. De opwarming van de aarde zal dan ook een piek bereiken en weer terug keren naar een lager en dragelijke temperatuur.

Eindconclusies serie antropogeen CO2

Een lijst van eindconclusies. Kort en bondig maar hopelijk duidelijk en begrijpelijk voor de lezer;

• Maar voor we hiertoe overgaan eerst iets over de relevantie van het CO2-gehalte in de atmosfeer. Waarom zou het ons een zorg moeten zijn. Om een simpele reden. Zoals wetenschappers al in de 19e eeuw vermoeden blijkt er inderdaad een heel sterk verband te zijn tussen het CO2-gehalte van de atmosfeer en de gemiddelde temperatuur op Aarde. Sinds het begin van de industriële revolutie is het CO2-gehalte gestegen met ruim 48 %. Over de zelfde periode kun je met behulp van regressie analyse vaststellen dat de opwarming ongeveer 1,25 °C is gestegen. Dit komt al akelig dicht in de buurt van de 1,5 °C die door klimaatwetenschappers als maximum wordt gezien aan wat we aan opwarming kunnen hebben. Eigenlijk had ik de reeks artikelen hier mee moeten beginnen maar toen had ik nog geen data om te analyseren. Ik was me niet van bewust dat de samenhang zo sterk was en de urgentie om iets te doen zo groot was. Bij een verdubbeling van het CO2-gehalte van 275 ppm naar 550ppm zou je volgens de regressie analyse een opwarming kunnen verwachten van 2,55 °C. Dit is in overeenstemming met de mainstream van de klimaatwetenschap. De te verwachte opwarming is hoger dan in het Klimaatverdrag van Parijs is afgesproken.
• Het kooldioxide(CO2) gehalte van de atmosfeer is in geen 800.000 jaar zo hoog geweest als nu. De stijging is heel recent namelijk pas vanaf het begin van de industriële revolutie(1750). Gedurende de zelfde periode daalde het zuurstof gehalte van de atmosfeer. De toename van het CO2-gehalte heeft dus van doen met verbranding van koolstofhoudende materiaal. De cijfers over CO2-emissies zijn in kiloton per jaar. Met behulp van het begrip molair volume kun je dit omzetten in ppm. De toename van het CO2-gehalte blijkt voor de onderzochte periode (1960-2016) voor ieder jaar steeds lager te zijn dan de CO2-emissie. Dat lijkt me een afdoende bewijs dat de stijging van het CO2-gehalte antropogeen dat wil zeggen door de mens is veroorzaakt. Het alsmaar stijgend verbruik van fossiele brandstof zoals steenkool, aardgas en aardolie(producten) heeft deze stijging veroorzaakt.
• Er zit flink wat ruis in de toename van het CO2-gehalte van de atmosfeer. Dit lijkt samen te hangen met het optreden van (zeer)sterke El Nino en La Nina jaren en een een zeer krachtige vulkaan uitbarsting. Als je voor de onderzochte periode dit soort jaren buiten beschouwing laat is de hoeveelheid ruis meteen een stuk lager.
• De CO2-emissie en dus het verbruik van fossiel brandstof is over de onderzochte periode lineair toegenomen. Dit is niet overeenkomstig met de verwachting namelijk dat het exponentieel is toegenomen. Blijkbaar is er over de onderzochte periode flink wat energie efficiency geboekt en heeft men al vroeg alternatieven gevonden voor fossiel brandstof zoals waterkracht en kerncentrales. Ook werd er een begin gemaakt met hernieuwbare energie zoals biobrandstof.
• Je kunt het CO2-gehalte van de atmosfeer opdelen in het natuurlijk CO2-gehalte dat wil zeggen van voor de industriële revolutie van ca. 275 ppm en antropogeen toegevoegd antropogeen CO2. Het natuurlijke CO2-gehalte heeft de afgelopen 800.00 jaar geschommeld met de gemiddelde temperatuur. Je had kortstondige warmere perioden(interglacialen) met een hoog CO2-gehalte afgewisseld met langere koudere perioden(glacialen) met een laag CO2-gehalte. Op het moment zitten we nog in een interglaciaal. Er lijkt sprake te zijn van een natuurlijk evenwicht tussen het CO2-gehalte van de atmosfeer en de gemiddelde temperatuur op Aarde. Door de toevoeging van antropogeen CO2 is dit evenwicht verstoord. De antropogene toename is dusdanig snel gegaan dat het CO2-gehalte eigenlijk te hoog is voor de huidige gemiddelde temperatuur van de Aarde. Het antropogeen CO2 heeft daar door de neiging om uit de atmosfeer te vallen. Deze CO2-uitval is het verschil tussen CO2-emissie en CO2-toename.
• CO2-uitval kun je op 2 verschillende manieren definiëren. De eerste en gangbare manier is als fractie van de CO2-emissie. Dit komt overeen met de airborn fraction van CO2-emisie namelijk dat deel dat in de atmosfeer blijft hangen. Volgens deze definitie kan het antropogeen CO2 hierna niet meer ontsnappen en zal in principe voor altijd in de atmosfeer blijven. Het hoogst haalbare en alleen bij een reductie van de CO2-emisie naar nul ppm is een blijvend hoger niveau van CO2 en daardoor een forse stijging van de temperatuur met alle gevolgen van die zoals smelten van gletsjers en ijskappen. Hierdoor stijgt de zeespiegel enz. De tweede manier om CO2-uitval te definiëren is als fractie van het antropogeen CO2-gehalte. Dat wil zeggen het CO2-gehalte minus 275 ppm. In deze variant is het wel degelijk mogelijk voor het antropogeen CO2 om uit de atmosfeer te ontsnappen waardoor de opwarming van de Aarde een stuk lager kan uitvallen en dus ook minder ijs smelt en dus ook minder zeespiegel. Welke van de twee varianten van CO2-uitval juist is moet blijken uit model berekeningen. Daarvoor moeten we eerst een eenvoudig en begrijpelijk model definiëren.
• Voor het verrichten van scenario’s heb je een eenvoudig en overzichtelijk model nodig. Dit is tenslotte waar wetenschap om draait. Namelijk de complexe werkelijk proberen te vangen in een vereenvoudigd model. Door met dit model te gaan spelen probeer je inzicht te krijgen in het te bestuderen onderwerp.
• Het door mij gebruikt model gaat er van uit dat het CO2-gehalte aan het eind van het jaar het CO2-gehalte is aan het begin van het jaar plus de CO2-toename. De CO2-toename over het jaar is gelijk aan de CO2-emisie minus de CO2-uitval. De CO2-uitval kent 2 varianten. De FE-variant dat wil zeggen dat de uitval een fractie van de emissie is en de FA-variant die er van uit gaat dat de uitval een fractie is van het antropogeen CO2 is. Antropogeen CO2 is het CO2-gehalte van het jaar minus 275 ppm. Dat is het natuurlijk gehalte aan CO2. De CO2-emisie kun je voorstellen als de rechte lijn van het regressie model. De beide fracties schat je over de onderzochte periode. Zo bepaal je de jaarlijkse toename van het CO2-gehalte. Dit vergelijk je met de echte ontwikkeling van het CO2-gehalte.
• Uit de vergelijking tussen beide varianten van CO2-uitval komen grote verschillen aan het licht. Bij de FE-variant heb je slechts rechte lijnen van CO2-emisie, CO2-uitval en dus ook CO2-toename. Bij de FA-variant is er een rechte lijn alleen voor de CO2-emisie. De CO2-uitval verloopt exponentieel. Daardoor laat de CO2-toename een afvlakking zien over de tijd. Op de lange duur kun je een heel ander verloop verwachten van het CO2-gehalte.
• De kwaliteit van het model is heel hoog. Zelfs verdacht hoog. Het lijkt te mooi om waar te zijn en dan is dit meestal ook zo. Hier echter ben ik geneigd om te zeggen dat het gewoon klopt. Het is gewoon een heel goed model. De R² voor de voorspelde waarden van het CO2-gehalte met beide varianten van CO2-uitval met de werkelijke waarden van CO2-gehalte is extreem hoog. Er is tevens sprake van parameterdrift. De beide varianten van CO2-uitval stijgen in de loop van de onderzochte periode. Als je hier niet voor corrigeert zal het model te hoge waarden gaan schatten. Het model is voor deze drift gecorrigeerd. Voor de FA-variant van CO2-uitval krijg ik een gemiddelde waarde van 0,024. Dat wil zeggen dat ieder jaar 2,4% van het antropogeen CO2 weer uit de atmosfeer valt. Volgens de bankenformule krijg je dan 70 gedeeld door 2,4 een halfwaardetijd voor antropogeen CO2 van ca. 29 jaar. Dat wil zeggen dat de huidige hoeveelheid antropogeen CO2 van 409-275=134 ppm in 29 jaar is gehalveerd tot 67 ppm. In 58 jaar tijd is het verder gehalveerd tot 34 ppm en aan het eind van deze eeuw is er nog maar zo’n 17 ppm aan antropogeen CO2 over. Maar dit lukt natuurlijk alleen als we per direct stoppen met de CO2-emissies.
• Op grond van de statistiek kan men geen voorkeur vaststellen voor een van de 2 varianten van CO2-uitval. Over de onderzochte periode voldoen ze allebei even goed. Op grond van de theorie over CO2-uitval gaat mijn voorkeur uit naar de FA-variant. Antropogeen CO2 wordt verwijderd door extra fotosynthese en door extra opname door de oceaan. Het regent gewoon de atmosfeer uit. Geen van beide processen kan een onderscheid maken tussen CO2-emisie van dit jaar en die van de voorafgaande jaren. Ze maken helemaal geen verschil tussen soorten CO2. Als er meer CO2 aanwezig is in de atmosfeer zullen ze er meer uit gaan halen. Er ontstaat meer biomassa en de oceaan wordt zuurder. Dat laatste is niet de bedoeling en vormt een probleem op zich.
• Een scenario is een verhaal over een toekomstige ontwikkeling waar je een of meer inputvariabelen kunstmatig stuurt en vervolgens gaat kijken wat de outputs gaan doen. Het is dus geen voorspelling van de toekomst want dat kunnen wetenschappers net zo min als helderzienden. De input van het model en dus ook van het scenario is de CO2-emissie en CO2-uitval. Voor CO2-uitval onderzoek ik 2 varianten. De output is het CO2-gehalte van de atmosfeer en de te verwachte opwarming.
• De te onderzoeken scenario’s zijn business as usual dat wil zeggen de vraag naar energie zal volledig voorzien worden door fossiele brandstof, stabilisatie op huidig hoog niveau dat wil dus zeggen dat de vraag naar energie volledig voorzien zal worden door hernieuwbare energie en als derde reductie in de CO2-emisie om te kunnen voldoen aan het klimaatverdrag van Parijs.
• Uit de scenario’s blijkt wel een verschil tussen de beide varianten van CO2-uitval. De FA-variant blijft achter op de FE-variant. Al bij stabilisatie op het huidig hoog niveau blijkt tevens dat er een piek optreedt in het CO2-gehalte bij de FA-variant. Hierna gaat de FA-variant dalen en zal uiteindelijk terugkeren na het nieuwe natuurlijke CO2-gehalte.
• De afspraken die in het Klimaatverdrag van Parijs zijn afgesproken namelijk maximaal 2°C en bij voorkeur niet meer dan 1,5°C laten zich via het regressiemodel tussen CO2-gehalte en temperatuur afwijking vertalen in de maximale hoeveelheden CO2-gehalte van de atmosfeer om die doelstellingen te kunnen halen.
• Om zeker te weten dat ook de FE-variant voldoet aan de doelstellingen ontkomt men niet aan CO2-reducties. Het blijkt dat Greenpeace gelijk heeft gehad; There is no time to waste.

Ter afsluiting

Het was ontzettend leuk om dit onderzoek te doen. Het was heel leerzaam. Het heeft duidelijk gemaakt dat de urgentie om de CO2-emissie omlaag te krijgen veel groter blijkt te zijn dan vooraf gedacht. Het heeft best wel veel tijd gekost om dit hele verhaal te vertellen maar het is beslist de moeite waard om in elk geval de kernpunten te lezen en de plaatjes te bekijken. Klimaatverandering is gewoon een feit. De opwarming is behoorlijk hoog. Ook de samenhang met het CO2-gehalte in de atmosfeer laat zich niet ontkennen. Ook dit is een feit en feiten dien je te erkennen. En de stijging van de CO2-emissie en daardoor het het stijgen van het CO2-gehalte is antropogeen. De stijging komt voor rekening voor het alsmaar stijgend verbruik van fossiele brandstoffen. Deze waren nodig om de alsmaar stijgende vraag naar energie te voldoen. En dit was nodig om de alsmaar stijgende welvaart te leveren die nodig is geweest om onze westerse levenswijze mogelijk te maken. Deze zelfde welvaart heeft ons tevens in de gelegenheid gesteld om vraagtekens te stellen over nut en noodzaak voor economische groei. In een wereld van voor de industriële revolutie waar nagenoeg iedereen arm was en gebrekkig en alleen maar de hele dag bezig met te proberen te overleven had men hier geen tijd voor. De industriële revolutie was en is een zege voor de mensheid maar levert tevens problemen op die om een antwoord vragen. Zal het lukken om ook het probleem van de klimaatverandering onder controle te krijgen of in elk geval dragelijk te maken.

Zoals gezegd het was leuk om dit verhaal te schrijven en ik hoop dat U het leuk of nuttig vindt om het te lezen. Het is beslist leerzaam. Bedankt voor het volgen en lezen en commentaar geven op mijn artikeltjes. Ik zal er mee doorgaan maar eerst maar eens genieten van een wel verdiende rust.

Literatuurlijst

Wikipedia – Scenario studie

Wikipedia – Akkoord van Parijs

Compendium voor de leefomgeving – Mondiale voorraden energiedragers

Skeptical Science – Anthropogenic CO2

Wikipedia – Greenpeace

Wikipedia – Verdubbelingstijd/halveringstijd

Hans Rosling’s 200 countries, 200 year, 4 minutes, The Joy of Statistics

Klimaatverandering – Het vroeg anthropogeen en het voorkomen en uitstellen va een Ijstijd