David Bastviken

Luftföroreningar är en av de största riskfaktorerna för förtida död, men befintlig bärbar mätteknik ger inte tillräckligt skydd på lokal nivå. TRIAGE-projektet syftade till att utveckla ett smart, kompakt och kostnadseffektivt sensorsystem för hyperspektral detektion av relevanta luftföroreningar. Vid Tema Miljöförändring, Linköpings universitet, testades de utvecklade sensorerna i verkliga miljöer.

Projektet genomfördes i samarbete mellan nio universitet och företag, med Danmarks Tekniska Universitet som värdinstitution. Mer information finns på TRIAGE-projektets webbplats.

Finansiär: EU, Horizon 2020

Parisavtalet från 2015 förändrade i grunden hur samhällen behöver bedöma och hantera utsläpp av växthusgaser (GHG). Storskalig markanvändning och klimatåterkopplingar gör det svårt att skilja mellan antropogena och naturliga GHG-flöden, och icke-koldioxidutsläpp kopplade till markanvändning står redan för 30–50 % av den globala uppvärmningspotentialen per år. Att klimatmålen nu är kopplade till temperatur innebär att alla utsläpp som påverkar temperaturer måste beaktas, och avtalet ställer också krav på att verifiera effekten av utsläppsminskande åtgärder.

Den här syntesstudien undersökte vilka metoder för GHG-bedömning som finns tillgängliga, hur väl de möter de nya kunskapsbehoven, vilka nya metoder som utvecklas och hur dessa kan användas av samhället. Studien gav också rekommendationer om vilka nya metoder och mätkapaciteter som behövs för att möjliggöra effektiva åtgärder för att nå klimatmålen.

Finansiär: Formas

Kontaktpersoner på Tema Miljöförändring: David Bastviken, Alex Enrich Prast, Magnus Gålfalk, Martin Karlson, Tina Neset, Julie Wilk

För att förstå, förutsäga och hantera klimatförändringar krävs tillförlitliga metoder för att mäta flöden av växthusgaser (GHG). De globala temperaturmålen gör detta ännu viktigare, eftersom både antropogena och naturliga GHG-flöden påverkar temperaturen. Vår nuvarande kunskap är dock bristfällig, eftersom det saknas metoder för att effektivt bedöma variationer i tid och rum över landskap – något som är avgörande med tanke på betydelsen av så kallade hot-spot- och hot-moment-utsläpp.

Det här projektet utvecklade nya metoder för att kartlägga GHG-flöden, bland annat genom sensornätverk och hyperspektral avbildning. De första storskaliga testerna av metoderna genomfördes i vattenmiljöer, som både utgör en stor utmaning för mätningar och är en av de största men också mest osäkra naturliga källorna till nettoutsläpp av GHG.

Projektet var ett samarbete mellan Linköpings universitet (värdinstitution), Stockholms universitet och Göteborgs universitet.

Finansiär: The Swedish Reserach Council, VR.

Forskningen syftade till att utveckla prototyper för kostnadseffektiva sensorer som mäter flera växthusgaser samtidigt och kan användas i sensornätverk.

Miljömålsarbetet baseras ofta på storskaliga problem, men de lokala processerna som bidrar till problemen är mycket dyra att kartlägga. Miljömålet Begränsad klimatpåverkan är ett exempel där mätningar som påvisar problemen görs på global och regional skala samtidigt som åtgärder måste vidtas lokalt.

Det var önskvärt att optimera lokala processer och aktiviteter så att utsläpp av växthusgaser, inklusive koldioxid, metan och lustgas, minimerades med så liten påverkan på andra önskade mål som möjligt. Dessvärre var det mycket dyrt att mäta växthusgaser på lokal nivå, vilket gjorde att åtgärder oftast skedde i blindo och inte kunde utvärderas. Bristen på billig lokal mätkapacitet bromsade därmed miljömålsarbetet.

I detta projekt utvecklade vi små, strömsnåla och kostnadseffektiva växthusgassensorer för de viktigaste växthusgaserna, för användning i alla typer av miljöer i sensornätverk för t.ex. kartläggning av källor och sänkor i tid och rum, process- och aktivitetsoptimering, och åtgärdsuppföljning.

Projektet var ett samarbete mellan SenseAir, NEP-Norrtelje Elektronikpartner, och Tema Miljöförändring, Linköpings Universitet, med finansiering från VINNOVA.

Metan är en viktig växthusgas, 25 gånger kraftfullare än koldioxid per kilo. Trots detta var källor och sänkor för metan ofullständigt kartlagda i miljön. Dessa kunde kartläggas med en specialiserad värmekamera som fångar det smala band av infrarött ljus som metan absorberar eller avger. Kameran öppnade helt nya möjligheter att kartlägga och hantera både storskaliga och småskaliga flöden av växthusgasen metan.

Växthusgaser påverkar klimatet genom att ta upp och avge värmestrålning, vilket håller kvar värmen längre i atmosfären. Metankällor och sänkor samt deras fördelning i landskapet var trots detta ofullständigt kända. Förekomsten av metan kunde kartläggas med en hyperspektral kamera för infrarött ljus, utvecklad inom projektet som startade 2012. Kameran var en specialiserad variant av en värmekamera, extra bra på att se just den värmestrålning som tas upp eller avges av metan. Genom att filma och fotografera metanutsläpp kunde man bättre identifiera och kvantifiera förekomst och flöden av metan i olika landskapstyper, och därmed upptäcka metankällor, både naturliga och mänskligt genererade.

Det finns tre huvudsakliga typer av metanutsläpp:

1. Naturliga, främst från våtmarker och sjöar
2. Mänskligt orsakade, från industri, förbränning och läckage vid utvinning av exempelvis naturgas
3. En blandform där processerna är naturliga men ökningen orsakad av människan, särskilt inom jordbruk med nötkreatur och vid risodlingar

Utvecklingen av metankameran öppnade helt nya möjligheter att kartlägga storskaliga växthusgasflöden samtidigt som småskaliga källor kunde identifieras och hanteras för minskade framtida utsläpp.

Finansiär: KAW, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och Vetenskapsrådet.

Sötvattensmiljöer, som sjöar, floder och dammar, spelar en betydligt större roll för kolets kretslopp och för utsläpp av växthusgaser än vad man tidigare antagit. Det var tydligt att vi inte kunde förstå landskapens samlade växthusgasutsläpp utan att känna till bidragen från sötvatten. Tyvärr var rådande kunskaper baserade på osäkra data, och något samordnat nätverk fanns ännu inte för att utveckla mätmetoder i vattenmiljöer. I detta projekt samarbetade forskare från fyra länder.

Att utveckla mätmetoder var centralt för att öka kunskapen om växthusgaser i vattenmiljöer. I detta projekt samarbetade forskare från två EU-länder, Sverige och Finland, samt USA och Ryssland. Syftet var att förbättra våra kunskaper om växthusgaser i vattenmiljöer i boreala (barrskogs-) och subarktiska miljöer som är mycket känsliga för klimatförändringar. Forskarna deltog i utbyten, gjorde gemensamma fältmätningar och arbetade fram gemensamma bidrag till internationella konferenser. Något samordnat internationellt nätverk fanns ännu inte för mätningar av växthusgasflöden i vattenmiljöer, så som det finns för landmiljöer.

Bland de frågor projektet behandlade fanns vilka som var de bästa metoderna för att mäta växthusgasflöden i vattenmiljöer samt vilka nyckelprocesser som reglerar gasutbyte mellan sjöar och atmosfär. Forskarna undersökte också om Eddy covariance-metodiken kunde anpassas för sjöar. Eddy covariance är en etablerad metod för att mäta växthusgasutsläpp från landmiljöer. Den mäter koncentrationen i en punkt i luften och hur den varierar med luftens rörelser i tre dimensioner, exempelvis i uppåt- och nedåtgående luftströmmar. Frågan var om den också kunde fungera för att mäta utsläpp från vattenmiljöer. En vattenyta kan vid en första anblick förefalla homogen, men här är variationen betydligt större än på en homogen landyta. Mätningar kunde därför bli mer komplicerade.

I projektet, som startade 2013, undersöktes också de viktigaste flödesvägarna för metan i och från sjöar. Forskarna arbetade med att utveckla såväl mätmetoder som modellering.

Skog anses binda växthusgaser, vilket gör att skogsplantering ofta lyfts fram som en lösning för att minska utsläppen. Men beräkningar har vanligtvis endast räknat på utbytet av växthusgaser mellan vegetation, mark och atmosfär. Vattenområden i skogen har inte inkluderats, trots att de spelar en viktig roll för upptag och utsläpp av växthusgaser.

I detta projekt har samtliga flöden och källor – även vattnet – mätts i ett barrskogsområde i södra Sverige. Syftet var att kartlägga hela landskapet, med alla dess miljötyper, och ta fram en total utsläppsbudget för ett helt avrinningsområde. Studien genomfördes i ett område sydväst om Vänern med typisk sydlig svensk brukad barrskog.

Projektet, som startade 2011, tog fram en kvantitativ växthusgasbudget på landskapsnivå mellan (a) land och atmosfär, (b) land och vattenmiljöer samt (c) vattenmiljöer och atmosfär. Nya mätningar kombinerades med befintliga data från miljöövervakning, och modeller för mark respektive vatten länkades samman.

Forskningssamarbetet omfattade sex svenska universitet: Göteborg, KTH, Linköping, Lund, Stockholm och Uppsala.

Finansiär: Forskningsrådet FORMAS

Sjöar, rinnande vatten och dammar har uppmärksammats som stora källor för utsläpp av växthusgaserna koldioxid och metan. Hur stora utsläppen är har det dock rått stor osäkerhet om. Olika sätt att räkna har gett helt olika resultat, där det högsta kan hamna mer än tre gånger högre än det lägsta. I det här projektet testades nya tekniker i olika vattenmiljöer och under olika förhållanden för att få fram säkrare uppskattningar av utsläppen.

Robusta uppskattningar av växthusgasflöden från olika miljöer är centrala för våra kunskaper om växthusgasbudgetar på alla skalor. Det påverkar i sin tur förståelsen för konsekvenserna av naturliga processer och mänsklig aktivitet för vårt framtida klimat.

Ett problem är att beräkna hur och hur snabbt lösta gaser kommer ut i atmosfären. Beräkningar av växthusgasflöden från vatten till atmosfär baseras ofta på mätningar av gaskoncentrationer i vatten och luft i kombination med förenklade samband rörande hur snabbt lösta gaser avges till atmosfären. Dessa samband utgår i sin tur från så kallade gasutbyteskoefficienter som beskriver hur effektiv transporten av en gas är från vatten till luft. Problemet är att detta utbyte ofta enbart antas bero på vindhastigheten trots att flera andra faktorer också påverkar, som strömmar, ytspänning och temperaturkonvektion, dvs. de vattenrörelser som uppstår när ytvattnet i en sjö kyls av och sjunker nattetid.

Dessutom har olika gasutbyteskoefficienter mätts upp i enskilda system men antas ändå vara allmängiltiga och fungera för helt andra typer av vattenmiljöer än där de fastställts. Detta är inte rimligt, vilket forskarna också är överens om. Som en följd varierar beräkningarna mycket. Beroende på vilken koefficient man väljer att använda kan de beräknade växthusgasflödena skilja sig åt med en faktor 3 eller mer, dvs. det högsta beräknade flödet kan bli mer än tre gånger större än det lägsta beräknade flödet.

I det här projektet mättes gasutbyteskoefficienten med nya tekniker i olika vattenmiljöer under olika förhållanden. Genom att koppla gasutbytet direkt till olika miljöfaktorer kunde modeller utvecklas som ger mer generellt giltiga och betydligt säkrare uppskattningar av växthusgasflöden från vattenmiljöer. Projektet startade 2012 och är nu avslutat.

Finansiär: Vetenskapsrådet