Teknosfären
Joakim Krook
som gruva
Docentföreläsning
2012-01-25
1
Industriell ekologi
Industriell ekologi
HUR?
”An industrial ecosystem where the consumption of
material and energy is optimized, waste generation
is minimized and the effluents of one process serve
as the raw material for another process”.
(Frosch and Gallopoulos, 1989)
Industriell
symbios
VAD?
Industriell
metabolism
Systemperspektiv
Systemanalytiska verktyg används för
att identifiera och kvantifiera
miljöpåverkan från samhällets flöden
av material och energi
Studier av processer för bättre samverkan
mellan aktörer med syftet att öka utbytet
av material, energi och information
dem emellan.
Sluta kretslopp
Ayres, Ayres 2001
Bourg, Erkman 2003
Forskning om materialflöden i ett historiskt perspektiv
•
•
•
•
Materialflöden i teknosfären = problem
Från föroreningsfokus till resursfrågor
Begreppet ”Urban mining” växer fram
Studier av resursförråd i teknosfären
Stora
förråd av
material i
samhället
Mer
konkurrens
om
resurser
”Teknosfären som gruva”
Starkare
drivkrafter
för
återvinning
Krook et al. 2011
Minskande
förråd av
resurser i
miljön
Technosphere
Urban
In-use
Rural
Hibernation
Dissipation
Tailings
Uncontrolled
Slag
Fringe
Spatial location
Landfill
Type of stock
Controlled
Management
Förråd av metaller
i teknosfären
Active
Inactive
State of stock
Stock Properties
Relative size
Concentration
High
Average
Low
Large
Medium
Small
Bergbäck et al. 2001; Gordon 2002; Kapur 2004; Muller et al. 2004;
Spatari et al. 2005; Graedel, Kapur 2006; UNEP 2010.
Allen,Behmanesh 1994; Bergbäck et al. 2001; Gordon 2002; Reijnders
2003; Huisman 2004; Johnson et al. 2007; Frändegård et al. 2011.
”Teknosfären som gruva” är inget nytt begrepp
“In highly developed economies of the future, it is
probable that cities will become huge, rich and
diverse mines of raw materials. These mines will
differ from any now to be found because they will
become richer the more and the longer they are
exploited. […] The largest, most prosperous cities
will be the richest, the most easily worked and the
most inexhaustible mines.”
Jane Jacobs, 1969
Mining above ground
Landfill mining
Secondary processing
Waste mining
Urban mining
Secondary resource exploitation
En taxonomi för ”Gruvdrift i teknosfären”
Virgin
mining
In-use
mining
non-mineral
recovery
Slag
mining
Landfill
mining
Dissipation
mining
rarely realized
Johansson et al. submitted
Tailing
mining
Hibernation
mining
remediation
Main objective
mineral
recovery
Technospheric mining
pilot-scale projects
Level of realization
common practice
Gruvdrift i teknosfären ≠ traditionell återvinning
…utvinning av metaller eller mineraler från förråd i
teknosfären som har exkluderats från pågående och
av människan orsakade materialflöden.
•
•
•
•
Nya, tidigare outnyttjade (metall)källor
Fokus på förråd snarare än årliga avfallsflöden
Mer renodlat resursperspektiv
Mer marknadsdrivet
Vår forskning i korthet
Teknosfären
som gruva
Huvudområde
Inaktiva förråd av
material i teknosfären
Projektområden
Angreppssätt
Metoder
Städer
som gruvor
Deponier
som gruvor
Identifiera
Utveckla
Utvärdera
-Resursinventering
-Återvinningspotential
-Villkor för implementering
-Aktörssamverkan
-Utvärdera prestanda
-Kritiska faktorer
-Materialflödesanalys
-Intervjuer/aktörsanalys
-Teknikutveckling
-Livscykelanalys
-Cost Benefit analys
Städer som gruvor
- om de inaktiva metallförråden i Norrköpings underjord
K
A
B
L
A
R
Hushållsel (aktivt)
Växelström
Privata ledningar (inaktivt)
Likström
Hushållsel (inaktivt)
Spårvagnsel (inaktivt)
Hushållsgas (inaktivt)
R
Ö
R
Fjärrvärme (aktivt)
Varför infrasystem i städers underjord?
•
•
•
•
Systemen är stora
Består av värdefulla material
Urkopplade delar lämnas kvar
Risk för att dessa förråd glöms bort
Hur kartlägger man metaller i infrasystem?
•
•
•
•
•
GIS-data
Digitaliserade kartor
Historisk kommunstatistik
Intervjuer
Teknisk data
Datakällor
•
Geografiskt informationssystem (GIS)
Kvantifiering av metallförråd i användning
och dvala
Lokalisering av förråd i dvala
(Norrköping i 36 delar
+ Södra Butängen)
Järn i urkopplat stadsgas- och fjärrvärmenät
Stadsgas
Användning(ton):
Dvala (ton):
Dvala (%):
975
3 560
80
Fjärrvärme
Användning(ton):
Dvala (ton):
Dvala (%):
10 650
895
10
Koppar i urkopplade delar av elnäten
Växelström
Användning(ton):
Dvala (ton):
Dvala (%):
2075
295
10
Likström
Användning(ton):
Dvala (ton):
Dvala (%):
4
265
100
Vad räcker 560 ton koppar till?
450 km kraftkabel
eller
eller
30 000 bilar
400 000 datorer
Skillnaden mellan reserver och tillgångar
Reserver
Tillgångar
Ökat
Ekonomiskt
utbyte
Urkopplade
infrasystem
Ökad kännedom
om fyndigheten
The McKelvey resource classification
system (Smil, 2003)
Koppar i svenska städers växelströmsnät, jordkabel
• 3 700 ton i drift
• 200 ton i dvala
• 5 % i dvala
Norrköping (1 340 km)
• 8 900 ton i drift
• 1700 ton i dvala
• 15% i dvala
• 2 100 ton i drift
• 300 ton i dvala
• 10 % i dvala
0,2 ton koppar i dvala per km elnät
Göteborg (6 410 km)
1,4 ton koppar i drift per km elnät
330 000 km elnät i svenska städer
Totalt 70 000 ton koppar i dvala
Totalt 460 000 ton koppar i drift
Krook et al. 2011
Berglund et al. submitted
Linköping (2 765 km)
Urkopplade el- och telenät = potentiell koppargruva?
Teknosfär
Litosfär
Stad
Elnät
Reserver
Reserver
Tillgångar
Drift
Land
Telenät
Dvala
Drift
Elnät
?
Drift
Telenät
?
Drift
Dvala
Baserat på: Wendell 2005; Krook et al. 2011;
Berglund et al. submitted
SGU 2008
Relativ storlek på kopparförråd
Relativ tillgänglighet
Hög
Mellan
> 1500 kton
400–800 kton
100-300 kton <50 kton
Låg
Varför kopplas delar av eller hela system ur?
Systemen blir utkonkurrerade av
”bättre presterande”, mer
driftsäkra system
Hela system kopplas
ur, t ex stadsgas och
likströmsnät.
•
•
•
•
•
Förtätning av stadskärnan
Nedläggning av större industrier
Stadsomvandling
Förändringar i annan infrastruktur
Uppgradering av systemet
Längre sträckor eller
hela sektioner av
system kopplas ur.
•
•
•
•
•
Externa grävjobb
Vattenläckor
Sättningar i marken
Förbrukad livslängd
”Måndagsexemplar”
Stagnation
Planerade projekt
Underhåll
Berglund et al. manuskript
Många urkopplingar
men kortare sträckor.
Varför lämnas urkopplade infrasystem kvar?
Optimera funktion
Sluta materialflöden
≠
”Har inga rutiner för att tänka så…
Mer fokus på att lamporna lyser”
”Vi har dokumentation på det
men vi kollar det inte. Mest för
att det är tidspressat”
•
•
•
•
•
Dyrt att gräva och återställa mark
Förändrad lokalisering
Trångt i underjorden - risker
Inga krav – brist på rutiner
Bristfällig dokumentation
”Det är ju att det är dyrt att
gräva upp dom då”
”Ja, det finns väl ingen anledning,
det är väl bara onödiga uppgifter”
Berglund et al. manuskript
Ekonomiska villkor för kabelåtervinning i städer
Enbart kabelåtervinning
Krook et al. 2010
Återvinning integrerat med underhåll
Ekonomiska villkor för kabelåtervinning på landsbygd
Krook et al. 2010
När sker upptagning av urkopplade infrasystem?
…när forskare tar saken i egna händer
…annars sällsynt och framförallt på grund av:
- utrymmesbrist
- miljöskäl, risk för förorening
”Är det väldigt trångt tas det upp,
annars inte”
När kan upptagning av urkopplade infrasystem bli praxis?
Policy och råmaterialpriser
Nya samarbetsformer
Mervärden
Stadsomvandling
Ny teknik