Badkarsmodellen – att ana hur netto-noll i koldioxidflöden nås

Vissa saker förstår man intuitivt och av erfarenhet, utan att tänka så mycket djupare på det. När man exempelvis fyller ett badkar, ett handfat, en behållare eller vad som helst som går att fylla med vätska eller gas, behöver man sällan tänka på att vi behöver fylla på mer än vad som flödar ut för att nivån ska börja stiga och behållaren fyllas. Ofta stänger vi bara utloppet helt, skruvar kranen till max och stänger av kranen när vi nått önskad nivå. Det här är också det snabbaste sättet att nå den nivå vi eftersträvar.

I själva verket behöver ju inte utloppet vara helt stängt för att nivån ska öka men det måste fyllas på mer än det rinner ut. Är öppningen stor så måste man fylla på ännu mer och snabbare för att få innehållet att öka. Stänger vi av tillflödet så töms handfatet efter en stund om det är ens så lite öppet i botten. Ett sådant experiment är lätt att genomföra själv. Det går bra i handfatet, eller kanske någon behållare med en kran nedtill (man kan också testa min simuleringsmodell i slutet av inlägget).

Det som vi förstår intuitivt tillämpas inom alla studier av dynamiska system, allt från flöden av vatten till arbetslöshet och klimatforskning. När vi har många samverkande system behövs dock ofta mer avancerade metoder för att förutsäga slutresultatet, intuitionen räcker inte alltid till för att genomskåda slutresultatet. Inte desto mindre är den kunskapen central och kan hjälpa oss att bättre förstå mycket av det som händer omkring oss. Jag tänker att sådan kunskap aldrig är fel att lyfta även om det riskerar vara en upprepning för många.

Den mycket enkla men viktiga principen

När både inflödet och utflödet är lika stora blir nivån stabil. Att både inflödet och utflödet är noll, vilket är fallet när kranen för påfyllnad och utloppet är stängda, är ett specialfall av detta. Men denna likhet är en princip som gäller hela tiden. När antalet nya personer som blir arbetslösa är lika stort som antalet som lämnar arbetslösheten är mängden arbetslösa konstant. När antalet nyskapade jobb är lika många som antalet bortrationaliserade jobb är mängden jobb konstant. Förändringar i nivån sker när inflödet och utflödet är olika stora.

Stabilitet…

När det fylls på lika mycket som det töms ut då kommer vattennivån i badkaret att vara oförändrad. De som formaliserat kunskapen säger att det uppstår en ”steady-state” när inflödet är lika stort som utflödet. När det gäller klimatet och koncentrationen av växthusgaser i atmosfären talar man om netto-noll. Netto-noll är inte en specifik nivå, vilket kan vara lätt att tro. Det är benämningen på en stabil nivå, där nivån varken ökar eller minskar. Netto-noll uppnås när inflödet och utflödet är lika stora.

Förändring…

Är badkaret redan nästan fullt när in- och utflödet blir lika stora så kommer nivån att stabilisera sig där. Är nivån låg när in- och utflödet blir lika stora så kommer den förbli på en stabilt låg nivå.

Det krävs ingen examen i rymdfysik för att lista ut vad som krävs för att sänka nivån ytterligare. Utflödet behöver vara större än inflödet en tid. För att istället höja nivån? Ja, låt istället inflödet vara större än utflödet. Inget konstig alls egentligen.

Fördröjning…

Genom att reglera förhållandet mellan påfyllning och tömning kan man reglera hur mycket vatten det finns i badkaret, men den önskade nivån kommer att nås med viss fördröjning. Anpassningen är inte omedelbar vilket också är lätt att testa i handfatet. Det kommer inte att vara tomt i handfatet bara för att man stänger av kranen som fyller på nytt vatten. Det kommer minska i den takt som vattnet flödar ut. Är det 10 liter i behållaren och utflödet är en liter i minuten, ja då tar det 10 minuter att tömma karet.

Ett minskat inflöde medför inte heller en sjunkande nivå per automatik, inflödet behöver vara mindre än utflödet. Om vi således håller på att fylla karet – att vattennivån stiger – och inflödet dras ner bara litegrann så kan det till och med vara så att nivån ändå fortsätter att stiga. Säg igen att det finns 10 liter i behållaren, vi fyller på tre liter per minut och tömmer ut en liter per minut då kommer behållaren att fyllas på med två liter per minut. Om vi sedan minskar påfyllnaden till två liter per minut och fortsätter att tömma ut en liter per minut så sjunker inflödet men behållaren fortsätter att fyllas med en liter per minut. Ytan stiger långsammare än innan men den kommer fortsätta att stiga.

En stigande eller sjunkande nivå är som sagt helt och hållet bestämt av om det rinner ut mer eller mindre vatten än vad vi fyller på.  

Netto-noll

Låtsas nu istället att vi laborerar med växthusgaser. Vi använder koldioxid som exempel även om det finns många andra växthusgaser också. Genom att utvinna fossila bränslen ur jordens inre och förbränna dem, eller använda land på annat sätt som frigör koldioxid, så har vi så att säga skruvat på kranen för påfyllnad av koldioxid i atmosfären. Mer koldioxid i atmosfären höjer jordens medeltemperatur (se exempelvis den här länken). Moder jord drar tillbaka så mycket hon förmår av koldioxiden genom att lagra den i oceanerna eller i växtlighet. Så här långt har oceaner och land kunna fånga in ungefär hälften av det vi fyller på varje år, men inte utan andra konsekvenser. I oceanerna medför infångningen att vattnet samtidigt försuras. Vi fångar inte in särskilt mycket genom det som kallas för Koldioxidavskiljning och lagring (Carbon Capture and Storage, eller CCS, på engelska), inte heller genom Koldioxidinfångning (Carbon dioxide removal, CDR) och genom att skövla skog och använda mark till annat så hjälper vi inte heller till.

Skillnaden mellan frigörandet och lagrandet/infångandet blir kvar i atmosfären. Eftersom frigörandet är större än det lagrade och/eller infångade kommer således atmosfären fortsätta att fyllas. Det handlar om stora skillnader. Vi släpper ut runt 40 miljarder ton och Moder jord kämpar tillbaka 20 miljarder ton (se översta vänstra diagrammet i bilden ovan). Skillnaden mellan hur mycket som frigörs och som lagras tillbaka är på skalan 15-20 miljarder ton om året (se nedersta vänstra diagrammet i bilden ovan). Så länge inte frigörande (inflöde) och lagrande/infångande (utflödet) av koldioxid är lika stora så kommer atmosfären fortsätta att fyllas. Och ju längre tid det tar att nå den balansen desto större mängd koldioxid kommer det att finnas (se högra diagrammet i bilden ovan). Det finns inte någon indikation på att vi är på väg att sänka nivån eller att ökningen håller på att avta.

Att hitta balans

Hur hittar vi avvägningen mellan hur mycket som ska fyllas på så att det är precis lika mycket som töms ur. Prova gärna simuleringen nedan, det är långa ledtider och inga snabba resultat. Man kan påverka inflödet, man kan påverka utflödet eller en kombination av dem båda. Och koncentrationen kommer obönhörligt att öka så länge som inflödet är större än utflödet, det finns inga genvägar. Det kan vara värdefullt att hitta balansen innan koncentrationen blivit så hög att temperaturen överstiger 1,5 grader.

Simuleringen har jag programmerat i Netlogo och den använder Netlogo-web som motor. Dokumentation finns under fliken Model Info i modellen. Kontakta mig gärna för mer information.