Kernenergie en opwarming van de atmosfeer.

[ONE]

Jarenlang heeft men de kern-fusie gezien als DE oplossing voor het energie probleem van de mensheid.
Elk weldenkend mens weet toch dat de opgewekte / verkregen / bekomen energie uiteindelijk allemaal als warmte
in de atmosfeer zal terecht komen.
Ook bij kern-splitsing trouwens.
Dit staat toch haaks op de inspanningen van de mensheid om de opwarming van de atmosfeer te proberen te beperken.
Ok, er komt bij kern-energie in principe geen CO2 vrij, maar dat weegt toch niet op, denk ik, tegen het bovenstaand feit.
Waar zijn wij mee bezig ?
Moet de mensheid die geld-verslindende projecten voor kern-fusie niet dringend stopzetten en massaal geld spenderen aan energie opwekking /omzetting van straling (van de zon) en luchtverplaatsing ( wind) en andere alternatieven, zoals geothermie enz ..
Zie ik het verkeerd ?

[Xilvo]

Die vrijkomende warmte, of het nu bij gebruik van fossiele energie is of bij gebruik van kernenergie, is het probleem niet. Die bijdrage is te verwaarlozen.
Het probleem bij fossiele energie is de uitstoot van CO₂. Die zorgt dat binnenvallende energie door zonlicht minder makkelijk als warmtestraling weer het heelal in verdwijnt waardoor het klimaat opwarmt.

[Math-E-Mad-X]

Ok, er komt bij kern-energie in principe geen CO2 vrij, maar dat weegt toch niet op, denk ik, tegen het bovenstaand feit.

Jawel, dat weegt er dus wel tegenop, zoals Xilvo hierboven ook opmerkt.

[ONE]

Ok,
Is de gezamelijke menselijke energie productie (per dag) dan maar een "fractie" van de uitgestraalde energie (per dag) van de atmosfeer naar het heelal.
En, oh ja, beperkt het toenemende CO2 gehalte in de atmosfeer ook de "invallende" energie van de zon in onze atmosfeer ?

[Xilvo]

Is de gezamelijke menselijke energie productie (per dag) dan maar een "fractie" van de uitgestraalde energie (per dag) van de atmosfeer naar het heelal.

Het is een minieme fractie van de energie van het ingestraald zonlicht. En dus ook een even minieme fractie van de uitgestraalde energie.

En, oh ja, beperkt het toenemende CO2 gehalte in de atmosfeer ook de "invallende" energie van de zon in onze atmosfeer ?

Nauwelijks, dat is nu net de crux.

[Jan van de Velde]

Ok,
Is de gezamelijke menselijke energie productie (per dag) dan maar een "fractie" van de uitgestraalde energie (per dag) van de atmosfeer naar het heelal.

vanuit de zon gezien is de aarde een schijf met een straal van 6,37⋅10⁶ m²
oppervlakte (πr²) van die schijf dus 1,422⋅10¹⁴ m²
1300 W zonne-energie per m² komt bovenin onze atmosfeer aan
dat is per etmaal dus 24 x 1300 x 1,422⋅10¹⁴ = 4,44⋅10¹⁸ Wh = 4 440 000 TWh ontvangen energie
al die energie wordt ook weer uitgestraald, zo blijft de aarde op een constante temperatuur.

in 2017 produceerden we met zijn allen met alle bronnen op jaarbasis 162 494 TWh (inclusief afvalwarmte)
https://en.wikipedia.org/wiki/World_ene ... n#Overview
per etmaal is dat dus 162 494 : 365 = 445 TWh/etmaal
dat is dus ruwweg 1 promille van wat we van de zon krijgen.
EDIT>>> 0,1 promille

Dat mogen we een "fractie" noemen. De gemiddelde temperatuur op aarde hoeft niet significant omhoog om die extra 0,1 promille ook uit te stralen.

[ONE]

Mooi, mooi, mooi, cijfers zeggen meer dan woorden. Dank U.
Oh ja, waarom houd de ongewilde CO2 ook niet een deel van de zonnestraling (opwarming van de aarde / atmosfeer tegen ?
Het is gewoon in de omgekeerde richting / zin.

[Jan van de Velde]

Er wordt ook ongeveer een kwart van de inkomende straling gereflecteerd en geabsorbeerd in de atmosfeer. Van de 1300 W/m² die invalt, haalt maar ongeveer 1000 W/m² het aardoppervlak (op een onbewolkte dag) .

Maar het grootste deel van de zonnestraling die ons bereikt is geen infrarood. Wat de aarde uitstraalt wel. En dat is nou juist het stralingsgebied waar (zg broeikas-) gassen als methaan, waterdamp en CO₂ gevoelig voor zijn.

[Michel Uphoff]

dat is dus ruwweg 1 promille van wat we van de zon krijgen

per etmaal dus ... 4 440 000 TWh
per etmaal is dat dus ... 445 TWh

0,1 promille dus. Een tienduizendste slechts.

Het is gewoon in de omgekeerde richting / zin

Nee, het heet niet voor niets een broeikasgas. Een broeikas krijgt een hogere binnentemperatuur dan de omgeving doordat het glas de kortgolvige stralingsenergie (licht, UV) van de Zon doorlaat. Die energie warmt de inhoud op en wordt als langgolvig (IR, warmtestraling) licht weer uitgestraald door dat interieur. Maar warmtestraling wordt deels geblokkeerd door glas (het is een vrij goede warmte-isolator) en de warmte blijft dus deels binnen, totdat de temperatuur binnen zo hoog opgelopen is dat er een evenwicht tussen in- en uitstraling ontstaat. De CO2 in de atmosfeer zorgt voor eenzelfde effect.

[Jan van de Velde]

Maar warmtestraling wordt deels geblokkeerd door glas (het is een vrij goede warmte-isolator)

Dat is de grote misvatting in dit geval, want "broeikaseffect" is een misnomer. De twee principes zijn niet vergelijkbaar. Een tuinderskas werkt op basis van het verhinderen van stroming van (opge)warm(d)e lucht. Niet op basis van infrarood dat door glas wordt weerkaatst, want 90% van het nabij IR (laten we zeggen tot 2500-3000 nm) wordt gewoon doorgelaten.

https://physics.stackexchange.com/quest ... -radiation

Dat is ook de reden dat HR+ dubbel glas in woningen en zo wordt voorzien van IR-reflecterende coating, om uitstraling van IR naar buiten te verminderen.

De enige overeenkomst tussen de atmosfeer"broeikas" en de tuinders"broeikas" is dat ze warmte vasthouden. De verhinderde vorm van warmtetransport is een geheel andere.

[Michel Uphoff]

Een tuinderskas werkt op basis van het verhinderen van stroming van (opge)warm(d)e lucht. Niet op basis van infrarood dat door glas wordt weerkaatst, want 90% van het nabij IR (laten we zeggen tot 2500-3000 nm) wordt gewoon doorgelaten.

Het verschil tussen instraling (piek zonlicht op 0,5 μm) en uitstraling (rond 10 μm bij 27 graden) door glas is m.i. wel degelijk oorzaak voor het opwarmen van een kas of de atmosfeer. Het effect is hetzelfde zoals ik schreef, er ontstaat 'onder de stolp' een hogere temperatuur door de nieuwe in- en uistralingsbalans. Ik ben het niet eens met jouw stelling dat het verhinderen van de luchtstroom de oorzaak is van een hogere temperatuur in de kas. Het is de IR isolerende eigenschap van glas, vooral in de wat lagere temperatuurrange zeg eens bij 5 micron en langere golven die zorg draagt voor de opwarming in een kas. Kijk maar eens naar een IR foto van mensen. Als die een bril dragen, is het daarachter nagenoeg zwart:

Image1 4310 keer bekeken

Bron: Herscheltelescope

Bron: Wikimedia

Ik denk ook dat dit met wat eenvoudige proefjes is vast te stellen:
1: We hangen een stalen kogel met een temperatuur van zeg eens 100 graden aan een draadje, en meten het tempo van afkoeling.
2: We zetten er een glazen stolp omheen, en meten nogmaals
3: We herhalen dit maar nu wordt de stolp vacuüm gezogen
4: In plaats van een glazen stolp gebruiken we een matzwarte van aluminium of staal

Ik denk dat we per situatie het volgende gaan zien:
ad 1: De kogel koelt af door convectie en door uitstraling, nauwelijks door geleiding. We plotten de afkoelcurve.
ad 2: Hier koelt het langzamer af dan bij 1, daarover zijn jij en ik het eens, maar niet over de oorzaak. Ik houd vol dat het glas minder transparant is voor IR waardoor de afkoeling trager gaat. En in de plot zouden we kunnen zien dat de isolerende eigenschappen van het glas groter worden naarmate de kogel afkoelt (de IR golflengte toeneemt). We zouden een zichtbaar verschil met de curve van 1 moeten zien. Jij stelt dat het door het verhinderen van een luchtstroom (dus minder convectie) komt.
ad 3: We zullen naar mijn mening t.o.v. 2 vrij weinig verschil meten, en nog steeds koelt de kogel trager af dan in de open lucht, want nu kan de energie alleen via IR uitgestraald worden. Er is hier geen luchtstroom die verhinderd kan worden, de isolatie kan alleen maar ontstaan door de IR straling isolerende eigenschap van het glas.
ad 4: Ik verwacht vrijwel hetzelfde afkoeltempo als bij 1, want metaal geleidt i.t.t. glas warmte prima. Toch is hier de luchtstroom evenveel gehinderd als bij 2.

Dus wil ik niet van een misnomer spreken, want het onderliggende fysische principe (verschil in transparantie voor verschillende golflengten) is m.i. hetzelfde.

[Jan van de Velde]

voor een groot deel van dat blackbody-spectrum bij 300 K is gewoon glas nagenoeg transparant, zie ingekleurde deel (tot 2500 nm) van die kromme:

en verder treedt die opwarming ook op onder gewone PE folie

terwijl PE voor IR nagenoeg transparant is, zoals deze IR-foto genomen door een zwarte vuilniszak laat zien:

De factor die je denk ik bij die bril niet moet uitvlakken is dat er daar een paar mm dik glas voor je ogen zit dat zelf een aanmerkelijk lagere temperatuur heeft dan de ogen erachter. De weergeven kleurschakeringen op een IR foto beslaan ook maar een heel klein gebied, wat al gauw de illusie geeft dat er grote verschillen zijn.

Te stellen dat IR niks te maken heeft met opwarming onder glas was te bruut gezegd denk ik. Maar dat dat dè factor is, dat toch zeker niet.

[Marko]

Het IR absorptiespectrum van PE:

En dat van CO₂, een bekend broeikasgas.

Dus ik zou niet zomaar willen beweren dat PE nagenoeg transparant is in het IR gebied.
NaCl is dat ook niet trouwens:

Waarom ik NaCl noem: de bewering dat broeikassen niet werken op basis van absorptie van uittredende straling komt vaker voorbij maar is in de meeste gevallen terug te voeren op (onder andere) dit artikel uit 1909: https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10. ... 0208636602

Die is niet zomaar toegankelijk dus ik zal de betreffende passage delen:

To test the matter I constructed two enclosures of dead black cardboard, one covered with a glass plate, the other with a plate of rock-salt of equal thickness. The bulb of a thermometer was inserted in each enclosure and the whole packed in cotton, with the exception of the transparent plates which were exposed. When exposed to sunlight the temperature rose gradually to 65 ~ C., the enclosure covered with the salt plate keeping a little ahead of the other, owing to the fact that it transmitted the longer waves from the sun, which were stopped by the glass. In order to eliminate this action the sunlight was first passed through a glass plate. There was now scarcely a difference of one degree between the temperatures of the two enclosures. The maximum temperature reached was about 55 ~ C. From what we know about the distribution of energy in the spectrum of the radiation emitted by a body at 55 ~ it is clear that the rocksalt plate is capable of transmitting practically all of it, while the glass plate stops it entirely. This shows us that the loss of temperature of the ground by radiation is very small in comparison to the loss by convection; in other words that we gain very litlle from the circumstance that the radiation is trapped.

2 dozen, een afgedekt met glas en een afgedekt met een plaat van zout. En allebei worden ze even warm. En omdat het glas "alle" straling tegenhoudt en zout "vrijwel alle" straling doorlaat moet de conclusie wel zijn dat de opwarming komt door het wegnemen van convectie.

Maar daar valt dus wel wat op af te dingen. Want zout houdt wel degelijk een behoorlijk deel en een relevant deel van de uittredende straling tegen.

Ik zou zelfs geneigd zijn om te zeggen dat als de absorptie van IR door de broeikas níet relevant of significant is, er sowieso geen zodanige opwarming zou zijn dat er warmte afgevoerd kán worden door convectie. Want waar moet die opwarming vandaan komen als de wanden net zoveel straling tegenhouden als de lucht eromheen?

Maar goed, na dit houtje-touwtje experiment met dito interpretatie gaat de betreffende auteur gaat zelfs zo ver om het volgende te beweren:

Is it therefore necessary to pay much attention to trapped radiation in deducing the temperature of a planet as affected by its atmosphere ? The solar rays penetrate the atmosphere, warm the ground which in turn warms the atmosphere by contact and by convection currents. The heat received is thus stored up in the atmosphere, remaining there on account of the very low radiating power of a gas. It seems to me very doubtful if the atmosphere is warmed to any great extent by absorbing the radiation from the ground, even under the most favourable conditions.


Hij had eens moeten weten...

Hij sluit zijn verhaal overigens af met de opmerking dat hij zich er allemaal niet heel erg in verdiept heeft. Tja.

Maar goed, waar het mij om gaat: het kan best dat tegengaan van convectie het belangrijkst is. Maar de argumenten ervoor overtuigen mij nog niet. Als er een bron is met een beter onderbouwd verhaal hou ik me aanbevolen.

[Jan van de Velde]

de rest moet ik nog eens even goed naar kijken, maar deze vind ik onduidelijk:

Ik zou zelfs geneigd zijn om te zeggen dat als de absorptie van IR door de broeikas níet relevant of significant is, er sowieso geen zodanige opwarming zou zijn dat er warmte afgevoerd kán worden door convectie. Want waar moet die opwarming vandaan komen als de wanden net zoveel straling tegenhouden als de lucht eromheen?

Wat bedoel je met "door de broeikas"?
Door het glas ervan, of de broeikas als geheel, dwz de grond en zo in die broeikas?
Want ik bestrijd niet dat er energie door het glas de broeikas binnenkomt, in de vorm van een groot deel van het zonnespectrum, inclusief zichtbaar licht

Maar dan, de grond in die broeikas absorbeert in dat gehele spectrum. Daardoor wordt de temperatuur van die grond (en daarna de lucht erboven) hoger.

Waar het om gaat is hoe die warmte de broeikas weer verlaat. Dat zit deels in convectie, deels in IR-straling. De discussie gaat nu over de aandelen van convectie en straling.

[Xilvo]

In het eerste plaatje van Jan [uncoated low iron glass] laat het gewone glas weinig meer door boven de 4 μm.
In zijn tweede plaatje (met het ingekleurde deel van het spectrum) ligt de grens bij 25 μm.

Dat lijkt me een vergissing. Als de grens echt bij 4 μm (of 2,5 μm) ligt, dan zou het glas vrijwel alle warmtestraling binnenhouden.