Biotek
12 cases om miljø og teknologisk udvikling
L&R Uddannelse
BIOTEK – 12 cases om miljø og teknologisk udvikling Redigeret af Frank Lisberg Borum, Dorte Lind Damkjær, Henrik Falkenberg, Kurt Overgaard og Sven Sommer © 2010 L&R Uddannelse, København – Et forlag under Lindhardt og Ringhof Forlag A/S, et selskab i Egmont Forlagsredaktion: Frants Toft Billedredaktion: Nina Fabian Grafisk tilrettelægning og omslag: Det Danske Idéselskab Tryk: Livonia Print Sia Mekanisk, fotografisk, elektronisk eller anden gengivelse af denne bog eller dele heraf er kun tilladt efter Copy-Dans regler ISBN 978 87 7066 469 1 www.lru.dk
Udgivet med støtte fra
Fotos: Rapsmark: iStockPhoto, laboratorium: Foci/Science Photo Library, Coverfotos iStockPhoto: 6, 8, 13, 15n, 26, 28, 40, 46, 47n, 78, 87, 106, 110tv, 119, 126, 165, 181, 183, 184mf, 194, 195 Polfoto: 7 Charles Caratini/Sygma/Corbis, 16mf Sygma/Corbis, 22ø Michael Freeman/Corbis, 22n Gelan Rowell/Corbis, 24 David McLoed/Corbis, 31 Roland Steffen Nielsen, 34 Corbis, 42n Mikkel Khan Tariq, 72 Arne Rasmussen, 74n Corbis, 103 Joachim Adrian, 109ø Jan Grarup, 110th Corbis, 121 Werner Karrasch, 166 DK Limited/Corbis Macalester College: 15ø Dong Energy: 16ø, 20, 105 Mærsk Olie og Gas A/S: 16n Wick Cobbing/Greenpeace: 19 Scanpix: 21 Niels Fabæk/Biofoto, 27n Bjørn Kähler, 51n Brian Bergmann, 58 Morten Rasmussen, 74ø Martin Dam Kristensen, 133 Klaus Bentzen/Biofoto, 148 Anders Tvevad/Biofoto, 162 Vibeke Tofte Seth White: 25 Stuart Carlson: 27ø Rocky Mountain Laboratories: 35 Colourbox: 43 Niras: 47ø Sven G. Sommer: 49, 63, 64, 69, 149, 150, 151
Schiller/Jeppe Gudmundsen-Holmgreen: 51ø UN Photo: 52 Frank Leather © www.lemvigbiogas.com: 59 Jenny Downing: 60 Waste-2-Value: 73 PRessekontakt, 80 PRessekontakt, 84ø PRessekontakt, 84n Anders Bach Region Midtjylland: 76 US Navy: 90 IRD Fuel Cells A/S: 95 Ticona GmbH: 98 Trykt efter aftale med H2 Logic A/S: 100 © Honda: 101tv Basem Wasef: 101th Steen Jeberg: 109n Foci: 123 Science Photo Library, 164 Science Photo Library Peter Isolata: 125 Lucky Look: 132 Alamy University of Chicago: 174 Trillerich: 175 University of Florida: 176 Max-Planck-Gesellschaft für Förderung der Wissenschaften: 182 H. Lundbeck A/S: 184n Lone Ahlstrøm Larsen/Rasmus Honoré Nielsen: 185ø Jens E. Jakobsen: 185n, 186
Forfattere: Niels Andersen Dorte Ankerfelt Anne Appe Dorte Beck Frank Lisberg Borum Knud Villy Christensen Lars Porskjær Christensen Dorte Lind Damkjær Henrik Falkenberg Jens Ellitsgaard Jakobsen Morten Busch Jensen Jens Kristensen Mikkel Juul Larsen Mette Gade Nielsen Birgir Norddahl Bettina Lund Nørholt Kurt Overgaard Anna Glarbo Tvedegaard Pedersen Lone Schøler Sven G. Sommer Birgitte Lilholt Sørensen Lene Fjerbæk Søtoft
Biotek
12 cases om miljø og teknologisk udvikling
Redaktionsgruppe: Sven G. Sommer (formand) Kurt Overgaard (koordinator) Frank Lisberg Borum Dorte Lind Damkjær Henrik Falkenberg
L&R Uddannelse
Indhold Kapitel
Side Forord
1 2
B ioteknologi og bæredygtig udvikling Kurt Overgaard og Sven G. Sommer B akterier i miljøets tjeneste Birgitte Lilholt Sørensen, Dorte Lind Damkjær og Anna Glarbo T vedegaard Pedersen
3 4 5 6 7 8
5 6
31
Biogas kan reducere drivhusgasudledningen Henrik Falkenberg, Dorte Lind Damkjær og Sven G. Sommer
43
Grøn energi fra biogas Henrik Falkenberg, Birgir Norddahl og Sven G. Sommer
59
Enzymer gør biodiesel grønnere Jens Kristensen, Niels Andersen og Lene Fjerbæk Søtoft
73
Brændselsceller – ren og effektiv elproduktion Mikkel Juul Larsen og Frank Lisberg Borum
87
B irkesaftkoncentrat – skovens hvide guld Mette Gade Nielsen, Lone Schøler og Knud Villy Christensen
106
K onservering af arkæologisk, vanddrukkent træ med keratin Dorte Beck og Dorte Lind Damkjær
121
9
Ammoniakforurening reduceres med ny teknologi Sven G. Sommer
133
Genvinding og genanvendelse af ammoniak fra spildevand og husdyrgødning Anne Appe og Birgir Norddahl
148
Ginseng – en virkningsfuld medicinplante Bettina Lund Nørholt og Lars Porskjær Christensen
164
Ekstraktion af æteriske olier fra oregano Jens Ellitsgaard Jakobsen, Dorte Ankerfeldt og Morten Busch Jensen
181
10 11
12
Om bogens forfattere
198
Emneregister
199
Forord Biotek – 12 cases om miljø og teknologisk udvikling henvender sig specielt til elever, der på stx og htx har valgt faget Bioteknologi A. Bogen kan desuden bruges af elever, der på A- og B-niveau i både kemi og biologi, arbejder med emnerne bioteknologi, biologisk og kemisk produktion, miljøbeskyttelse, fødevareteknologi mm. Bogen kan bruges særfagligt i bioteknologi, biologi, kemi og fysik og ellers bruges tværfagligt i studieretningsklasser, der har to eller flere af fagene bioteknologi, biologi, kemi eller fysik. De enkelte afsnit i bogen kan indgå i AT-forløb mellem både naturvidenskabelige fag indbyrdes og mellem fag tilhørende to forskellige fakulteter. Desuden kan bogen anbefales til alle, der interesserer sig for emnet bioteknologi. Bogen indeholder 12 uafhængige kapitler med cases indenfor emnerne miljø og teknologisk udvikling. Alle kapitler er forsynet med multiple choice opgaver, arbejdsopgaver samt større perspektiverende caseopgaver. Biotek – 12 cases om miljø og teknologisk udvikling er udviklet med udgangspunkt i originalartikler udarbejdet af forskere på SDU, og pædagogisk bearbejdet af erfarne lærere fra stx og htx. Vi har således forsøgt at skabe en genvej mellem forskningens frontlinje og undervisningen i gymnasiet. I udvælgelsen af artiklerne er aktualiteten og anvendelsesaspektet blevet prioriteret højt, således at det ligger lige for at vurdere problemstillingerne i et samfundsmæssigt, miljømæssigt og etisk perspektiv. De forskellige typer opgaver gør, at der i arbejdet med bogen kan anvendes forskellige didaktiske principper og arbejdsformer, hvad enten det drejer sig om projektarbejde eller almindelig klasseundervisning. Vi vil gerne takke Region Syddanmarks uddannelsespulje for økonomisk støtte til udarbejdelsen af bogen, og rektor Steen Hofmann for at have bidraget som koordinator for projektet. Februar 2010 Frank Lisberg Borum, Dorte Lind Damkjær, Henrik Falkenberg, Kurt Overgaard og Sven G. Sommer
1. Bioteknologi og bæredygtig u dvikling
1
Kurt Overgaard og Sven G. Sommer
Bioteknologien er en af grundpillerne i vores civilisation, og bliver en vigtig forudsætning for en bæredygtig fremtid. Bioteknologiske metoder har været anvendt til alle tider. Planteforædling er et klassisk eksempel, som har været grundlaget for landbrugets udvikling gennem mere end 6.000 år. Ved en stadig udvælgelse af planter med bestemte egenskaber har man udviklet afgrøder, der klarer sig bedre og bedre og giver højere og højere udbytter. Utallige af vores daglige forbrugsgoder og mange af industriens og landbrugets produktionsprocesser er baseret på bioteknologiske metoder. Man kan blot nævne mejeriprodukter som ost, smør og yoghurt samt brød, vin og øl, ligesom mange typer medicin er baseret på bioteknologi. Udviklingen af vedvarende energikilder på grundlag af biomasse er et andet vigtigt område, hvor bioteknologien indtager en central rolle.
Nøgleord: Globale udfordringer, bæredygtig udvikling, befolkningstilvækst, miljøbelastning, fødevarer, medicin, fossile brændstoffer, drivhuseffekt, global opvarmning, vedvarende energi.
6
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
Alle tiders biotek Bioteknologi, eller kortere biotek, er en lang række af metoder og teknikker. De er i rivende udvikling, og anvendes i stigende grad inden for både produktions- og procesteknologi, planteforædling samt i forbindelse med forskning og teknologisk udvikling inden for det molekylærbiologiske område. Bioteknologi kom ind i sproget i starten af 1900-tallet. Det skete samtidig med opdagelsen af genernes betydning for arvelige sygdomme, og efter opdagelsen af kromosomerne og DNA’et og den spirende forståelse af mekanismerne omkring arvelighed. I midten af 1900- tallet bestemte man DNA’ets molekylstruktur, og i 1970’erne foretog man de første gensplejsninger i mikroorganismer. Derefter er det gået rigtig hurtigt, og i 2002 fik ris som den første plante kortlagt hele sin arvemasse. Det er grunden til, at man ofte sidestiller bioteknologi med genteknologi – men bioteknologien er et langt bredere felt af metoder og teknologier. Bioteknologi anvendes i dag inden for snart sagt alle områder herunder landbrug, fødevare- og medicinalindustri, sundhedsområdet og miljø- og energiområdet . Vi har med denne bog forsøgt at illustrere bioteknologiens mangfoldighed med en række aktuelle eksempler på bioteknologisk forskning og teknologiudvikling. Du vil kunne læse om projekter inden for landbrugsteknologi, hvor udvikling af en mere miljøvenlig håndtering af husdyrgødningen reducerer miljøpåvirkningen, og muliggør en udnyttelse af gødningens energipotentiale. Der er projekter om fremstilling af CO2-neutrale brændstoffer som biodiesel og biogas, og udvikling af brændselsceller, som drives af brint. Endvidere beskrives nye metoder til mikrobiologisk rensning af forurenet grundvand med henblik på sikring af vores drikkevand, og der præsenteres nye miljøvenlige teknologier til fremstilling af naturprodukter som ginseng, oregano og birkesaft. På den kulturelle front beskrives forsøg med nye metoder til konservering af arkæologisk træ, der f.eks. har stor betydning for bevaring af vikingeskibe og udforskning af vores fortid. Bioteknologiens muligheder synes næsten uendelige. Vi er i princippet ikke blot en del men også et resultat af den, og bioteknologiske metoder er helt centrale for løsningen af vores store globale udfordringer.
Globale udfordringer Den menneskeskabte opvarmning af kloden har de senere år påkaldt sig uhyre stor opmærksomhed, og synes næsten at have flyttet fokus væk fra de andre store og presserende globale udfordringer. De udfordringer, som millioner af mennesker føler på kroppen hver eneste dag – fejlernæring og sult, mangel på drikkevand, dårlige sanitære forhold og vandforurening, sygdomme som HIV/AIDS, malaria og tuberkulose. Det fremføres ofte, at hovedproblemerne for klodens fremtid og en bæredygtig udvikling er
7
1
befolkningstilvæksten, grænserne for fødevareproduktionen, de begrænsede energiressourcer samt forureningen og den globale opvarmning.
1
Løsninger på disse problemer er ikke alene et spørgsmål om teknologi og økonomiske ressourcer. Det er i lige så høj grad et spørgsmål om politisk prioritering og handling både nationalt og internationalt – og fundamentalt set et etisk spørgsmål om fordelingen af verdens ressourcer. Handelsbarrierer og statsstøtte er afgørende hindringer for omfordeling af klodens ressourcer og fremskridt i udviklingslandene.
Bæredygtig udvikling Inden for byggeteknikken er bæreevne eller bæredygtighed klassiske og velkendte begreber med en præcis betydning. Enten kan bjælken bære eller også brækker den. Når vi nu anvender begrebet bæredygtighed om snart sagt alt fra natur og miljø til energi og fødevarer er betydningen mindre præcis – men meningen er god nok. Begrebet blev introduceret for godt 20 år siden, hvor man i FN’s såkaldte Brundtland-rapport fra 1987 definerede bæredygtig udvikling således: ‘En bæredygtig udvikling er en udvikling, som opfylder de nuværende behov uden at bringe fremtidige generationers muligheder for at opfylde deres behov i fare.’ Siden da har man med forskellige beregningsmetoder prøvet at sætte tal på, hvor meget vi belaster miljøet og naturressourcerne, og samtidig hvor meget kloden og miljøet kan “bære”, og hvor langt ressourcerne rækker. Man har defineret begrebet økologisk råderum, som den mængde ressourcer, der kan bruges i dag, uden at fremtidige generationer er hindret adgang til tilsvarende ressourcer og miljøkvalitet. Ressourcer skal her forstås i bred forstand, og omfatter både dyrkningsarealer, vandressourcer samt energi- og råstofressourcer. Man kan sige, at det økologiske råderum er et udtryk for den økologiske bæredygtighed.
8
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
Man bruger også begrebet økologisk fodspor (ecological footprint). Det er et beregningsmæssigt udtryk for, hvor meget de enkelte lande udnytter arealressourcerne især ved landbrugs- og skovdrift og fiskeri, og hvor meget miljøet herved påvirkes som følge af affald og udledning til luften. Den væsentligste udledning er CO2-emissioner. Det økologiske fodspor udregnes på en kompliceret måde i enheden “globale hektar pr. person” (global hectares per person). Det er naturligvis en forenkling af de virkelige forhold og forbundet med betydelig usikkerhed, at udtrykke så komplicerede forhold i et enkelt tal. Og det kræver indsamling og bearbejdning af uhyre mange data, hvis omfang og kvalitet svinger meget fra land til land. Men det er umagen værd, fordi man herved kan sammenligne de enkelte landes belastning af kloden, og hvordan den har udviklet sig og vil ændre sig fremover. I de følgende figurer vises beregninger af det økologiske fodspor for forskellige lande. Det sammenlignes med klodens gennemsnitlige økologiske bæreevne (biocapacity), som her angives til 1,8 “globale hektar pr. person”.
Økologiske fodspor, Globale hektar pr. indbygger, 2003 USA Australien Storbritannien Tyskland Rusland Japan Syd Afrika Malaysia Brasilien Kina Thailand Ægypten Sierre Leone Afghanistan
Verdens gennemsnitlige biokapacitet, per person 0
1 2 3 4 5 6 Bebygget areal Fiskeri Kernekraft Skovdrift CO2 fra fossile brændstoffer
7
8 9 10 Afgræsningareal Dyrkningsareal
Figur 1. Økologisk fodspor (ecological footprint) beregnet for enkeltbidrag og opdelt efter land. Den gennemnsnitlige globale økologiske bæreevne (biocapacity) er beregnet til 1,8 globale hektar pr. person. Ved senere beregninger er der angivet en værdi på 2,1 globale hektar pr. person.
9
1
Figur 2. Landenes økologiske fodspor (ecological footprint).
1 Mere end 5.4 globale hektar per person 3.6–5.4 globale hektar per person 1.8–3.6 globale hektar per person 0.9–1.8 globale hektar per person Mindre end 0.9 globale hektar per person Ikke oplyst
Du kan læse meget mere om disse emner i Miljøstyrelsens Miljøprojekt nr. 433, 1998 og på hjemmesiden http://www.footprintnetwork.org. Her kan man bl.a. se beregninger af de enkelte landes økologiske fodspor og økologiske bæreevne (biocapacity). Danmarks økologiske fodspor i 2005 er beregnet til 8 globale hektar pr. person, og den økologiske bæreevne er beregnet til 5,7. Beregningerne viser, at de industrialiserede landes ressourceforbrug og miljøbelastning generelt er højere end den økologiske bæreevne og meget større end klodens gennemsnitlige bæreevne. Således har USA, de vesteuropæiske lande og Japan afsat enorme økologisk fodspor. Også Kina og Indien har sat enorme fodaftryk, og det skyldes de store befolkninger. Miljøstyrelsens projekt viser i overensstemmelse hermed, at der er behov for væsentlige reduktioner i de industrialiserede landes forbrug af klodens ressourcer, hvis fremtidige generationers livsgrundlag og miljøkvalitet ikke skal forringes. Projektet viser også, at der kun kan produceres fødevarer nok til en befolkning på 9,8 mia. på en bæredygtig måde, hvis der realiseres væsentlige produktivitetsstigninger i udviklingslandene, hvis spildet i fødevareforbruget reduceres, eller hvis fødens andel af kød reduceres, særligt i de vestlige lande.
Befolkningstilvækst Den globale befolkningstilvækst er aftagende både globalt set og i de enkelte verdensdele. I begyndelsen af 1960’erne toppede den globale stigningsrate med 2,2% pr. år. Siden da har vækstraten været faldende, og er nu i 2008 med en befolkning på 6,7 mia. næsten halveret til 1,1% pr. år. FN’s seneste prognoser anslår fortsat faldende vækstrater med et centralt skøn på mindre end 0,4% pr. år i 2050 og en befolkning på 8,9 mia. Man forventer faktisk en stabilisering af jordens befolkning på lidt over 10 mia. efter år 2200.
10
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
Befolkningsudviklingen siden 1750 og prognose frem til 2150 I alle verdensdele forventes en befolkningsstigning helt frem til 2150, med undtagelse af Europa, hvor der ventes et svagt fald. Stigningstakten aftager dog markant. For 2150 forudsiges en vækstrate på kun 0,1%.
Verdens befolkning i milliarder 10 8 6
Udviklingslande
4 2 0
Industrialiserede lande 1750
1850
1800
1900
1950
2000
2050
2100
2150
Befolkningsudvikling 1900-2150 fordelt på kontinenter (millioner) Verden
Afrika
Asien
Europa
Nord Amerika
Latin Amerika
Oceanien
1900
1650
133
947
408
82
74
6
1950
2521
221
1402
547
172
167
13
1999
5978
767
3634
729
307
511
30
2050
8909
1766
5268
628
392
809
46
2150
9746
2308
5561
517
398
912
51
Gennemsnitlige vækstrater (% per år) 5
4
3
2
1
0 Verden
Afrika
Asien
Europe
Nord Amerika
Latin Amerika
-1 1900-1950
1950-1999
11
1999-2050
2050-2150
Oceanien
1
Den fremtidige belastning af klodens ressourcer og miljø vil være afhængig af samspillet mellem disse tre faktorer. Befolkningens faldende vækstrate er en gunstig udvikling for miljøbelastningen. Men den stigende velstand og teknologiudviklingen trækker i hver sin retning i forhold til miljøpåvirkningen. Da det hverken er realistisk og ej heller rimeligt at bremse velstandsudviklingen, vil udviklingen af nye teknologier og bioteknologiske metoder være helt afgørende for, at vi kan skabe en bæredygtig fremtid. I den følgende figur er sammenhængen mellem disse faktorer illustreret. Velstanden er udtrykt som bruttonationalprodukt pr. indbygger. Miljøbelastningen er illustreret ved energiforbrug pr. indbygger og teknologiudviklingen er udtrykt ved CO2-udledning pr. energienhed. Velstand - Energiforbrug - CO 2-udledning
Mt/TJ
Mia. $/mill
6,0
3,7
3,9
4,2
43,2
54,4
59,6
6,0 54,9
58,2
31,4
33,6
4,2
4,4
57,8 4,4
23,1
Mtoe/mill
80,0
8,0
70,0
7,0
60,0
6,0
50,0
5,0
40,0
4,0
30,0
3,0
20,0
2,0
10,0
1,0
0,0
0,0
1,8
2,1
2,2
10,0
2,4
3,0
15,0
60,6
7,3
77,1 54,6
56,9 4,5
46,0
46,2
51,9
25,0
56,7
30,0
60,5
65,2
70,2
35,0
20,0
7,9
40,0
BNP pr. indbygger Mia. $/mill
n
rg e No
A
pa Ja
US
k
e
m ar
Da n
ig
en
Sv er
ni
nd St o
rb
rit
an
la
nd
Fi n
la
ig an kr
Fr
Ty sk
n le
Ko re a
la
Po
sla
nd
Ve n
ez ue
n ni e æ
Ru
Ira
n
m Ru
a Ki n
in e ra
sie ni
Uk
k Ira
In
do
di
en
0,0
n
0,5
0,8
1,2
1,2
5,0
In
1
Befolkningsudvikling, velstand, teknologi og m iljøbelastning Befolkningen størrelse er en af de afgørende faktorer for udnyttelsen af klodens areal- og råstofressourcer og dermed for påvirkningen af miljøet. Jo flere mennesker der er, jo større er ressourceforbruget og miljøbelastningen. De andre faktorer, som bestemmer miljøpåvirkningen er velstandsstigningen og den teknologiske udvikling. I de industrialiserede lande med høj velstand er miljøbelastningen pr. indbygger stor. Samtidig er teknologien veludviklet, og det betyder, at man kan bruge energien mere effektivt. Herudover har man bedre tekniske og økonomiske muligheder for at udvikle miljøvenlige produktionsprocesser og vedvarende energikilder.
CO2 - udledning pr. energienhed Mt/TJ
Energiforbrug pr. indbygger Mtoe/mill
Data fra IEA, 2006 BNP er en forkortelse for bruttonationalprodukt. TPES betyder Total Primary Energy Supply dvs. et lands totale energiforbrug. Mtoe betyder megatonne of oil equivalent og er en energienhed. Mtoe = 41.868 TJ.
12
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
Fødevarer Mangel på fødevarer og fejlernæring er stadig et stort problem. Man kan blot tænke på de tilbagevendende fødevarekriser i Afrika. Man oplever dog ikke længere de helt store hungerkatastrofer, som i starten af 1900-tallet. Det skyldes til dels den såkaldte grønne revolution, som siden 1950’erne har bidraget med mere end en fordobling af planteproduktionen. I samme periode er landbrugsarealet kun blevet forøget med 12%. Den grønne revolution omfattede blandt andet udvikling af nye afgrødesorter. Ris var en af de afgrøder, der herved gav større udbytter. Disse nye rissorter blev skabt på FN’s risforskningsinstitut på Filippinerne, hvor forskere også udviklede dyrkningssystemer baseret på anvendelse af pesticider og handelsgødning samt kunstvanding. Dette var en forudsætning for at udnytte de nye afgrøders høje udbyttepotentialer. Hele grundlaget for denne revolution har været anvendelse af bioteknologiske metoder til planteforædling og udvikling af ny teknologi til produktion af handelsgødning og bekæmpelsesmidler. Anvendelsen af handelsgødning er siden 1950’erne steget med 700%, og det har været en helt afgørende forudsætning for en tilstrækkelig fødevareproduktion. I en undersøgelse fra 2008 vurderes, at handelsgødning bidrager til at brødføde ca. 48% af jordens befolkning. Tidligere stammede al kvælstof til gødskning fra husdyrgødning og kløverplanter, som kan optage frit kvælstof (N2) fra luften og omdanne det til plantetilgængeligt kvælstof. Produktionen af kvælstofgødninger sker på grundlag af den såkaldte HaberBosch proces. Det er en kemisk proces, hvor molekylært kvælstof (nitrogen, N2), som udgør 78% af atmosfæren, fikseres og bindes med brint (hydrogen) ved høje tryk og temperaturer. Herved dannes der ammoniak (NH3), som bruges til fremstilling af gødningen.
13
1
Forbruget af kunstgødning 160
350.000
100
300.000 250.000
80
200.000
60
150.000
40
Industrialiserede lande
/0 4
/9 9
03 20
/9 4
98 19
93
/8 9
Kalium (K2O)
19
/8 4
88 19
/7 9
83 19
/7 4
19
73
78
/6 9
Kvælstof (N)
Udviklingslande
19
/6 4
68 19
/5 9
63 19
/5 4
58 19
53 19
/3 6 35
19
19
48
/0 4
/0 3
03 20
/0 0
02 20
/9 7
99 19
/9 4
96 19
/9 1
93 19
/8 8
19
90
/8 5
87 19
/8 2
84 19
/7 9
81 19
78
/7 6
Verden
19
75 19
19
72
/7 3
0
/6 1
50.000
0
/4 9
100.000
20
60
Forbrug af kunstgødning i Danmark
400.000
120
19
1
450.000
Golbalt forbrug af kunstgødning, millioner tons
140
Fosfor (P2O5)
Figur 3. Udviklingen i forbruget af handelsgødning i verden og i Danmark.
Produktionsprocessen er meget energikrævende, og der bruges store mængder fossile brændstoffer – skønsmæssigt af en størrelse, der svarer til 4-6 gange Danmarks samlede energiforbrug. Prisen på handelsgødning bestemmes derfor af prisen på fossilt brændsel. Hvis der opstår knaphed på fossile energikilder og store prisstigninger, kan det få fatale følger for gødningsproduktionen og dermed for verdens fødevareforsyning. Fosfor er en anden helt nødvendig gødning. De lettere tilgængelige reserver af fosforholdige bjergarter forventes at være opbrugt om 100-130 år. Findes der ikke en løsning på dette problem, vil det også medføre store problemer med at producere tilstrækkelig mad til jordens befolkning.
Udviklingen i verdens fosforreserver 100 80 60 % 40 20 0
1996/97
2000/01
2010/11
2020/21
Mest Sansynligt
2030/31 År 2,0%
2040/41 2,5%
2050/51
2060/61 3,0%
2070/71
Figur 4. Scenarier for udviklingen af de globale reserver af fosfor ved forskellige årlige vækstrater i forbruget.
Effektiv anvendelse af kvælstof og fosfor i husdyrgødning og organisk affald fra husholdningerne er en af løsningerne på gødningsproblemet. Danske landmænd ligger i top fem, når det gælder en effektiv anvendelse af husdyrgødningen i planteproduktionen. I kapitel 10 beskrives det, hvorledes man med bioteknologiske metoder kan trække NH3 (ammoniak) ud af husdyrgødningen og derved producere kvælstofgødninger. Samtidig reduceres miljøproblemerne med udvaskning af nitrat til vandløb og grundvand, som delvis skyldes en dårlig udnyttelse af husdyrgødningen.
14
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
1 Vandressourcer Begrænsede vandressourcer og forurenet vand er et stort problem mange steder i verden og særligt i Afrika. Tørt klima og vanskelige geologiske forhold gør det svært og meget kostbart at finde tilstrækkelige vandforekomster. I kapitel 2 kan du læse om vandets kredsløb, og hvordan nedbør og fordampning er afgørende for, hvor meget grundvand der dannes. Under vandets nedsivning gennem jordlagene sker der en løbende nedbrydning af organiske stoffer. Og denne proces fortsætter i grundvandet. Man kan sige, at jordlagene er naturens eget store rensningsanlæg. Det er forudsætningen for, at vi i Danmark generelt har godt og rent grundvand. Men grundvandet trues af mange forureningskilder. Især olie og benzin og andre organiske forbindelser som f.eks. klorerede opløsningsmidler er et problem. Her er den naturlige mikrobiologiske nedbrydning ofte ikke tilstrækkelig til at beskytte grundvandet, og man bliver nødt til at rense grundvandet. I kapitel 2 beskrives, hvorledes man med nyere metoder ved hjælp af bakterier i en mikrobiologisk proces kan fjerne klorerede opløsningsmidler fra grundvandet. Rensningen sker “in situ”, der hvor forureningen findes.
Olie, kul og naturgas De fossile brændstoffer har været grundlaget for hele den industrielle udvikling, de store teknologiske fremskridt og verdens fødevareforsyning. Omkring 80% af klodens energibehov dækkes af kul, olie og naturgas – det vi kalder fossile brændstoffer. Vi bruger det til alt – fremstilling af elektricitet, brændstof til vores biler og til produktion af snart sagt alle de produkter, vi bruger til dagligt. Men det indgår også i produkterne selv f.eks. plasticprodukter, maling og træbeskyttelsesmidler. I Danmark bruger vi helt overvejende kul på de store kraftværker til produktion af el og fjernvarme. Til opvarmning har naturgas gennem de seneste 20 år vundet stor udbredelse. Men olie, kul og naturgas er begrænsede ressourcer. Før eller siden vil de slippe op. Hvornår er der delte meninger om. Det vil afhænge af det fremtidige forbrug, hvor
15
1 mange ny ressourcer man finder, og hvor effektivt man kan udvinde og udnytte brændstofferne, men måske i højere grad af, hvor hurtigt vi kan udvikle og indføre alternative energikilder til erstatning for de fossile brændsler. Bioteknologiske metoder vil være centrale som grundlag for denne udvikling.
Fossile brændstoffer – et lager af u rgammel solenergi, produceret på klodens eget mikrobiologiske værksted Olie, kul og naturgas er dannet af plantemateriale for millioner af år siden som et resultat af komplekse fysiske og kemiske processer dybt nede i jorden. Meget store kulforekomster blev dannet i den geologiske periode Carbontiden, hvor klimaet var varmt, og der fandtes udbredte sumpområder med frodig plantevækst. Mange planterester er her druknet og senere dækket af ler og sand, som har spærret for ilt. Det har forhindret forrådnelsen af planterne, og i stedet givet mulighed for en langsom omdannelse til tørv og senere brunkul – og under højere tryk og temperaturer er der blevet dannet stenkul.
for en iltfri omdannelse af det organiske stof til olie og gas under høje tryk og temperaturer. Olien og gassen har herefter kunnet bevæge sig langsomt i permeable kalksten og sandsten. Det vi kalder oliefelter eller oliekilder er steder, hvor olien og gassen er blevet “fanget” under lavpermeable fintkornede bjergarter.
Man kan sige, at “naturen” på en raffineret måde har produceret og oplagret urgammel solenergi – kloden har sit eget mikrobiologiske værksted.
Olie og gas er dannet af oceanernes plankton og alger, som er sunket til bunds og blevet dækket af sedimenter, der har givet betingelser
16
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
Fossile brændstoffer er begrænsede ressourcer Fossile brændstoffer vil før eller siden blive opbrugt. Der er dog delte meninger om, hvor hurtigt det vil ske. I den følgende tabel er de globale olie- og gasreserver opgjort som forholdet mellem de kendte forekomster og den årlige produktion. En tilsvarende opgørelse for kul viser en reserve på 122 år. Olie- og gasreserver
1980
1990
2000
2008
667
1003
1105
1258
Olieproduktion, 109 tønder pr. år
23
24
27
30
Oliereserver, år
29
42
41
42
82
126
157
185
1,43
1,9
2,41
3,07
57
64
65
60
Olieforekomster 109 tønder
Gasforekomster, 1012 m3 Gasproduktion, 10 m pr. år 12
Gasreserver, år
3
Baseret på data fra BP Statistical Review of World Energy, som bl.a. bygger på World Energy Council, 2009, OPEC Secretariat, World Oil, Oil & Gas Journal og Cedigaz.
Miljøproblemer og global opvarmning Når vi bruger enorme mængder af fossile brændstoffer skaber det problemer for vores omgivelser. Der udsendes partikler og sod, som forurener luften, hvilket især er et problem i de store byer. Svovlindholdet i kul og olie medfører endvidere en forsuring af nedbøren, der påvirker søer og havområder. Da man efter energikrisen i 1970’erne skiftede fra olie til kul på de store kraftværker i Danmark skabte det også problemer. For at mindske miljøbelastningen måtte man rense røgen, og derved fik man enorme mængder af restprodukter i form af aske og svovlholdige materialer, som skulle deponeres miljømæssigt forsvarligt. Samtidig blev CO2-udledningen øget betragteligt, fordi afbrænding af kul giver langt mere kuldioxid end afbrænding af olie. Afbrændingen af fossile brændsler medfører, at der sendes store mængder af CO2 op i atmosfæren. Vi kortslutter så at sige kulstofkredsløbet, fordi vi “pludseligt” over århundreder frigiver al den CO2, der langsomt over millioner af år er blevet optaget fra atmosfæren og lagret som olie, kul og gas. Herved forskydes strålingsbalancen i atmosfæren. Det øger drivhuseffekten, og bidrager til en global temperaturstigning. Temperaturstigningen har mange konsekvenser. Vandet i oceanerne bliver opvarmet og udvider sig, hvorved havenes vandstand stiger. Grønlands indlandsis og havisen på nordpolen smelter stadig hurtigere, og man mener at ekstreme vejrsituationer bliver hyppigere. Endvidere kan klimabælterne forskydes, og ørknerne kan brede sig. Det kan du læse meget mere om på hjemmesiden www.bionyt.dk, hvor der blandt andet er svar på 500 spørgsmål om klimaforandringerne. I kapitel 3 kan du læse mere om drivhusgasser, og hvordan man med bioteknologiske metoder kan reducere udledningen fra landbruget.
17
1
Den globale temperatur stiger Årlig global middeltemperatur 1850-2009
1
Afvigelse fra normal 1961-1990 0,6
Temp. anormali °C
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 1840
1900
1880
1860
1920
1940
1960
1980
2000
Siden sidste halvdel af 1800-tallet er den globale gennemsnitstemperatur steget omkring 0,7 °C. Temperaturen stiger dog ikke jævnt. Perioder på ca. 30 år med henholdsvis stigende og faldende tendens afløser hinanden, og de seneste 10-11 år har der ikke været nogen stigende tendens. Globale koncentrationer af drivhusgasserne 390
325
Kuldioxid (CO2), ppm
380
320
370
315
360
310
350
305
340
300
330 1978
1982
1986
1800
1990
1994
1998
2002
2006 2010
295 1978
Lattergas (N2O), ppb
1982
390
Metan (CH4), ppb
1986
1990 1994
1998
2002
2006
2010
2006
2010
CFC-11, ppt
CFC-12
380
1750
370
1700
360 1650
350
1600 1550 1978
340
1982
1986
1990 1994
1998
2002
2006
2010
330 1978
1982
1986
1990
1994
1998
2002
Her ses de globale gennemsnitskoncentrationer af drivhusgasserne. 97% af den menneskeskabte drivhuseffekt skyldes disse gasser, og CO2 er den dominerende.
Temperatursvingningerne indtil omkring 1970 skyldes primært variationer i solindstrålingen, men siden da har øgede koncentrationer af drivhusgasser, helt overvejende CO2, bidraget væsentligt til temperaturstigningen. FN’s Klimapanel har beregnet, at den menneskeskabte varmeeffekt (radiative forcing) siden 1750 er øget med 1,6 Wm-2 (90% konfidensinterval: 0,6-2,4). Det er dog kun ca. 1% af den naturlige drivhuseffekt, der angives til omkring 160 Wm-2 og som betyder at jordens gennemsnitstemperatur er ca. 33 °C højere end den ville være uden atmosfære. Den naturlige drivhuseffekt skyldes helt overvejende vanddamp og skyer. Bidraget fra CO2 angives til 9-26% og fra de øvrige drivhusgasser til 5-11%.
18
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
1
Produktion af vedvarende energi Udviklingen og anvendelsen af alle typer vedvarende energikilder er i kraftig vækst verden over. I Danmark er vi godt med. De seneste tal fra 2008 viser, at vedvarende energi nu udgør mere end 17% af det samlede energiforbrug. I de fleste andre industrialiserede lande går udviklingen også hurtigt. Men på verdensplan ser det ikke så godt ud. Vedvarende energi udgør kun omkring 6% af det globale energiforbrug. Bioteknologien bidrager til at reducere vores afhængighed af fossile energikilder.
140
Produktion af vedvarende energi i Danmark
PJ
120 100 80 60 40 20 0
‘80 ‘81 ‘82 ‘83 ‘84 ‘85 ‘86 ‘87 ‘88 ‘89 ‘90 ‘91 ‘92 ‘93 ‘94 ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 ‘06 ‘07
År Vind
Halm
Træ
Biogas m.m.
Affald
Varmepumper
Figur 5. Produktion af vedva rende energi i Danmark fordelt på kilder. 1 PJ (PetaJoule) = 1015 J. 1 kWh = 3,600 MJ. (Energistyrelsen, Energistatistik 2007).
Det er målet, at biodiesel og bioethanol i 2010 skal dække ca. 5% af behovet for transportenergi i Danmark, og at vedvarende energiformer i 2020 skal bidrage med 10% af energien til transport. Du kan læse mere om vedvarende energi på Energistyrelsens hjemmeside og her: http://www.ren21.net (Renewable Energy Policy Network). 19
1
Biodiesel kan fremstilles af planteolier og fedtstoffer. I kapitel 5 kan du læse om, hvorledes enzymer kan bidrage til at optimere produktionen af biodiesel. Enzymer er en vigtig dansk eksportartikel, og to danske firmaer dækker en meget stor del af det globale marked for enzymer til produktion af biodiesel og bioethanol. Enzymer anvendes i et utal af produktioner, og bidrager til, at produktionen bliver mere effektiv og miljøvenlig. Verden over satses der kraftigt på udvikling af el-biler. Et af problemerne er, at de eksisterende batterityper er tunge, og kun kan lagre energi til relativt korte køreture. Et alternativ til disse batterier er en brændselscelle, som drives af lagret brint. Brændselscellen er mere effektiv end batterierne, og forventes at blive en vigtig del af den fremtidige el-forsyning blandt andet i bilerne. I kapitel 6 er denne type brændselsceller detaljeret beskrevet. Brinten til brændselscellen kan produceres i biogasreaktorer. Dels kan man hente brint (H2) direkte ud af biogasprocessen, og dels kan hovedproduktet methan benyttes som brintkilde. I dag benyttes gassen fra biogasanlæg til el- og varmeproduktion. Energien er CO2- neutral i sig selv, fordi den producerede CO2 stammer fra planter, og den vil igen fra luften blive optaget af planter. I kapitel 4 redegøres der for, hvorledes biogas produceres. Og i kapitel 3 beskrives, hvorledes biogas fra husdyrgødning kan bidrage til at reducere udledning af CO2. Havets store produktion af biomasse i form af alger kan i fremtiden blive en vigtig energikilde, og kan dermed bidrage til erstatning af fossile brændsler. Det er især mikroalger, man i den forbindelse har fokus på. Men større alger kan også blive vigtige energikilder. I et spændende dansk projekt vil man undersøge, hvilke muligheder der er ved anvendelse af søsalat til fremstilling af alternativ energi.
20
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
Alger kan erstatte fossile brændsler og reducere CO2-udledningen Et spændende dansk projekt med søsalat (Ingeniøren, 04.01.2008) Søsalaten fordobler sin vækst på to til tre dage, og 50-60 procent af tørstoffet er kulhydrater. Det betyder, at algen er ideel som råvare til fremstilling af bioethanol. Ved projektet skal man blandt andet teste og optimere algens indtag af CO2 i vækstprocessen. Det har nemlig vist sig, at CO2 kan stimulere væksten. Under de rette vilkår regner man med at kunne producere 100-1500 ton tørstof pr. ha eller omkring 10 gange mere end med korn og halm. Man starter med dyrkningsforsøg i laboratoriet , og derefter flyttes dyrkningen ud til store tanke i tilknytning til et kraftvarmeanlæg. Man vil undersøge søsalatens egnethed i en bioethanolproces, ligesom man vil prøve at udnytte restproduktet til fremstilling af biogas. Man skal også teste høst- og tørringsmetoder for den vandholdige afgrøde, og undersøge mulighederne for fremstilling af fast brændsel – for eksempel som fiberpiller – der kan anvendes som brændstof i et kraftværk. Placeringen ved et kraftværk betyder, at der med røggassen kan leveres CO2 til dyrkningsbassinerne, og måske også varme til dyrkningen om vinteren. Perspektivet er meget spændende. Der er muligheder for store udbytter og en symbiose med et kraftværk, hvorfra CO2 kan udnyttes og derved reducere udledningen. Og kan der produceres bioethanol og biogas samt brændsel i form af fiberpiller, kan man erstatte fossilt brændsel og derved også reducere CO2-udledningen.
Kemiteknologi og naturstofkemi Fødevarer, naturprodukter og medicin Kemiteknologi og naturstofkemi er grundlaget for forarbejdning af mange naturlige råvarer, med henblik på fremstilling af fødevarer, naturprodukter og medicin. En af de store svøber i troperne er sygdomme. Spredning af sygdomme kan begrænses gennem forbedret hygiejne og adgang til rent vand. Derudover er der også et stort behov for produktion af billigere medicin. Naturstofkemi er en gren af bioteknologien, som bidrager til at finde nye råvarer til fremstilling af medicin, og også til fremstilling af ny medicin ud fra planteudtræk. Medicin er ofte udviklet på baggrund af kendskab til den helbredende virkning af planter. Det er kendt, hvorledes man ved at tygge pil kan reducere hovedpine og muskelsmerter. Pil indeholder nogle naturstoffer, der er kemisk nært beslægtet med acetylsalicylsyre, og som har lignende medicinske virkninger. Acetylsalicylsyre er syntetisk fremstillet, og er det virksomme stof i mange hovedpinepræparater. Malariatabletter blev udviklet på baggrund af kendskabet til kinin, som af de sydamerikanske Quechua-indianere blev udvundet af barken fra træet Cinchona. I asien har ginsengroden været anvendt i den traditionelle medicin i over 2000 år.
21
1
Den benyttes mod diabetes, hjertekarsygdomme og kræft samt til at styrke immunforsvaret.
1
I kapitel 11 beskrives baggrunden for ginsengrodens sundhedsfremmende egenskaber, og hvorledes man bedst kan udtrække og analysere for de aktive stoffer i ginsengroden. Naturstofkemien kan også anvendes til at trække værdifulde organiske forbindelser ud af plantemateriale. I kapitel 12 kan du læse om, hvorledes man kan trække forbindelsen carvacrol ud af oregano. Carvacrol er en antioxidant, der er bakterieog svampedræbende, og dermed har en række gunstige virkninger på helbredet. Imidlertid begynder nedbrydningen af carvacrol i det øjeblik oregano høstes på marken. Derfor har man forsket i at udvikle bioteknologiske metoder, der kan bidrage til fremstilling af carvacrolholdige produkter med et så højt udbytte som muligt. Det sker ved at stabilisere carvacrol hurtigst muligt efter høsten. Den nye ekstraktionsteknologi er beskrevet i kapitel 12. I kapitel 7 beskrives, hvorledes man med ny anvendelse af kendt teknologi kan producere sukkerkoncentrat af birkesaft. Perspektivet her er, at træerne for f.eks. befolkningen i Himalaya kan blive en vigtig ressource. Det vil også betyde, at man vil søge at beskytte træerne og undlade skovning, hvorved problemer med bjergskred og erosion mindskes. I kapitlet vises, hvorledes kendte energieffektive metoder kan anvendes på en ny måde til opkoncentrering af sukkeret i birkesaften. En spændende vinkel på anvendelsen af bioteknologiske metoder kan du læse om i kapitel 8. Det handler om konservering af arkæologisk træ fundet under vand som f.eks. vikingeskibe. Nye undersøgelser tyder på, at keratin udtrukket fra andefjer (restprodukt fra dyneproduktion), kan blive et nyt effektivt konserveringsmiddel. Keratin er et protein, der findes i dyrs beskyttelseslag f.eks. hud, hår, negle og fjer. Det kan binde sig til træets lignin og derved næsten bevare træets oprindelige volumen og form.
22
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
LINKS http://www.mst.dk http://www.geus.dk
http://www.ens.dk
http://www.iea.org
http://www.bionyt.dk
http://www.un.org
http://www.ren21.net
Miljøstyrelsen. Her findes rapporter om miljøforhold og forurening.
Danmark og Grønlands Geologiske Undersøgelse. Her findes bl.a. oplysninger om jordlag, grundvand og vandressourcer.
Energistyrelsen. Her finder du bl.a. årlige energistatistikker med data for produktion og forbrug af energi og CO2-udledning fordelt på sektorer og kilder.
Det Internationale Energi Agentur. Her findes bl.a. globale data for produktion og forbrug af energi og CO2-udledning.
Biologisk Nyt. Tidsskriftets hjemmeside har rigtig mange oplysninger om biologiske emner herunder om konsekvenser af klimaforandringer.
FN’s hjemmeside. Indeholder et væld af informationer om befolknings mæssige og humanitære forhold samt data og prognoser for den globale udvikling.
Renewable Energy Policy Network for the 21st Century. Her findes mange informationer om udviklingen af vedvarende energikilder og årlige statusrapporter.
http://www.footprintnetwork.org Global Footprint Network. Her findes bl.a. landenes økologiske fodspor (ecological footprint) og økologiske bæreevne (biocapacity) og beregningsgrundlaget. http://europa.eu/abc/keyfigures/index_da.htm EU’s hjemmeside med nøgletal og fakta. Blandt meget andet findes her oplysninger om bl.a. befolkning, forskning, energi og miljø.
23
1
1
MC OPG AVER 1. Hvorfor er anvendelse af biogas fra biogasanlæg CO2-neutral? a) Der produceres ikke CO2. b) Energien er ren. c) CO2 fra biogasanlæg indgår i en cyklus med planteproduktion. 2. Figur 3 viser, at gødningsforbruget er faldet i Danmark. Hvad skyldes det? a) Planteproduktionen er blevet mindre. b) Dyrkningsarealerne er blevet mindre. c) Man har udnyttet kvælstoffet i husdyrgødning bedre. 3. Hvad er en vedvarende energikilde? a) En ubegrænset energikilde. b) En energikilde, der løbende fornys. c) En energikilde, man har brugt altid. 4. Hvorfor stiger havenes vandstand, når den globale temperatur s tiger? a) Havstrømmenes hastighed øges. b) Nedbøren er blevet større. c) Havenes vand udvider sig. 5. Hvilken drivhusgas bidrager mest til den naturlige drivhuseffekt? a) CO2 (kuldioxid). b) H2O (vanddamp). c) NH3 (ammoniak). 6. Hvilken af følgende enheder er et mål for energieffekt? a) MJ (megajoule). b) kWh (kilowatttime). c) MW (megawatt).
24
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
A r b e j d sopgaver 1. Hvad betyder det, at en befolkningstilvækst er henholdsvis lineær og eksponentiel? Hvordan fremtræder det på en kurve i et diagram, hvor akserne har lineær skala, og i et diagram hvor aksen med befolkningstallet har logaritmisk skala? 2. Beskriv den globale befolkningsudvikling siden 1750 blandt andet med udgangspunkt i besvarelsen af det foregående spørgsmål. 3. Hvordan påvirker befolkningsudviklingen klodens miljøbelastning? 4. Hvilken andre faktorer har især betydning for miljøbelastningen? 5. Diskuter det globale forbrug og reserverne af olie og naturgas siden 1980. Hvilke forskelle ses der for de to brændstoffer? 6. Den menneskeskabte drivhuseffekt er beregnet til 1,6 Wm-2. Hvor stort et areal skal man med denne energieffekt bruge for at holde lys i en 60W pære? 7. Vis hvorledes man omregner fra KWh til Joule. 1 KJ = 2,778 · 10 -4 KWh. 8. Hvad regner man med, der er den væsentligste årsag til den globale temperaturstigning? 9. Med hvilken vedvarende energikilde producerer man mest energi i Danmark? 10. Hvad karakteriserer den grønne revolution inden for landbruget? 11. Hvorfor er det så vigtigt med kvælstof og fosfor ved planteproduktion, og hvordan skaffer man disse stoffer? 12. Hvordan har den grønne revolution påvirket miljøbelastningen, herunder CO2-udledningen? 13. Hvorfor er der så stor forskel på de enkelte landes “økologiske fodspor”? 14. Diskuter begrebet “bæredygtig udvikling” blandt andet på baggrund af det økologiske fodspor.
25
1
1
Fossile brændstofressourcer er skævt fordelt på kloden Forekomsten af fossile brændstoffer er meget skævt fordelt mellem landene. Omkring 64% af verdens største oliekilder og 33% af gasfelterne findes i mellemøsten. Knap 40% af de største gasfelter ligger i Rusland. Næsten 90% af verdens kendte olieforekomster findes i kun 10 lande, og mere end 60% findes i mellemøsten (afrundede procenter):
CASE opgave 1
Saudi-Arabien
25%
Tidligere Sovjetunion
23%
Iran
11%
USA
23%
Forenede Arabiske Emirater
9%
Kina
12%
Kuwait
9%
Australien
9%
Iraq
9%
Indien
8%
Venezuela
7%
Tyskland
7%
Tidligere Sovjetunionen
6%
Sydafrika
6%
Mexico
5%
USA
3%
Libyen
3%
Op mod 90% af verdens kendte kulforekomster findes i kun 7 lande, og knap 60% findes i det tidligere Sovjetunionen, USA og Kina (afrundede procenter):
S p ø rgsm å l 1. Hvilken betydning kunne det have for landenes anvendelse af brændstoffer? 2. Hvordan kunne det påvirke landenes CO2-udledning? 3. Hvordan påvirker det markedsforholdene og priserne på brændstoffer? 4. Hvordan har det påvirket EU-landenes energipolitik herunder Danmarks? 5. Hvilken indflydelse har det haft for Amerikansk og Russisk udenrigspolitik? 6. Hvilken økonomisk og politisk betydning har det internationalt?
26
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
CASE opgave 2
Mad i maven eller brændstof til bilen? Verden står over for et dilemma i forbindelse med anvendelse af biobrændstoffer. Er det rimeligt at bruge dyrkningsarealerne til energiafgrøder for at få brændstof til vores biler, når millioner af mennesker er underernærede? Hvordan sikrer vi en høj levestandard til alle i verden uden at øge drivhuseffekten og samtidig sikre en bæredygtig udvikling? I vores del af verden kan vi både få mad og brændstof. Men klodens ressourcer er begrænsede. Det mærker vi sjældent i den industrialiserede del af verden, men det gør de 905 millioner mennesker [FAO, 2006], som er underernærede. Vores livsstil medfører forbrug af store mængder fossile brændstoffer til transport, opvarmning, elektricitet og produktion af forbrugsvarer. Samtidig bliver reserverne af fossile brændsler mindre, og vi påfører kloden en forøget drivhuseffekt. Det påvirker vores livsbetingelser og verdens fødevareproduktion. Hvad gør vi ved det? Der bliver arbejdet på mange fronter med udvikling af vedvarende energikilder. Et eksempel er at dyrke energiafgrøder til biobrændstof. Men det er ikke nødvendigvis en god løsning, fordi der bruges dyrkningsarealer, som ellers kunne bruges til produktion af fødevarer. Endvidere skal der bruges meget energi for at omdanne biomassen til biobrændstof. Der blev i 2003 på verdensplan produceret 104 milliarder kg planteolie til 6,5 milliarder mennesker. I USA bruges i gennemsnit 26 kg år-1 pr. indbygger, i EU 15 kg år-1 pr. indbygger. Men i Etiopien bruges kun 1 kg år-1 pr. indbygger [FAO 2003].
S p ø rgsm å l 1. Hvis planteolien blev fordelt ligeligt i hele verden, hvor mange kg planteolie ville indbyggerne i Etiopien så kunne bruge (kg år-1 pr. indbygger)? 2. Hvor meget skulle den globale produktion af planteolie øges absolut (kg år-1) og relativt (%), hvis alle i hele verden skulle have mulighed for at bruge lige så meget planteolie som indbyggerne i USA? 3. H vis vi alle i verden kun brugte planteolie som indbyggerne i Etiopien, hvor meget ville der så globalt set være i overskud absolut (kg år-1) og relativt (%)? 4. D iskuter på baggrund af ovenstående, hvordan vi skal prioritere dyrkningsarealerne til produktion af føde og foder samt energiafgrøder.
27
1
1
Økonomisk udvikling Der er gennem de sidste 50 år givet mange milliarder til fattigdomsbekæmpelse i tredieverdenslande. I østen er der sket en udvikling, så lande som bl.a. Indien, Malaysia, Thailand og Kina er blevet økonomisk stærke og ikke længere hærges af hungersnød. En række afrikanske og mellemamerikanske lande har ikke oplevet den samme økonomiske vækst. I 1950 var bruttonationalproduktet (BNP) 800 $ pr. indbygger i Thailand og 400 $ i Tanzania. I 2008 var de tilsvarende tal 3847 $ i Thailand og 468 $ i Tanzania (Verdensbanken, 2009).
S p ø rgsm å l 1. Beskriv udviklingen i bruttonationalproduktet i Thailand og Tanzania. 2. Var udgangspunktet væsentligt forskelligt for de to land? 3. Fra slutningen af år 2000 har der været en diskussion om handelshindringer og statsstøtte til en række produkter, som også produceres i tredieverdenslande. Hvilke varer er der især tale om? 4. Diskuter logikken i at fastholde disse handelshindringer i relation til EU’s ønske om at bidrage til udviklingen i tredieverdenslande? 5. Hvilke tredieverdenslande nyder godt af, at handelshindringer er fjernet for en række af deres produkter, og hvorledes er disse lande historisk knyttet til bestemte EU-lande?
28
CASE opgave 3
Bioteknologi og bæredygtig udvikling
CASE opgave 4
Ressourcebelastning og bæredygtighed Det økologiske fodspor (ecological footprint) er et udtryk for belastningen af naturressourcerne især landbrugsarealer og skove samt miljøbelastningen herunder især CO2-udledningen. Biokapaciteten (biocapacity) er et udtryk for den økologiske bæredygtighed.
Danmarks økologiske fodspor og biokapacitet 12.0
Globale hektar pr. indbygger
10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 ‘61
‘65
‘69
‘73
‘77
‘81
‘85
‘89
‘93
‘97
‘01
‘05
Biokapacitet
Økologisk fodspor
Sveriges økologiske fodspor og biokapacitet 16.0
Globale hektar pr. indbygger
14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 ‘61
‘65
‘69
‘73
‘77
‘81
‘85
‘89
Økologisk fodspor
2.5
‘93
‘97
‘01
‘05
‘01
‘05
Biokapacitet
Kinas økologiske fodspor og biokapacitet Globale hektar pr. indbygger
2.0
1.5
1.0
0.5
0
‘61
‘65
‘69
‘73
‘77
‘81
‘85
Økologisk fodspor
29
‘89
‘93
‘97
Biokapacitet
1
S p ø rgsm å l
1
1. Diskuter hvorfor Danmarks økologiske fodspor (globale hektar pr. person) er større end Kinas og Sveriges? 2. Diskuter hvorfor Kinas økologiske fodspor (globale hektar pr. person) er væsentligt mindre end både Danmarks og Sveriges? 3. Hvilket land havde i 2005 det største totale økologiske fodspor (globale hektar), Danmark eller Sverige? (brug informationerne i figuren). 4. Diskuter hvorfor det økologiske fodspor i Danmark og Sverige viser en faldende tendens? 5. Diskuter hvorfor det økologiske fodspor i Kina har en stigende tendens? 6. Beskriv hvert af landene og forskellene mellem dem med udgangspunkt i begrebet økologisk bæredygtighed. 7. Giv din vurdering af, om landene kan forventes at være økologisk bæredygtige i 2020.
30