ESSF05 Elektronikprojekt och hållbar utveckling, 31 mars 2015

Hållbar utveckling, naturresurser m m

Per Svenningsson, Miljö- och energisystem

Föreläsningen ger en översikt över hållbar utveckling-begreppet samt mer specifikt om

naturresurser – hur de kan klassificeras och analyseras samt några exempel på aktuella och

konkreta resursfrågor.

I läroboken är ett flertal avsnitt relevanta, särskilt:

•Hela kap 1, men särskilt om Hållbar utveckling (1.9 – 1.11)

•2.12 Energi- och materiallagar

•4.3.2 Att samtidigt leva inom naturens begränsningar

•4.4 Några kritiska problem

•5 Systemtänkande och systemanalys

Föreläsningens uppläggning

• Vad innebär hållbar utveckling?

• HU i ett ftg-persp: CSR

• Naturresurser – begrepp och

storleksordningar

• Några exempel på ”resursproblem”

(Ny Teknik, 5/3 2012)

”From Dust to High-TechAt mines like this one in Jiangxi Province, China produces 95 percent of the world's rare-earth

minerals, a key resource for the future of energy.

With tongue-twisting names like dysprosium, yttrium, and neodymium, these 17 metals are found in

products ranging from cell phones and computers to medical devices and jet engines. They play an

important role in the coatings, magnets, and phosphors used in green technology, such as photovoltaic

thin film panels, fluorescent lighting, wind turbines, and electric vehicles.”

(National Geographic)

/TV4, 2008/

Importerad (eller inhemsk) förnybar energi kan ha enmiljömässigt tråkigoch/eller socialt oacceptabel ”ryggsäck”.

(http://www.worldometers.info/world-population/

24/1 2015 kl 11.25)

En hållbar utveckling?

Vad är ”hållbar utveckling”?

”Standarddefinitionen” från Brundtlandkommissionen (Our Common Future/Vår gemensamma framtid):

”…en utveckling som tillfredsställer dagens behov utan att äventyra kommande generationers möjligheter att tillfredsställa sina behov”

Senare har tillkommit ”the three pillars of sustainability”:

Miljömässig + ekonomisk + social hållbarhet

Sustainable development – the official version

Conventional wisdom sedan Johannesburg 2002.

Begreppet ”hållbar utveckling” är inte hugget i sten ...

• I grund och botten ett ”politiskt” koncept

• Stor enighet om att ”hållbar utveckling” är eftersträvansvärt i alla sina komponenter

• Men stor mångfald i tolkningar av olika aktörer och intressen

använd begreppet kritiskt!

bra strukturell referensram!

Kursboken, kap 1.10:

• 1.10.1 Ett politiskt ställningstagande som bygger på etiska principer– ... Människor och ekosystems beroende av varandra ...

• 1.10.2 Olika representationer av världen– Modeller: ”teknocentriska”, ”ekocentriska”,

”sociocentriska” etc

• 1.10.3 Kompromisslösningar och vikten av förhandling, kommunikation och tvärvetenskap– Hård vs. mjuk hållbarhet etc

(Global) historik

• FN-konferensen i Stockholm om den mänskliga miljön 1972

Intresset för miljöfrågorna slog igenom i början av 1960-talet. De fick här sitt genombrott på världssamfundets dagordning Stockholmskonferensen utmynnade bland annat i en politisk deklaration och ett handlingsprogram.

• Brundtlandkommissionen 1983–1987

FN tillsatte 1983 en grupp med uppdrag att analysera de kritiska miljö- och utvecklingsfrågorna: The World Commission for Environment and Development, senare ”Brundtlandkommissionen” efter ordföranden Gro Harlem Brundtland. Kommissionen publicerade sin rapport 1987, den så kallade Brundtlandrapporten: ”Our Common Future”.

• Rio-konferensen 1992 om miljö och utveckling (UNCED)

Tjugo år efter miljökonferensen i Stockholm samlade FN världens ledare till en konferens i Rio de Janeiro om miljö och utveckling.

Agenda 21 är den överenskommelse som har blivit mest känd från Rio-konferensen. Det är en omfattande handlingsplan för hållbar utveckling som kombinerar globalt tänkande och lokalt handlande.

I Rio 1992 kom även:

• UNFCCC – klimatkonventionen (som sedan ”avkastade” bl a Kyotoprotokollet)

• Konventionen om biologisk mångfald

Definitioner av ”hållbar

utveckling” - en svår uppgift!

- Vad ska bevaras/upprätthållas?

- Vad ska utvecklas?

- Med vilken tidhorisont?

(US National Research

Council 1999)

Risk för att begreppet

”älskas ihjäl”, därför

att olika aktörer defi-

nierar och använder

det på olika sätt, och

efter sina syften.

MDG – the Millennium Development Goals

Några möjliga ”dimensioner” i social och ekonomisk hållbarhet

Social hållbarhet:

•Mänskliga rättigheter

•Arbetsrätt/arbetsförhållanden

– Tvångs/barnarbete

– Fackliga rättigheter

– Arbetsmiljö

•Äganderätt/ansvar

markanvändning

– Konflikt med

livsmedelsproduktion

•Äganderätt/ansvar

vattenanvändning

Ekonomisk hållbarhet:

•Goda verksamhetsmetoder

– Korruption

– Relationer till affärspartners

– Relationer till konsumenter

•Ekonomisk riskhantering

Och ”miljömässig” hållbarhet ...

• (Direkta) utsläpp av växthusgaser i

ett livscykelperspektiv

• Andra (direkta) utsläpp till luft i ett

livscykelperspektiv– Försurande utsläpp

– Bidrag till övergödning

– Bidrag till marknära ozonbildning

– Ozonförstörande utsläpp (stratosfäriskt

ozon)

• (Direkta) utsläpp till vatten

• Användning av (färsk)vatten

• Markanvändning inklusive

”havsyteanvändning”– Ianspråktagen yta inklusive påverkan på

annan markanvändning

– Bevarande av markens kvalitet (erosion,

näringsinnehåll, kemikalieläckage ...)

• Indirekta miljöeffekter via

markanvändning– Växthusgaser etc.

• Påverkan på biodiversitet

• Energi/resurseffektivitet (inklusive

energiåterbetalning)

• Resursanvändning (inkl

återvinning)– Ändliga resurser

– Förnybara resurser

– Toxiska o/e sällsynta ämnen

• Avfall– Organiskt avfall

– Annat avfall

• Buller

Hållbarhetsarbete i näringsliv och organisationer – miljöarbete i företag

• Kan ske på olika nivåer …

• Strategiska beslut enstaka investeringar …

• Miljöanpassad produktutveckling

• Formaliserade metoder för miljöarbete

”TÄNK EFTER FÖRE”minskar tekniska och kommersiella risker

Vad hände på hållbarhetsfronten i näringsliv/industri från 60-talet och framåt?

• Grovt uttryckt har industrin i mångt och mycket utvecklats från att vara bromsklossar för hållbarhet till (i vissa fall) spjutspetsar

• En illustration ges av standardiseringsarbetet inom framförallt ISO:

9 000 => 14 000 => 26 000

Ett modernt synsätt (från sekelskiftet)

• Företagens miljö- och energipolicy mer offensiv och siktet är inställt på ständiga förbättringar.

• Jämte den konventionella redovisningen enligt Aktiebolagslagen publiceras ofta miljö- o/e hållbarhetsredovisningar

• Lagar och andra krav betraktas som ett minimum

• En ny ISO-standard för CSR (Corporate Social Responsibility), ISO 26 000, fastställdes 2010

• Ett aktivt CSR-arbete minskar risker, attraherar och motiverar personalen, ger goodwill, kan ge försprång på marknader …

CSR – företags samhällsansvar:struktureras ofta på samma sätt som

hållbarhetsbegreppet

• Ekonomiskt ansvarstagande– Affärsetik, relation till underleverantörer etc

• Miljömässigt ansvarstagande

• Socialt ansvarstagande– Arbetsmiljö, deltagande i samhället etc

ISO 26 000: inte en kravstandard, utan ”vägledande” med rekommendationer (går inte att certifiera mot)

Grundprinciper för socialt

ansvarstagande:

•Ansvarsskyldighet

•Transparens

•Etiskt uppträdande

•Respekt för intressenterna

•Respekt för lagen

•Efterlevnad av internationella

uppförandenormer

•Respekt för mänskliga rättigheter

ISO 26 000 innehåller även sju konkreta sakfrågor där varje företag eller organisation kan välja vilken eller vilka frågor de vill fokusera på:

• Organisationsstyrning

• Mänskliga rättigheter

• Arbetsvillkor

• Miljö

• Ansvarsfulla affärsmetoder

• Konsumentfrågor

• Lokal samhällsutveckling

27

Riskmatris

Weak

commitment to

CSR

Strong

commitment to

CSR

Not competent

commercially Bad business Will not do well

Competent

commercially

May do well, but

will meet

increasing risks

Good chance of

success

(Klas Eklund, föreläsning nov 2011)

Dvs ”bara” ett miljö/CSR-engagemang är inte tillräckligt för framgång. Men om

företaget/organisationen i grund och botten har kommersiell kompetens, ökar chansen

till kommersiell framgång ytterligare, om man på ett proaktivt sätt kan hantera miljö- och

hållbarhetsfrågor.

Exempel: Vem är (miljö/hållbarhets)boven?

• Ett konventionellt svar här är ”industrin”, som släpper ut föroreningar och omsätter materiella resurser

• MEN, i mycket hög utsträckning förskjuts nu ”ansvaret”(eller åtminstone orsak-verkan-sambandet mot betydelsen av privata konsumtionsval (gäller i första hand i-länder/motsv)

• Privata transportval har t ex mycket stor betydelse för graden av hållbarhet (t ex privatbilism = resursåtgång både för tillverkning och drift av fordon)

• Annan privat konsumtion av betydelse: kläder, hemelektronik, kemikalier (rengöring, hygien etc)

Är detta uthålligt (Sverige, 2009)?• F n ”producerar” varje svensk ca 500 kg privata sopor varje år

– det som brukar betecknas som ”hushållsavfall”. Utöver detta uppstår mångdubbelt mera avfall som följd av industriell verksamhet.

• Vi bebor drygt 45 m2/cap, och dessa kvadratmeter ska bl a förses med ett gott inomhusklimat (uppvärmning/kylning/luftväxling). Dessutom ska ytterligare minst 25 milj m2 värmas upp (lokaler, industrier etc).

• Sveriges befolkning reser varje dag ca 363 milj km inrikes, och varje år företas ca 13,5 milj utlandsresor, de flesta med flyg.

• Vi äter ca 25 kg nötkött per person och år. Enbart detta ger utsläpp av växthusgaser motsvarande 500 kg CO2 – vilket i sin tur motsvarar utsläppen från mer än 400 mil i en bensinsnål personbil.

Räcker det att:

• Sluta de materiella kretsloppen (återvinning, avfallshantering)?

• Energieffektivisera maximalt (t ex passivhus, effektiva system för luftväxling etc)?

• Använda extremt energieffektiva fordon?

• Använda förnybar energi till fordon och byggnader – om den räcker?

Nötköttet blir en principiellt svårare nöt att knäcka!

En hållbar framtid för en ökande

befolkning förutsätter:

• En ökad effektivitet i

resursanvändningen

• Substituera ändliga (fossila) resurser

med förnybara

• Utveckling av tekniska system som

sluter flöden av ändliga

material/resurser

NE, naturresurser:

Naturtillgångar, naturföreteelser i form av

materia och energi som efterfrågas och

utnyttjas av människan. De kan vara

utnyttjade eller outnyttjade, upptäckta

eller oupptäckta.

Reserver är naturresurser som är kända och

så åtkomliga att de kan utnyttjas ekonomiskt

med känd teknologi. Naturresurser kan

klassificeras i flödes-, fond- och

lagerresurser.

Det finns både energi- och materialresurser inom alla klasserna

nedan. Observera att ”avkastningen” från en fond kan betraktas som

ett flöde.

Observera även att de ändliga resurserna främst begränsas via sin

totala utvinnbara mängd, medan de förnybara resurserna har ett

maximalt uttagbart flöde.

Ändliga resurser kan karaktäriseras via (den totala) resursen (”resources”),samt via begreppet reserver (”reserves”), vilket är ett dynamiskt begrepp.

Exempel på viktiga lagerresurser

• Fossil energi (inte återvinningsbar)

(men kolatomerna är ”återvinningsbara”)

• Metaller (återvinningsbara)

• Fosfor etc (livsnödvändiga/essentiella;

viss grad av återvinnbarhet)

Graden av ”återvinnbarhet” beror av designen på

de tekniska systemen. Det kostar alltid

resurser/energi att återvinna, men mängden kan

minimeras.

Den absoluta MÄNGDEN är i princip begränsad.

Source: Global Energy Assessment, 2012

ENERGI: fossil energi dominerar fortfarande ...

Energianvändning fossila bränslen miljö/klimatpåverkan

(åtminstone med dagens globala fossilbränsledominans)

MIND THE GAP, PLEASE (gapminder.org)

Exempel på förnybara resurser

• Energi:

– Solenergi

– Biomassa

– Vind, vatten, vågor, tidvatten

– Geotermi

• Material:

– Bomull, andra fibrer

– Trä som konstruktionsmaterial

– Plaster och kemikalier från biologisk råvara

I princip begränsas det möjliga FLÖDET av

framförallt solinstrålningen (= källan till de

förnybara resurserna).

Infallande solenergi är en gigantisk

resurs, jämfört med de energimängder

som omsätts i mänskliga samhällen idag:

10 000-tals ggr större, räknat per tidsenhet.

Storleksordning: 100-tals W/m2

Det geotermiska flödet från jordens

inre är mycket mindre, i genomsnitt,

men kan lokalt spela stor roll.

Storleksordning: << 1 W/m2

Storleksordningarna ovan är genomsnitt räknat över jordens yta

Some (rough) numbers

Solenergiinstrålning vid jordytan: 1000 – 2500 kWh/m2,år(Sverige resp Sahara)

I genomsnitt vid jordytan: ca 170 W/m2

Klart solljus, stor solvinkel: ca 1 kW/m2 (som en spisplatta)

1 m2 i Sverige kan ge (ca): 300 - 800 kWh/år solvärme100 - 150 kWh/år solel1 – 2 kWh/år biomasseenergi

1 kg kolhydrater (socker, trä etc): ca 5 kWh1 kg växtolja/fett: ca 7-8 kWh

1 kg råolja: ca 11,6 kWh1 kg stenkol: ca 7,5 kWh1 m3 naturgas: ca 10 kWh

Några viktiga områden för forskning och utveckling för ökad hållbarhet:

• Markanvändning för food/fibres/energy – finns det plats för allt, och dessutom biologisk mångfald? Kopplar bl a till ekologiska fotavtryck

• Energi/exergiflöden genom samhällen och möjlighet till effektivisering

• Materialflöden/materialanvändning:

– dematerialisering/transmaterialisering

– Olika typer av SUBSTITUTION

– KRETSLOPP, avfall

Dematerialisering:

• Att åstadkomma samma nytta med mindre mängd material (detta begrepp är starkt knutet till alldeles traditionell teknisk utveckling)

Transmaterialisering:

• ”bortom materialen”, dvs antingen åstadkomma nyttan/tjänsten med mindre farliga material, eller mindre sällsynta material ELLER på ett helt annat sätt, som inte innebär materialanvändning

(Karlsson 1997)

”Decoupling” – hur långt räcker det?

Framtida miljöpåverkan (”belastning”) är en funktion av:

• Folkmängd

• Välfärd/konsumtion per capita

• Resurs/energiåtgång per konsumtionsenhet

• Miljöeffekt per resurs/energienhet

Hur långt räcker teknisk utveckling för att ”tillräckligt” minska

miljöpåverkan (och vad är tillräckligt)?

Vår strävan efter ökad välfärd/lycka <=> nödvändigtvis materiell

konsumtion/resursomsättning?

Om så, gäller det att skapa tekniska system som i produktions-,

användnings- och resthanteringsfaserna är materialsnåla och

inte ”läcker”. Och som medger återanvändning av material.

Ett alternativ är ett samhälle som ”snurrar långsammare”, dvs har färre

produkter per person, mindre omsättning/utbyte av produkter samt

produkter med längre livslängd.

”Faktorbegrepp” för hållbarhet:

• ”Faktor 4”:En halvering av resursanvändningen behövs för en

rimlig global miljöpåverkan; samtidigt behöver

välfärden (totalt) dubbleras (för global rättvisa)

fyrdubblad ”ekoeffektivitet” (Lovins & Weizsäcker)

• ”Faktor 10”:I-länder måste öka ”ekoeffektiviteten” med en faktor 10

halverad global resursanvändning samt ”rättvist”

spridd naturresursanvändning, samt hänsyn till

befolkningsökning (Wuppertalinstitutet)

En framtid dominerad av förnybar

energi - möjliga resursproblem:

• Hög effektivitet o/e låga kostnader

förutsätter sällsynta ämnen

• Hög effektivitet o/(e låga kostnader

förutsätter toxiska ämnen

I båda fallen krävs teknisk utveckling

för att säkerställa återvinning o/e

substitution till andra ämnen

Enbart Tyskland: > 35 GW; motsvarar produktionskapaciteten av 35 reaktorer;

eller elproduktionen från 6-7 reaktorer.

Globalt: 150 GW kan producera ca 200 TWh/år ”> 1 Sverige” eller

ca 1 % av global elproduktion

320 GW 100 000 – 200 000 moderna vindkraftverk

Producerar ca 1 000 TWh/år (3 – 4 % av global elprod)

Eller motsvarande ”7 * Sverige”

REE - Rare Earth Elements and their Uses:

The demand for rare earth elements is rising rapidly

but their occurrence in minable deposits is very

limited.

(http://geology.com/articles/rare-earth-elements/)

Datorminnen

DVD:er

Mobiler

Batterier

Bilkatalysatorer

Magneter

Lysrör

Exempel:

Estimates of Tellurium

and indium availability for

PV (after subtracting

competitive uses);

secondary source is from

recycling of spent

modules.

Fthenakis 2009, Sustainability of

photovoltaics: The case for thin-film

solar cells)

Fler exempel på ämnen i solceller:

• Kisel (stora resurser, men energiintensivt)

• CdTe-celler:

– Kadmium - giftigt, sällsynt

– Tellurium - sällsynt

• CIGS-celler, bl a:

– Indium – sällsynt

– Selen - sällsynt

• Grätzel-celler:

– Flera sällsynta ämnen

Med ”sällsynt” ovan menas att resurserna är så

begränsade att det är svårt att tänka sig en expansion

som täcker en stor del av världens elproduktion.

Här är bristmineralernas rankinglistaNy teknik, 21 januari 2013

”Nio av världens tio mest kritiska mineraler

kommer från Kina. Det visar en årlig rankinglista

över strategiskt viktiga råvaror.

Niob i mobiltelefoner, neodym i vindkraftsturbiner

och europium i lågenergilampor. I många

produkter spelar så kallade kritiska mineraler med

unika egenskaper en nyckelroll. Många av de

eftertraktade råvaror produceras i Kina, vilket skapar

ett beroende som oroar regeringar och företag

världen över.”

”Riskindex” baserat på:

•Mängd i jordskorpan

•Var utvinning sker

•Var reserverna finns

•Politisk stabilitet i dessa länder

•Återvinnbarhet

(BGS, British geological survey)

US DOE (2010), Critical Materials Strategy:

Vilka sällsynta ämnen behövs var?

”Supply risk” med olika tidshorisonter

Liten minneslista för produktutveckling &

marknadsanalyser:

• Livscykelperspektiv (vad händer före och

efter användningsfasen)?

• Utveckla energi- och materialsnål teknik

• Går det att undvika sällsynta (= dyra och

riskfyllda) resp toxiska ämnen?

• Designa för återvinnbarhet!

• Glöm inte CSR-perspektivet

(riskminimering, goodwill,

kostnadskontroll)