Etanolen och växthuseffekten

Biobränslen ger mer utsläpp av växthusgaser, ropar medierna ut idag igen och baserar sig på två nya artiklar i Science. Det har blivit väldigt ”inne” att skriva ner biobränslen och peka på att de inte ger någon minskning i växthusgasutsläpp jämfört med fossila bränslen. Jag är väl inte heller övertygad om att etanol i bränsletanken leder till guld och gröna skogar, men man ska väl inte överdriva åt endera hållet.

Enligt författarna i en av Science-artiklarna¹ som jag har läst, har man tagit hänsyn till effekter av förändrad markanvändning, genom att skogsmark världen över görs om till jordbruksmark. Och det gör enligt författarna en väldig skillnad. I ett första steg har man gjort uppskattningar om hur världens markanvändning påverkas när USAs jordbruk ställer om från livsmedelsproduktion till drivmedelsproduktion, vilket i sig naturligtvis rymmer många osäkerheter. I steg två beräknar nettoavgångenförändringen av kol i mark och växter av förändrad markanvändning och det är framför allt där jag (som markvetare) har invändningar. Man verkar ha gjort en rätt detaljerad analys över hur markanvändningen kan tänkas förändras, (hur väl den nu stämmer…?), men när det gäller markkolet har man nog gjort det lite för enkelt för sig.

För det första så räknar man, efter vad jag har lyckats förstå i alla fall, med att skogsbiomassan som försvinner bränns eller ruttnar bort utan att utnyttjas till energi. Och för det andra så räknar man schablonmässigt med att marken förlorar 25% av kolinnehållet i översta metern när man går från skog till jordbruk. Till grund för det ligger två review-/metaanalys-artiklar ^2,3 från 2002, som jag har tittat igenom och där är man väldigt försiktiga med slutsatser, eftersom man har ett litet dataunderlag att basera analyserna på. Dessutom trycker man på kolförlusterna beror på en mängd olika faktorer, både klimat, typ av skog och jordbruksmetoder. Effekten på markens kolförråd av att omvandla skogsmark till jordbruksmark är inte så enkelt som att det alltid försvinner 25%, som man räknar på i Scienceartikeln.

Slutsatsen som jag drar av Science-studien är att skötselåtgärder för både skogsmark och jordbruksmark är otroligt viktiga för kolförråden och att en förändrad markanvändning kan ha konsekvenser för nettoutsläppen av växthusgaser. Studien visar nog mest på den potentiella risk som finns med biobränslen på jordbruksmark om man inte brukar marken rätt. De absoluta siffrorna däremot ska man ta med ett stort lass salt.

Referenser:
1. Timothy Searchinger, Ralph Heimlich, R. A. Houghton, Fengxia Dong, Amani Elobeid, Jacinto Fabiosa, Simla Tokgoz, Dermot Hayes, and Tun-Hsiang Yu (2008) Use of U.S. Croplands for Biofuels Increases Greenhouse Gases Through Emissions from Land Use Change Science DOI: 10.1126/science.1151861

2. Murty D, Kirschbaum MUF, McMurtrie RE, McGilvray A (2002) Does conversion of forest to agricultural land change soil carbon and nitrogen? a review of the literature. Global Change Biology 8:105-123.

3. Guo LB, Gifford RM Soil carbon stocks and land use change: a meta analysis Global Change Biology 8: 345-360.

Billigare plast?

Hört talas om polyeten? Om inte så kan jag ändå garantera att det är något som du kommer i kontakt med nästan varenda dag, eftersom det är en av våra allra vanligaste plaster. (Finns i flaskor, burkar, plastpåsar etc.) Eten, som är grundbulten i polymeren polyeten, är också en de organiska ämnen som produceras i störst mängd i världen, och som har mängder av andra användningsområden än plast, tex som smärtstillande medel. Att kunna framställa eten kostnadseffektivt och miljövänligt är alltså rätt viktigt. Nu har forskare vid Argonne National Laboratory lyckats åstadkomma en metod att producera eten på ett mer energieffektivt och mer miljövänligt sätt.

Det hela är ganska elegant. Genom att låta en ström av etangas passera genom ett membran som tar bort väte och alltså producerar eten, enligt reaktionsformeln:

C2H6 <--> C2H4 + H2

Den nya metoden ger inte upphov till några växthusgaser, vilket är en klar fördel jämfört med den pyrolysmetoden som traditionellt används för att producera eten. Ännu bättre blir det av att det väte som membranet plockar bort kan användas för att framställa energi, så att processen, när den väl är igång, i princip kan driva sig själv.

En annan, kemisk finess, med reaktionen är att eftersom membranet hela tiden tar bort väteatomer så drivs jämvikten mot produktion av mer eten (högersidan av reaktionsformeln). Forskaren som haft ansvaret för studien kommenterar detta faktum så här: "The membrane reactor thinks: ‘Hey, I haven't reached equilibrium yet, let me take this reaction forward.' ” Fritt översatt: "Membranreaktorn tänker: 'Stopp där, jag har ju inte nått jämvikt än, låt mig fortsätta den här reaktionen ett tag till' "

Det där är förstås ett missriktat försök att göra det hela lite mer lättbegripligt för den som inte har någon kemisk bakgrundskunskap. Men likväl är det fel. Membranreaktorer tänker inte och kemiska reaktioner har inte någon egen vilja. De styrs av termodynamik och kinetik.

Trots detta lite märkliga uttalande är det ett intressant resultat som kan bli betydelsefullt om det kan kommersialiseras. Kanske kommer det att ge oss både billigare och miljövänligare plast i framtiden?

Vänsterhänta material

Ett hett område inom fysiken de senaste åren är vänsterhänta material (left-handed material, LH) eller metamaterial. Det är en term som dyker upp då och då i samband med tal om perfekta linser och osynlighet.

Ett vänsterhänt material är, enkelt uttryckt, ett material med negativt brytningsindex, n. Brytningsindex är definierat som n²=εμ, där ε är permittiviteten, som beskriver hur elektriska fält rör sig i materialet, och µ permeabiliteten som är responsen för magnetiska fält. De flesta optiska material är icke-magnetiska och har µ nära 1. ε är positivt och n är definierat som positivt*. Ogenomskinliga material har ett brytningsindex med en stor imaginär del, som är ett mått på absorption/spridning. Det beror på att ε och µ har olika tecken.

I slutet på 1960-talet lanserade den sovjetiske fysikern Victor G. Veselago idén om att ett material som hade både ε och µ mindre än noll skulle vara transparent för ljus och negativt brytningsindex. Ett sådant material skulle ha en rad intressanta egenskaper. Blanda annat skulle det bryta ljut åt ”fel håll”. Dessutom skulle ljusets energirikting och utbredningsriktning vara motsatta. (Härav ordet vänsterhänt; energin följer en vänsterhandsregel jämtemot elektiska och magnetiska fälten istället för den vanliga högerhandsregeln.)

LH-material sågs länge som en akademisk kuriositet, inga riktiga material hade ju den egenskapen. Det visade sig dock att man kunde skapa så kallade metamaterial, som är uppbyggda av periodiska arrayer av andra material. Dessa kunde skräddarsys så att de har en effektiv negativ permittivitet och permeabilitet inom ett smalt våglängdsområde. Det första experimentella beviset för negativt brytningsindex presenterades i Science¹ år 2001. Metamaterialet bestod av en uppsättning koppar-spolar och –remsor på en plasthållare. Det visade tydligt negativt brytningsindex för mikrovågor vid ca 10 GHz (λ=3 cm). Men problemet är att tillverka metamaterial för kortare våglängder. Periodiciteten i materialet måste vara mycket mindre ljusets våglängd, något som är svårt när våglängden bli kort. Under de senaste åren har man arbetat sig ner mot kortare och kortare våglängder, och förra året rapporterade en tysk grupp om negativt n vid 780 nm².

I och med att metamaterialen har visat att negativa brytningsindex inte är science fiction har intresset för eventuella tillämpningar ökat. Bland dem finner vi alltså cloaking devicen.

* Eftersom n²=εμ --> n = ± (εμ)^1/2 har man valt ett positivt värde som standard.

¹ Experimental Verification of a Negative Index of Refraction, R. A. Shelby et al. Science 292, 77 (2001)
² Negative-index metamaterial at 780 nm wavelength,G. Dolling et al., Opt. Lett. 32, 53 (2007).

Andra bloggar om: vetenskap, fysik, metamaterial, optik.

UPPDATERING: Det funkar tydligen dåligt att använda < som "mindre än" i vissa kombinationer. En del av texten försvann. Nu är den tillbaka.

Doktorander debatterar resursutredningen

Företrädare för tre doktorandorganisationer i Sverige har skrivit en debattartikel om resursutredningen i Vetenskapsrådets nättidning tentakel. Anton Forsberg, Rickard Lingström och Mattias Wiggberg skriver bl a att det är mycket bra att kostnaden för forskarutbildningen klargörs genom den föreslagna per capita-ersättningen per doktorand. De är något mer tveksamma till förslaget att högskolor ska kunna få examensrätt i forskarutbildningen för smalare ämnesområden istället för som nu i hela vetenskapsområden. De skriver att det i grunden är något positivt som kan leda till ökad kvalitet i forskarutbildningen men de är oroliga för att ojämlikheter mellan vetenskapsområden och lärosäten skulle kunna öka.

Färre universitet- nordisk trend

Diskussionen i Sverige om att man borde ha färre universitet är en del av en nordisk trend just nu. En norsk utredning föreslår en minskning från dagens 38 till 8-10 lärosäten i Norge. Rektor Agneta Bladh som är en av ledamöterna i utredningen skrev om det på Brännpunkt i Svd i förra veckan. Mer om utredningen kan man läsa här. Tidigare har Danmark gjort slag i saken och slagit samman många av sina högskolor och universitet.

Den norska utredningen föreslår inte bara sammanslagningar av lärosäten utan också tex att all forskarutbildning ska ske i forskarskolor. Det tror jag är en väldigt bra idé. Det skulle leda till att fler doktorander fick inspiration och känsla av att finnas i ett sammanhang. 

Mer om rättvisa - Lotta ut forskningspengar?!

I en av vetenskapsrådets nättidningar, Tentakel, har en Lundadocent vid namn Hans Henrik Bruun skrivit ett intressant debattinlägg om forskningsfinansiering.

I korthet går förslaget ut på att eftersom slumpen inte är orättvis så vore det bättre, rimligare och effektivare att endast göra en kvalitetsgranskning av alla inkomna ansökningar, och alla de som passerar nålsögat får sedan delta i en utlottning av forskningsanslagen.

Kommentarerna varierar från uttalat stöd till förslaget, till påpekande om att slumpen har ett ganska stort inflytande idag också, och att det inte alls är önskvärt.

Man kan, naturligtvis, komma med massor av giltiga och relevanta invändningar mot förslaget, och det finns det säkert en gång professorer som kommer att göra det också, men det viktiga budskapet är ju förstås att många, särskilt yngre, forskare är oerhört frustrerade över hur processen för att ansöka om forskningsanslagen fungerar, hur mycket tid och kraft som läggs ner på att skriva ansökningar som ändå inte genererar anslag. Tid och energi som kunde gått till forskning istället. Min slutsats är att v nog behöver en ordentlig och förutsättningslös debatt om hur forskningsanslag ska utdelas, och denna debatt bör ske både inom akademien och politiken, och helst i gränsytan mellan de båda.

För övrigt noterar jag att Tentakel också utropar kvinnorna till förlorarna i 2007 års ansökningsomgång. Huvudsekreteraren för naturvetenskap och teknink konstaterar att fördelningen är så ojämn att man måste titta närmare på varför det ser ut så här.

Publicera samma resultat flera gånger

Mounir Errami och Harold Garner från Texas har gjort en intressant undersökning om dubbla publiceringar som presenteras i senaste numret av nature. De har sökt igenom databaser för vetenskapliga tidskrifter med hjälp av ett automatiskt textigenkänningsverktyg för att hitta artiklar som är väldigt lika varandra. De flesta av de artiklar som är väldigt lika varandra har delvis samma författare och många är publicerade kort tid efter varandra. Förklaringen är att författarna skickat in i princip samma manuskript till olika tidskrifter samtidigt (något man inte får göra). Anledningen till att göra detta är att på ett oetiskt sätt få fler publikationer. Fler publikationer vill man ha därför att antalet publikationer gör det lättare för en forskare att få jobb och att få pengar till sin forskning. De upptäckte också fall där det var olika författare (alltså plagiat) och där hade det gått längre tid mellan publiceringarna. De flesta av de fall de bekräftat genom en manuell läsning av manuskripten var tidigare oupptäckta. 

Referens

Errami m, Garner H. A tale of two citations. Nature 451, 397-399.