Antropogeen CO2 – Toevoeging

Antropogeen CO2 – Toevoeging

Inleiding

Er zijn twee dingen die ik nog aan de serie Antropogeen CO2 dien toe te voegen. Het eerste punt is het aantonen dat de CO2-emissies per jaar lineair is gestegen en niet exponentieel zoals menig onderzoeker vanzelfsprekend aanneemt. Deze toets had in het verslag moeten staan. Een omissie  ik  hiermee wil recht zetten. Het tweede punt betreft een toets die ik verricht heb om uit te zoeken welke variant van CO2-uitval juist is. Het resultaat is verrassend en doet vermoeden dat de gangbare modellen de CO2-toename en het CO2-gehalte flink overschatten en daarmee ook de mate van opwarming en de ernst van de te verwachte rampen. Opwarming vindt plaats en, bij ongewijzigd beleid zullen natuurrampen vaker gaan optreden en krachtiger zijn dan we gewend zijn. Maar modellen dienen wel gebaseerd te zijn op correcte aannamen over CO2-ontwikkeling in het heden en voor projecties ervan op de toekomst. Deze toets schoot mij pas later te binnen en kost best wel veel tijd om het uit te voeren. Het principe van deze toets is wel bekend. Je splits de periode waar je data over hebt in twee helften. De eerste helft gebruik je om de parameters van je model te schatten en de tweede helft gebruik je om het model te toetsen. Verder is er nog een tabel toe gevoegd specifiek gericht op reductie scenario’s voor de FA-variant. Het geheel sluit af met de conclusies en een literatuurlijstje.

Punt 1 – CO2-emissies stijgen lineair

We beginnen met een grafiek waarop te zien is hoe de ontwikkeling van de CO2-emissie per jaar zich heeft ontwikkeld. Onze aanname was dat dit lineair is. Klopt dit ook?

co2-emissie-per-jaar

Figuur 1 – Ontwikkeling CO2-emissie per jaar

In dit figuur is ook de trendlijn opgenomen. Het lijkt goed te kloppen als je naar het plaatje kijkt maar er zijn betere manieren om te controleren of de ontwikkeling daadwerkelijk lineair verloopt.

Je bepaalt de residuen door de echte waarden af te trekken met de waarden die door de regressievergelijking zijn berekend. Dit levert een reeks van positieve en negatieve getallen op. Deze kun je ook weer in een grafiek zetten om te kijken of er een patroon op duikt. Als mocht blijken dat de ontwikkeling van CO2-emissies per jaar exponentieel is verlopen zie je dit aan de residuen. Die stijgen met de tijd. Als we na figuur 2 kijken zien we dat dit niet zo is.

co2-residuen

Figuur 2 – ontwikkeling van de residuen

Er is een golfpatroon te zien van perioden waar de waarden onder de nullijn liggen afgewisseld met perioden die boven de nullijn liggen maar of er een trend is in de residuen kun je zo niet opmaken. Maar ook voor de residuen kun je een trendlijn bepalen. Dat is de rode lijn die nagenoeg gelijk loopt met de nullijn. Met andere woorden er is geen trend in de ontwikkeling van de residuen. Hieruit kun je concluderen dat de ontwikkeling van de CO2-emissie per jaar wel degelijk lineair is verlopen. De cijfers voor de CO2-emissie in kiloton heb ik van de website van de Wereldbank. Alleen deze bron is onderzocht. Deze conclusie geldt dus uitsluitend voor de tijdreeks van deze bron. Maar het is deze bron die ik gebruikt hebt voor mijn onderzoek. Hiermee is punt 1 afgewikkeld. Te zijner tijd zal het opgenomen worden in het artikel van de serie waar het thuis hoort.

Punt 2 – Toets welke variant voor CO2-uitval juist is

Laat ik beginnen met een korte uitleg over hoe mijn model er uitziet. We gaan er vanuit dat het CO2-gehalte van de atmosfeer aan het eind van een jaar bepaald wordt door de beginstand plus de toename van CO2-gehalte voor dit jaar. De toename van CO2 wordt bepaald door de CO2-emissie voor dit jaar, dit is de regressie lijn die we in figuur 2 hebben bepaald, minus de CO2-uitval van dit jaar. Immers de CO2-toename is veel lager dan de CO2-emissie voor ieder jaar. Voor de CO2-uitval heb ik twee varianten ontwikkeld. De eerste is gangbaar en afgeleid uit de theorie van de airborn fraction. Hier gaan we ervan uit dat de CO2-uitval een fractie is van de CO2-emissie. Deze variant heb ik de FE-variant genoemd. Daarnaast heb ik een tweede variant ontwikkeld. In deze variant ga ik er van uit dat CO2-uitval voor een gegeven jaar een fractie is van het antropogeen CO2 gehalte voor dit jaar. Antropogeen CO2-gehalte is het echte gehalte minus het natuurlijke gehalte van de atmosfeer van voor de Industriële Revolutie van 275 ppm. Deze tweede variant heb ik de FA-variant genoemd.

Ik vond geen enkel verschil tussen beide varianten over de onderzochte perioden. De correlatie coëfficiënten (r2) van de CO2-toename en het CO2-gehalte zoals door de modellen voorspeld vergeleken met de echte waarden laat geen enkel verschil zien tussen beide varianten. Als we het laten bij deze toets kunnen we alleen maar concluderen dat beide varianten over de onderzochte periode even goed of slecht voldoen. Maar is dit de enige manier om te toetsen?

Nee. Er is nog een andere manier. Je splits de periode waar je gegevens van heb op in twee helften. De ene helft gebruik je om de parameters van je model te schatten en de andere helft gebruik je om het model te toetsen. De data die ik gebruik zijn jaarcijfers van de Wereldbank over globale CO2-emissies per jaar over de periode 1958 tot en met 2013. Daar aan toegevoegd zijn de afzonderlijke jaren 2014, 2015 en 2016. Deze periode is opgesplitst in de periode 1960 tot en met 1988 om de parameters van het model te schatten en 1989 tot en met 2016 om het model te toetsen. Als eerste heb ik de regressielijn geschat van de CO2-emissie. Zie figuur 3.

co2-emis-vgl-toets

 

Figuur 3 CO2-emissies per jaar en de regressievergelijking 1960-1988.

Verder hebben we ook de regressievergelijkingen nodig voor de FE-variant en de FA-variant. Met deze drie vergelijkingen kunnen we over gaan tot het voorspellen van de CO2-toename per jaar. Het plaatje gaat over de periode 1960-1988 gebruikt voor de schatting van de parameters, de periode 1989-2016 om te toetsen en de periode tot en met 2100 zodat je het verschil kunt zien tussen beide varianten van CO2-uitval. Als eerste kijken we naar de CO2-toename per jaar. Zie figuur 4.

co2-toename-per-jaar

 Figuur 4 CO2-toename per jaar plus de tijdpaden voor de beide varianten

De zwarte lijn geeft de CO2-emissie weer, de blauwe lijnen geven het tijdpad weer van de FE-variant, de rode lijnen geven het tijdpad van de FA-variant weer en de groene bolletjes zijn de werkelijke waarden voor CO2-toename per jaar. Uit dit plaatje kun je geen duidelijk beeld krijgen welke variant nu beter weergeeft wat er gebeurd is. Daarom heb een ander plaatje gemaakt dat dit wel duidelijk weergeeft. Het geeft weer waar het uiteindelijk om gaat namelijk de ontwikkeling van het CO2-gehalte van de atmosfeer. Zie plaatje 5.

co2-gehalte-toets

Figuur 5 CO2-gehalte van de atmosfeer plus de tijdpaden voor beide varianten

Het is duidelijk. Het CO2-gehalte van de atmosfeer, de groene bolletjes, volgt het tijdpad dat aangeven is door de FA-variant, de blauwe lijnen en niet de rode lijnen van de FE-variant. Dat is de variant die er van uitgaat dat de CO2-uitval een fractie is van het gehalte aan antropogeen CO2. Dit betekent dat het CO2-gehalte veel minder hard stijgt dan algemeen wordt aangenomen. Ook gaat de FA-variant uit van heel andere verwachtingen over wat er met het antropogeen CO2 zal gebeuren. Uit de scenario’s is duidelijk geworden dat de FA-variant in alle gevallen lager uitvalt dan de FE-variant plus dat reeds vanaf stabilisatie op huidig hoog niveau sprake is van een piek in het CO2-gehalte. Daarna valt het CO2-gehalte langzaam terug naar een nieuw natuurlijk evenwicht met de dan heersende gemiddelde temperatuur. Antropogeen CO2 blijft uit de atmosfeer vallen op een constant tempo namelijk de halfwaardetijd die je via de bankenformule kunt schatten. De schatting uit het onderzoek gaan uit van een halfwaardetijd voor de antropogeen CO2-uitval van 29 jaar. Dat wil zeggen dat van de CO2-emissie van dit jaar over 29 jaar de helft weer is verdwenen. Anders gezegd: Van de CO2-emissie uit het jaar 1750 is nog maar heel weinig over want 2016-1750 = 266 jaar. Hier passen 266 gedeeld door 29 dus 9 halfwaardetijd periodes in. Dan houdt je 2-9 van de CO2-emissie van 1750 over en dat is slechts 0,002 procent. Het huidige CO2-gehalte komt vooral voor rekening van recentere CO2-emissies.

Ook dit plaatje zullen we opnemen in het artikel waar het thuis hoort. Verder kunnen we ons in de scenario’s beperken tot de FA-variant. De FE-variant is dan alleen weergegeven als illustratie van het verschil wat tussen beide varianten optreedt. De meeste grafieken kunnen dan blijven bestaan.

De scenario’s aangepast

Nu we weten dat de FE-variant waarschijnlijk niet zal optreden zou het interessant zijn om te zien wat nodig en mogelijk is om het natuurlijk evenwicht tussen de gemiddelde temperatuur van het oppervlakte en het CO2-gehalte te herstellen en hoe snel dit kan verlopen als we bereid zijn om de benodigde stappen te zetten. Want laten we wel zijn, bij business as usual zal het CO2-gehalte van de atmosfeer veel hoger worden dan wat toegestaan is om de afspraken van het Klimaatverdrag van Parijs te halen, zijnde een opwarming van ten hoogste 2 °C boven wat het was aan het begin van de Industriële Revolutie. Wetenschappers hebben geadviseerd om de opwarming te beperken tot slecht 1,5 °C. Er zijn dus wel degelijk maatregelen nodig. Ik zal de benodigde maatregelen en hun resultaten weergeven in tabelvorm. Dat geeft op een beknopte wijze het best weer waar we, de mensheid, aan toe is en wat ons te doen staat en hoeveel tijd we hebben. Uit de berekening die we eerder deden blijkt dat de gemiddelde temperatuur op Aarde al 1,25 °C boven het begin van de Industriële Revolutie ligt. En we weten dat bij het scenario business as usual de FA-variant ver boven Parijs uitkomt. Dit scenario is geen optie.

tabel-red-fa

Figuur 6 De scenario’s voor de FA-variant in tabel vorm

Uit de tabel valt af te lezen dat hoe meer je reduceert des te eerder valt de piek van het CO2-gehalte en des te lager valt die uit ook zal eerder een herstel naar een natuurlijk evenwicht kunnen optreden. Maar wat ook blijkt dat de Wet van de afnemende opbrengsten ook geldt voor CO2-reducties. De eerste reductie stappen in procentpunt van de huidige zeer hoge CO2-emissies zullen het meeste rendement geven. Iedere intensivering van maatregelen om CO2-emissies te reduceren zal minder effect hebben. Op een gegeven moment voegt het niet veel toe. Er is dus veel voor te zeggen dat je de reductie van CO2-emissie stapsgewijs door voert. Bijvoorbeeld eerst 10 jaar stabilisatie op huidig hoog niveau, dus 0 procentpunt reductie. Dan de volgende 10 jaar 0,5 procentpunt enz. Het voordeel is dat weerstand tegen reducties door bijvoorbeeld OPEC landen en oliebedrijven en eigenaren van kolenmijnen een stuk minder wordt. Ze kunnen hun bestaande investeringen nog terug verdienen. Ze dienen dan wel hun toekomstige investeringen in duurzame energie te doen. Maar dit is nu al een groeimarkt en dat zal in de toekomst des te meer het geval zijn. Immers al bij nul procentpunt reductie zal de groei van de vraag naar energie volledig voor rekening komen voor bronnen van hernieuwbare energie.

Conclusies

Punt 1 is een omissie. Ik heb geconcludeerd dat de ontwikkeling van CO2-emissies per jaar rechtlijnig was zonder dit fatsoenlijk te toetsen. Dit is hiermee recht gezet. De CO2-emissie per jaar is rechtlijnig over de onderzochte periode. Dit gedeelte is eenvoudig te plaatsen waar het thuis hoort.

Punt 2 is geen emissie. Ik kwam pas veel later op het idee om deze toets toe te passen. De toets die ik in eerste instantie heb toegepast gaf geen antwoord op de vraag welke definitie van CO2-uitval juist is. Beiden voldeden even goed. In de reeks grafieken die ik gemaakt hebt viel evenmin op te maken. Maar nu na de toets waar we de onderzochte periode opsplitsen in 2 helften kunnen we goed zien dat de ontwikkeling van het CO2-gehalte niet de FE-variant die afgeleid is van de airborn  fraction heeft gevolgd. Het heeft het tijdpad gevolgd dat overeenkomt met de FA-variant. Dit betekent dat de ontwikkeling van het toekomstige CO2-gehalte van de atmosfeer een stuk lager uitvalt plus al vanaf het scenario stabilisatie op huidig hoog niveau een piek zal optreden in het CO2-gehalte. Daarna zal het CO2-gehalte langzaam dalen naar een nieuw natuurlijk evenwicht met de dan geldende gemiddelde temperatuur. Deze temperatuur zal wel hoger zijn dan voor de Industriële Revolutie het geval was. Dat is ook voor de FA-variant onvermijdelijk. Wat wel veranderen kan  is het tijdstip waarop de piek in het CO2-gehalte zal optreden, ook kan het CO2-gehalte van de piek een stuk lager uitvallen en zal er eerder een nieuw evenwicht kunnen optreden tussen het CO2-gehalte en de gemiddelde temperatuur. Het zal afhangen van de mate waarop we bereid en in staat zullen zijn om de emissies van kooldioxide te reduceren. Hoe meer reductie des te meer resultaat maar ook voor reductie geldt de wet van verminderende meeropbrengsten. Het is niet anders. Het CO2-gehalte volgt de Natuurwetten. Daar zullen we ons bij neer moeten leggen. Het 2e punt is niet zo makkelijk te plaatsen. Deel 3, 4 en 5 zullen ingrijpend gewijzigd dienen te worden. Daar heb ik op het moment geen tijd voor vandaar dat ik deze twee punten in een apart artikel zet als aanvulling op de reeks Antropogeen CO2.

Literatuurlijst

Wikipedia – Halveringstijd

Wikipedia – Bankenformule

Wikipedia – Rule of 72

Energy Matters – Half life of CO2 in Earth’s atmosphere – part 1

 

Advertenties

Over Raymond Horstman

Onderzoeker, analist, schrijver. Havo B-pakket, HBO analytische chemie en propedeuse Bestuurskunde aan de Universiteit van Twente. Een brede belangstelling in algemene zaken en een bijzondere interesse in klimaatstudies. De webmaster dient niet verward te worden met mijn naamgenoot de architect. Dit is echt een heel ander persoon.
Dit bericht werd geplaatst in artikel en getagged met , , , . Maak dit favoriet permalink.

6 reacties op Antropogeen CO2 – Toevoeging

  1. natuurfreak zegt:

    Zeer interessant en hier heb je weer serieus wat tijd ingestoken.

    Like

    • Er is best wel veel tijd ingestoken. Maar gelukkig heb ik tijd te besteden. Het is heel interessant om dit alles te onderzoeken en proberen te achterhalen wat er nu waar is aan alle soms huiveringwekkende verhalen over de verwachte klimaatrampen. Als we niets doen zal veel van de verwachte rampspoed plaatsvinden. Maar als we de benodigde stappen zetten kan het ergste onheil wel degelijk worden afgewend. Het is hiermee een optimistisch verhaal geworden. Best wel opmerkelijk voor een onverbeterlijke pessimist.

      Like

  2. Pingback: Antropogeen CO2 – Inleiding en inhoudsopgave | Raymond FANTASTische Horstman

  3. natuurfreak zegt:

    We moeten inderdaad die zo maar alles laten gebeuren en ingrijpen waar het kan.

    Liked by 1 persoon

  4. natuurfreak zegt:

    Komje een sfeervolle kerst wensen.

    Liked by 1 persoon

  5. Pingback: Antropogeen CO2 – Business as Usual | Raymond FANTASTische Horstman

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s