Järnsvamp och koldioxidutsläpp från annat än bränsle

Under förra året lanserades HYBRIT, ett samarbetsprojekt mellan SSAB, LKAB och Vattenfall som ska leda till koldioxidfri järnproduktion. Framför allt vill man ersätta kolet som används i dagens järnproduktion med vätgas, vilket låter som en rätt vanlig ambition när det handlar om att ställa om till fossilfri produktion. Trots det finns det en skillnad mellan detta och många andra omställningsprojekt, och det handlar om hur man använder kol.

När man eldar upp fossila bränslen som olja och kol är det oftast för att man vill komma åt den kemiska energin som är lagrad i bränslet och använda den till att värma upp något (eller, i en förbränningsmotor, att få en gas att expandera). Ska man ersätta fossila bränslen i de fallen behöver man en annan energikälla - sol- eller vindkraftsel, kärnkraft, biobränslen - och ibland också ett sätt att transportera energin till rätt plats, som batterier. I järnframställning är lite annorlunda eftersom det inte huvudsakligen är värme man är ute efter. Istället använder man vissa kemiska egenskaper hos kolet för att möjliggöra en viss kemisk reaktion.

Järnmalm innehåller järnoxider, alltså mineraler som består av både järn och syre. För att skilja järn från syre behöver man tillsätta något annat som reagerar med järnoxiden och binder till syreatomerna. Ofta använder man kol, eller mer precist kolmonoxid som bildas när man hettar upp kol i en syrefattig miljö. Kemi-termen för detta är att man reducerar järnmalmen. Inom kemin betyder reduktion att ett ämne tar upp elektroner, om ett ämne istället ger ifrån sig elektroner kallas det oxidation. Om man eldar upp t.ex. en bit kol ger kolet ifrån sig elektroner till syre från den omgivande luften, d.v.s. det oxideras, och syret reduceras när det tar upp elektroner. När järnmalmen reduceras oxideras kolmonoxiden och blir i slutändan koldioxid.

I HYBRIT vill man alltså ersätta kolet med vätgas, vilket leder till att man får vatten istället för koldioxid. Det finns redan metoder för att använda en blandning av vätgas och kolmonoxid, vilket producerar så kallad järnsvamp (järn i en väldigt porös form) istället för vanligt tackjärn. Poängen är att man inte bara har ersatt en energikälla här, utan en komponent i vad som i praktiken är en kemisk process, vilket kräver anpassningar och leder till en lite annan produkt.

Järnframställning är inte den enda process där man behöver byta ut sina råvaror för att eliminera koldioxidutsläppen. Ett annat vanligt exempel är cementframställning. En försvarlig del av koldioxidutsläppen där kommer från en kemisk reaktion där man omvandlar kalciumkarbonat, som innehåller kol, till kalciumoxid, som inte innehåller kol. För att komma till rätta med dessa utsläpp behöver man alltså ersätta kalciumkarbonat med något annat (eller möjligen fånga upp koldioxiden på något sätt). Det finns förslag på saker man delvis kan ersätta kalciumkarbonatet med, bland annat masugnsslagg och flygaska, men det kan i sin tur påverka cementens egenskaper.

Det speciella med en omställning till koldioxidfri tillverkning i de här fallen är som sagt att den råvara som är orsak till utsläppen inte bara är en energikälla utan har kemiska eller mekaniska egenskaper som påverkar resultatet. Att hitta en lämplig ersättning kräver riktade insatser inom forskning och utveckling, anpassade till det specifika användningsområdet snarare än på att ersätta energikällor. Vi lär se fler projekt som Hybrit i framtiden, i flera olika typer av industri med liknande problem.

Tankar kring "Apocalypse Never" av Michael Shellenberger

"Apocalypse Never: Why environmental alarmism hurts us all" är en debattbok skriven av den amerikanska aktivisten och författaren Michael Shellenberger. I tolv kapitel med titlar som "It's not the end of the world", "Have your steak and eat it, too" och "False gods for lost souls" presenterar Shellenberger sin syn på dagens miljödebatt och kritiserar en miljörörelse som han anser är för pessimistisk och motarbetar vad han själv ser som rimliga lösningar, som till exempel kärnkraft. 

Shellenbergers aktivistbana började redan på åttiotalet och har förutom miljöaktivism omfattat arbete för mänskliga rättigheter. Han var med och grundade Breakthrough Institute, som förespråkar tekniska lösningar på miljöproblem, samt mer nyligen organisationen Environmental Progress, som har som mål att lyfta människor ur fattigdom och bevara naturliga miljöer. Han var också en av initiativtagarna till det Ekomodernistiska Manifest som publicerades av Breakthrough Institute 2016. En optimistisk syn på teknikens möjligheter att förbättra både människors liv och rädda miljön verkar vara något av en röd tråd, och den går igen även i Apocalypse Never.

Ett antagande som genomsyrar hela Apocalypse Never är att för att lyfta människor ur fattigdom måste fler länder genomgå en utveckling liknande den som till exempel USA och Europa sett under de senaste tvåhundra åren. För att underbygga det här antagandet pekar Shellenberger på studier av så kallad "leapfrogging". Leapfrogging är när tillgång till modern teknik gör det möjligt för utvecklingsländer att bygga upp välstånd på ett annat och mindre miljöfarligt sätt än vad västvärlden en gång gjorde, och den studie som Shellenberger hänvisar till drar slutsatsen att detta inte faktiskt sker i någon större utsträckning. Det presenteras också mer anekdotiska argument baserade på Shellenbergers samtal med personer i t.ex. Brasilien, Indonesien och Kongo, personer som vill ha och behöver ekonomisk utveckling och modernare infrastruktur. Shellenberger verkar inte ha pratat med någon som vill bevara en mer traditionell livsstil - åtminstone står det inget om det i boken.

Industrialisering och ekonomisk utveckling är alltså Shellenbergers recept för fattigdomsbekämpning, men hur går det då med miljön? Alldeles utmärkt, menar Shellenberger - så länge industrialiseringen leder till att man minskar den faktiska landytan man behöver använda för att framställa mat och energi. Shellenberger poängterar hur svårt det är att skydda sådant som hotade djurarter och skogsområden när lokalbefolkningen behöver skogen till bränsle. Han placerar olika energikällor på en skala med sådant som ved längst ner, följt av kol, olja och naturgas, beroende på hur energitätt bränslet är och hur mycket landyta man behöver för att framställa det - ju högre energitäthet desto bättre. För Shellenberger är alltså en övergång från vedeldning till att elda kol, olja eller helst naturgas något positivt.

Därmed inte sagt att Shellenberger är särskilt positiv till fossila bränslen - han är inte någon klimatförnekare, även om han har ett och annat att säga om IPCC. Inte heller är han särskilt positiv till sol- och vindkraft, som han anser tar upp för stora arealer. Istället är det kärnkraft och i viss mån vattenkraft som är lösningen på att förse hela jordens befolkning med tillräckligt mycket energi för att nå en amerikansk eller europeisk levnadsstandard. Från perspektivet att energiframställning ska ta så lite plats så möjligt är det rätt förståeligt, även om jag reagerade på att Shellenberger avfärdar problemet med radioaktivt avfall med några tvärsäkra påståenden och en enda referens (ganska lite för en bok där varje kapitel har mellan 90 och 130 referenser).

Men vänta lite nu, vad var det där om IPCC? Shellenberger säger sig inte ha några problem med den rent vetenskapliga delen av IPCCs arbete, men hävdar att den "sammanfattning för beslutsfattare" som följer med varje IPCC-rapport ofta innehåller överdrivet negativa påståenden. Han lutar sig här speciellt mot utsagor från två experter som varit involverade i IPCCs arbete, ekonomen Richard Tol och klimatexperten Roger Pielke. Ännu mer problematiskt anser Shellenberger att det är när nyhetsmedia tolkar sammanfattningarna och sedan skriver sådant som att vi har tio år på oss att rädda världen. Shellenbergers tes här är alltså att han inte har några problem med vad forskningen visar, utan bara med populariserade sammanfattningar av den. Å andra sidan finns det ju också åtskilliga experter som står bakom de här sammanfattningarna.

Apocalypse Never är en innehållsrik bok och min beskrivning av den här blir därför väldigt översiktlig, men jag kan inte låta bli att nämna Shellenbergers slutkläm. Han väljer nämligen att avsluta boken med att beskriva miljörörelsen, och speciellt de delar av den som fokuserar starkt på risken för att civilisationen ska gå under på grund av klimatförändringar, som en religion. Närmare bestämt talar han om det han kallar den apokalyptiska miljörörelsen som en sorts dödskult sprungen ur den civilisationskritiska grenen av miljörörelsen. Som alternativ förespråkar Shellenberger en "miljöhumanism" med både mänskling utveckling och miljöskydd som mål.

Jag misstänker att många kommer att avfärda Shellenbergers analys av det han kallar den apokalyptiska miljörörelsen som överdriven och direkt förolämpande. Alla som följer miljödebatten har väl i och för sig träffat på dem som gett upp hoppet om mänskligheten eller rent av betraktar den som en farsot, men att kalla det för en dödskult lär vara ett steg för mycket för många. Jag är också tveksam till om "miljöhumanism" verkligen funkar som religionssubstitut. Jag tror att någonstans i bakgrunden till den så kallade apokalyptiska miljörörelsen finns frågan om hur mycket kontroll mänskligheten egentligen bör utöva över resten av naturen. Tekniska lösningar och en "miljöhumanism" av Shellenbergers modell innbär att mänskligheten skaffar sig mer kontroll över sin miljö och kräver därför att man har ett visst förtroende för att mänskligheten klarar av att hantera den kontrollen. Det skulle inte förvåna mig om många ser det som hybris.

Apocalypse Never är naturligtvis en kontroversiell bok och om man googlar den hittar man snabbt ett antal recensioner där recensenten kritiserar Shellenbergs antaganden, perspektiv och framför allt hans källor. Med ungefär 100 referenser till vart och ett av tolv kapitel vore det en tidskrävande uppgift att gå igenom dem alla, men jag noterade också en del problem. Förutom bristen på referenser i resonemanget kring kärnavfall fann jag det tveksamt att han bygger stora delar av sitt resonemang kring matvanor och vegetarianism på böcker av Gary Taubes, en amerikansk läkare vars böcker om kosthållning fått omfattande kritik. I andra delar får jag ett starkt intryck av att Shellenbergers framställning inte är särskilt heltäckande, t.ex. i diskussionen kring IPCCs rapportsammanfattningar eller den mer filosofiska diskussionen kring miljörörelsen som religion. Det finns också hänvisningar, som t.ex. den till Rivers International i kapitel 11, där man kan hävda att Shellenberger inte ger en rättvisande bild av texten han hänvisar till.

Överlag är mitt intryck att Shellenberger visserligen är bra på att presentera stöd för sina teser, men han är mindre intresserad av att ta sig an sina meningsmotståndares bästa argument eller gå på djupet när det gäller saker som talar emot hans egna ståndpunkter. Därför tror jag inte att Apocalypse Never kommer att vara övertygande för särskilt många som inte redan lutar åt liknande åsikter. Det är synd, för Shellenberger presenterar också intressanta och viktiga perspektiv, speciellt när det gäller kopplingarna mellan miljö- och klimatåtgärder och fattigdomsbekämpning. 

SVT, Facebook och den danska munskyddsstudien

Förra veckan presenterades resultaten av en dansk studie där man undersökt i hur stor utsträckning munskydd faktiskt skyddar bäraren från att drabbas av COVID-19. Några dagar senare kunde man läsa på SVT nyheter att Facebook försett en artikel om studien, skriven av två forskare inom medicin vid Oxford och publicerad i The Spectator, med en varning. Faktagranskare hade nämligen flaggat vissa påståenden relaterade till den danska studien som vilseledande och illa underbyggda. I SVT:s text och video läggs stor vikt vid att SVT nyheter presenterade studien i en text med titel som liknar Spectator-artikelns, men som inte blev försedd med någon varning. Vad kunde detta bero på - är det för att SVT:s artikel inte delats så mycket, eller är Facebook kanske dåliga på svenska?

Det första man kan konstatera är att när SVT hävdar att "en faktakontrollsajt underkänner studien" så är det en sanning med modifikation. SVT länkar tyvärr inte till faktakontrollsajten i fråga, men det finns anledning att anta att det handlar om Health Feedback och deras genomgång finns att läsa här. Vad de avfärdar som illa underbyggt är inte studien som helhet, även om de kritiserar den en hel del, utan påståenden som att studien visar att "munskydd gör ingen skillnad" och "munskydd har ingen signifikant effekt". Health Feedback konstaterar att studien dras med problem orsakade av för få deltagare och att många deltagare som skulle ha burit mask inte gjort det fullt ut. Dessutom är studien utformad för att mäta hur munskydd skyddar den som bär det och säger inget om ifall det minskar risken att bäraren smittar andra, t.ex. innan symptomen märks. Alltså kan man inte dra slutsatsen att munskydd är verkningslösa för att hejda smittspridning i samhället baserat på studien, enligt Health Feedbacks granskare.

Så vad är det som får Facebook att varna för Spectator-artikeln baserat på Health Feedbacks granskning? Eftersom just the Spectators artikel inte nämns av Health Feedback och ingen riktigt vet hur Facebooks algoritmer funkar (utom, får man anta, Facebook själva) så är det svårt att säga, men när jag läste the Spectators artikel noterade jag att den sista meningen i fjärde stycket är "as a result, it seems that any effect masks have on preventing the spread of the disease in the community is small". Detta ligger ju väldigt nära den slutsats som Health Feedback hävadar att man inte kan dra eftersom studien inte undersöker hur munskyddet påverkar risken att någon annan smittas av bäraren. Den andra saken jag noterade är några rader i slutet, där det står att på grund av kommentarer på sociala medier har titeln på artikeln ändrats för att betona att det handlar om risken för den som bär munskyddet att smittas. Efter lite googlande kan man se att den tidigare titeln var "Landmark Danish study shows face masks have no significant effect", så det är kanske inte så förvånade att Facebook flaggade detta baserat på Health Feedbacks genomgång.

Men SVT:s artikel då? Den är ju inte skriven av Oxford-akademiker, men SVT:s journalister har pratat med en överläkare på Sahlgrenska som anser att studien inte ger något starkt stöd vare sig för eller emot munskydd. Överläkaren poängterar att det viktigaste fortfarande är att hålla avstånd och tvätta händerna, och SVT ägnar den sista delen av artikeln åt att påpeka att studien inte undersökte smitta från den som bär munskydd till andra. Oavsett hur dåliga Facebook är på svenska är det alltså mycket svårare att faktiskt hitta de påståenden som Health Feedback klassar som illa underbyggda i den svenska artikeln.

Som jag ser det finns det huvudsakligen två steg där överdrifter och feltolkningar kan dyka upp på vägen från forskningsresultat till nyhetsartikel. Det första är forskarnas egna tolkning av resultaten och deras grad av ärlighet kring resultatens kvalitet. Överdriver de vikten av sina resultat eller tonar ner problem och osäkerheter? Trots rätt omfattande kritik verkar detta inte vara det huvudsakliga problemet med den danska studien, som man kan läsa här (det finns också en pressrelease här).

Det andra steget är från forskarnas tolkning till den faktiska nyhetsartikeln, d.v.s det steg som innefattar en skribent som inte varit involverad i själva forskningen. I det här fallet har detta andra steg funkat lite olika för The Spectator och SVT, på så sätt att de som skrev i The Spectator har gått längre med sina egna tolkningar och slutsatser, medan SVT i stort sett återger den danska studiens slutsatser. De här skillnaderna skulle kunna vara tillräckligt för att Facebooks algoritm ska behandla artiklarna olika, oaktat skillnader i språk och liknande - men det är omöjligt att veta exakt vad Facebooks beslut baseras på. Däremot tycker jag man kan säga att SVTs sätt att rapportera om Facebooks beslut missar viktiga skillnader mellan de två artiklarna.

Tankar kring "Vad händer med klimatet?" av Lennart Bengtsson

Den här texten är ett sätt att skjuta upp något besvärligt. För ett tag sedan läste jag nämligen "Apocalypse Never", en bok skriven av den amerikanske miljöaktivisten Michael Shellenberger. I denna ganska digra volym framför författaren ett antal argument i klimatfrågan som skulle få många att åtminstone höja på ögonbrynen, eller för all del höja rösten. Planen var att jag skulle skriva nåt om Shellenbergers bok, men det visade sig vara besvärligare än jag hade trott, delvis på grund av ett stort behov av faktagranskning. Jag hade tidigare träffat på "Vad händer med klimatet?" av Lennart Bengtsson och fick för mig att den kanske skulle kunna funka som en bra förberedelse - själva boken är betydligt kortare och det borde vara lättare för mig att förstå en svensk professor än en amerikansk aktivist.

"Vad händer med klimatet?" kom ut 2019 och är skriven av Lennart Bengtsson, som är professor i dynamisk meteorologi och har forskat kring klimat- och väderfenomen under hela sin karriär. Framför allt har han arbetat med numerisk och datorbaserad modellering av både väder och klimat. Enligt det CV som finns med i slutet av boken har han också deltagit i ett flertal internationella forskningssamarbeten under sin karriär. Om man googlar Lennart Bengtsson inser man raskt att han också deltagit i debatten kring klimatförändringar och klimatpolitik, mestadels i samband med att boken kom ut. Jag tänker inte gå in på detaljerna här då det lätt skulle kunna bli ett helt eget inlägg (dessutom förmodligen ett ganska tråkigt inlägg), men han verkar ha fått mothugg både från Uppsalainitiativet och från grupper som totalt förnekar växthuseffekten.

Låt oss istället ta oss an själva boken. Som jag ser det består "Vad händer med klimatet?" av två delar. Den första omfattar åtminstone de första nio kapitlen, möjligen också delar av kapitel tio, och ger en lättfattlig introduktion till vad som påverkar Jordens klimat och hur man bedriver forskning på klimat, väder och de faktorer som påverkar dem. Den andra delen, som innefattar de sista fyra - fem kapitlen och bokens avslutning, känns mer spekulativ och handlar om sådant som IPCC, världens energiförsörjning och Sveriges roll i det internationella klimatarbetet.

Introduktionen till klimatforskning i de första nio kapitlen är som sagt lättfattlig och är såvitt jag kan bedöma väldigt väl underbyggd, som man kan förvänta sig av en expert på området. Det är gott om färgglada och illustrativa figurer och diagram som visar sådant som energiflöden i atmosfären och påverkan av olika fenomen på den globala temperaturen. Det kan vara värt att påpeka att just när det gäller den globala temperaturökningen är Bengsson mycket tydlig med att den beror på den ökade halten växthusgaser.

Jämfört med annan klimatrelaterad populärvetenskap jag träffat på är den här redogörelsen mer detaljerad, t.ex går Bengtsson noga in på hur olika växthusgaser påverkar energiflödena i atmosfären och under hur lång tid, hur de stigande havsnivåerna fördelar sig över Jorden och vad fenomen som El Niño och Nordatlantiska Oscillationen har för effekter. Detsamma gäller kapitlet om extremväder, där Bengtsson diskuterar vad han anser man kan dra för slutsatser om värmeböljor, extrem nederbörd och tropiska stormar. Speciellt intressanta är kapitlen 5 och 9, som handlar om matematiska modeller av väder och klimat. Här nämns olika svårigheter med väder- och klimatmodeller, t.ex. problem med att modellera påverkan från moln och hav eller de stora beräkningsresurser som krävs för en detaljerad modell. 

 De senare kapitlen känns som sagt mer spekulativa framför allt när författaren ger sig in på områden som han inte är expert på, exempelvis frågan om energiförsörjning och hur mycket förnyelsebar energi som teoretiskt sett skulle kunna utvinnas. Här finns också stycken där Bengtsson uttalar sig om saker som ligger inom hans forskningsfält men där fakta inte verkar vara lika etablerade som de mer grundläggande saker som tas upp i de första kapitlen. Det mest slående exemplet är kanske när Bengtsson på sidan 190 avfärdar så kallade tipping points, tillstånd där den globala temperaturen eller koldioxidhalten når en nivå som utlöser okontrollerbara kedjereaktioner och därmed orsakar en skenande global uppvärmning. Bengtsson hävdar att teorierna om tipping points saknar tillräckligt vetenskapligt underlag, men han refererar inte till någon källa utan verkar luta sig mot sin personliga expertis. Brist på referenser är för övrigt en stor svaghet framför allt i denna andra del av boken. 

Den övergripande tesen i denna andra del av boken verkar vara att man bör göra något åt den globala uppvärmningen genom att reducera och på sikt helt eliminera koldioxidutsläppen, men att det inte är så bråttom som det hävdas i den allmänna debatten. Bengtsson verkar anse att konsekvenserna av en fortsatt uppvärmning är mindre allvarliga än det oftast framställs som och att det därför är fullt rimligt att sikta på ett scenario där de globala koldioxidutsläppen når sin topp runt 2040, eller till och med 2080, för att sedan avta. Detta antas leda till en temperaturökning på 2-3 grader eller mer och skulle enligt författaren innebära en realistisk tidsplan för att ställa om dagens energisystem och ge länder med mindre utvecklad energiförsörjning en möjlighet att "komma ikapp" med hjälp av kol och olja innan de växlar till förnyelsebara energikällor. Bengtsson medger att värmeböljor och stigande havsnivåer kommer att innebära problem, men det är ändå rätt mycket som inte tas upp i den här framställningen - t.ex. konsekvenser för olika mer eller mindre känsliga ekosystem.

Slutligen kan jag inte låta bli att påpeka att när det väl finns referenser är de inte alltid så välvalda eller väl återgivna. Ett exempel finns på sidan 146, där det i ett resonemang om värmeböljor kontra extrem kyla hävdas att "för några år sedan frös 24000 britter ihjäl därför att många inte hade råd med uppvärmning". Gräver man vidare lite i källorna verkar det dock som om människor inte direkt frös ihjäl, utan att kylan (och bristen på uppvärmning inne) förvärrade sådant som influensa, lungsjukdom och hjärtproblem (se här och här). Det innebär ju inte att dödsfallen inte är tragiska, men att påstå att människor just fryser ihjäl blir ändå lite missvisande. 

Ett annat och mer förbluffande exempel finns på sidan 157 i en diskussion kring den avkylningseffekt som man ansåg sig kunna se under 50- och 60-talen. Som exempel på vad Bengtsson kallar "spekulativa tidningsartiklar" i ämnet refererar han till en artikel i TIME från den 8:e april 1977 med titeln "How to survive the coming ice age" - en artikel som enligt både TIME själva* och snopes inte existerar. Det märkliga är att eftersom Bengtsson är noga med att påpeka att man i seriösa vetenskapliga kretsar ganska fort började bekymra sig över en tilltagande uppvärmning istället hade han lika gärna kunnat referera till en existerande artikel i TIME, från 1974. Detta har karaktären av ett misstag snarare än ett medvetet försök att vilseleda någon, men man kan ändå fundera på hur varken den akademiskt meriterade författaren eller någon på förlaget (Karnival) lyckades snappa upp att de refererat till en text som inte finns?

Allt som allt lämnar den här boken mig med blandade känslor. De första nio-tio kapitlen är bra och intressanta och tar upp aspekter av klimat och klimatvetenskap som inte diskuteras så mycket annars. De sista fyra-fem kapitlen innehåller också en hel del som är intressant men hade gott kunnat vara dubbelt så långa med mer grundliga resonemang och fler referenser för att klargöra varför författarens bedömning av forskningsläget skiljer sig så mycket från den gängse bilden. Gärna då välvalda referenser till texter som existerar - och på tal om det hade alltihop nog kunnat tåla en extra genomgång innan publicering för att undvika misstag.

*Vad jag syftar på här är att det inte publicerades något exemplar av TIME på det angivna datumet, vilket framgår av den länkade sidan

Flödesbatterier. Eller är de bränsleceller?

 Jag har skrivit en del inlägg om uppladdningsbara batterier på den här bloggen (t.ex. detta, detta, eller detta), och några om bränsleceller (t.ex. här och här). Härom dagen fick jag dock syn på en artikel i Elektroniktidningen som handlar om något som kallas redoxflödesbatterier. Jag hade aldrig hört talas om redoxflödesbatterier innan och vid en första anblick undrade jag om de inte egentligen är en sorts bränslecell. Jag försökte naturligtvis kolla upp detta på Wikipedia och de som skrivit artikeln om flödesbatterier verkar också tycka att de är nån sorts mellanting.

Både batterier och bränsleceller funkar på grund av så kallade redox-reaktioner, eller reduktions-oxidations-reaktioner. Reduktion, i det här sammanhanget, innebär att en av komponenterna i reaktionen tar upp en eller flera elektroner. Oxidation innebär att en annan komponent i reaktionen ger ifrån sig en eller flera elektroner. Man kan tänka sig detta som en förbränningsreaktion. Om man bränner upp vätgas i luft kommer vätgasen att oxideras - varje väteatom ger ifrån sig en elektron. Samtidigt reduceras en del av syret i luften - varje syreatom tar upp två elektroner - och slutprodukten blir vattenmolekyler med en syreatom och två väteatomer. 

I en vanlig förbränningsreaktion sker allt det här samtidigt på ett och samma ställe, men i en bränslecell som bränner vätgas delar man upp redox-reaktionen så att reduktionen av syre sker vid den ena elektroden (anoden) och oxidationen av vätgasen sker vid den andra elektroden (katoden). Genom att dela upp redoxreaktionen på det här sättet kan man få de oxiderade vätejonerna att ta sig från katoden till anoden genom ett membran eller en elektrolyt, samtidigt som elektronerna får ta en annan väg för att nå fram till syrejonerna och reducera dem. Det är den strömmen av elektroner man använder för att utvinna elektrisk energi ur bränslecellen.

Ett batteri liknar en bränslecell på så sätt att man har en redox-reaktion som är uppdelad så att reduktionen och oxidationen sker vid olika elektroder, och man har en elektrolyt som kan transportera joner från den ena sidan till den andra. Precis som för bränslecellen innebär det att elektronerna kan förmås till att ta en annan väg mellan elektroderna, helst genom nån nyttig pryl som glödlampan i en ficklampa eller någon av kretsarna i en mobiltelefon. En stor skillnad mellan batterier och bränsleceller är dock att man hela tiden tillför bränsle till bränslecellen, medan batterier i sig innehåller alla ämnen som ingår i reaktionen från början. När de är slut är batteriet helt enkelt urladdat och måste laddas upp igen genom att man tillför elektrisk energi och därmed driver redox-reaktionen baklänges.

Så hur passar då flödesbatterier in i bilden? Precis som vanliga batterier och bränsleceller har de två elektroder, men till skillnad från vanliga batterier består båda elektroderna av samma material (oftast någon form av kol). I gengäld har flödesbatterier två elektrolyter med olika kemisk sammansättning istället för en. I de flesta batterier är det materialet i elektroderna som genomgår själva redox-reaktionen, men i flödesbatteriet reagerar de båda elektrolyterna istället. När båda elektrolyterna har samma kemiska sammansättning är batteriet urladdat. Då kan man antingen ladda upp det genom att tillföra energi och driva reaktionen baklänges som man gör med ett uppladdningsbart batteri, eller byta ut elektrolyten vilket blir mer som en bränslecell. 

Konventionella flödesbatterier använder vattenbaserade elektrolyter som innehåller vanadin- och vanadinoxidjoner. Tyvärr är vanadin, som många användbara metaller, sällsynt och giftig. Artikeln i Elektroniktidningen handlar om en studie av hur man kan använda organiska ämnen istället för vanadin, tillsammans med en annan typ av elektroder. 

En begränsning hos batterier är att de bara kan laddas ur och laddas upp ett begränsat antal gånger. Flödesbatterier kan laddas upp och laddas ur fler gånger än vanliga batterier, vilket är en fördel. Å andra sidan är de väldigt mycket större och tyngre eftersom de kräver två elektrolyter i stora volymer. Därför är flödesbatterier inte direkt något alternativ för elbilar eller andra tillämpningar som behöver vara flyttbara, utan snarare för stationär energilagring. Ett exempel skulle kunna vara att lagra energi från solceller eller vindkraftverk vid tillfällen när de genererar mer ström än vad som behövs.

Ännu mer 5G: Hur man skapar utrymme för fler användare

Jag skrev lite om 5G i somras - dels ett inlägg om vad vi ska ha 5G till, dels ett om vilka frekvenser man använder i 5G. Den här gången handlar det istället om hur 5G-teknik kan göra det lättare att hantera mobilnät med många användare i ett begränsat område - en stadsdel, till exempel.

Den underliggande tekniken bygger i det här fallet på något ganska påtagligt, nämligen att man använder stora antenner. Mer precist så använder man antenner som består av ett stort antal enskilda antennelement, där varje element kan användas för att skicka ut eller ta emot en elektromagnetisk våg av en viss frekvens, amplitud och fas. Som vi sagt tidigare så är frekvensen ett mått på hur snabbt vågen går från vågtopp till vågdal och tillbaka igen, den är också naturligt kopplad till våglängden och vågens energi. Amplituden är helt enkelt höjden på vågtopparna. Fas är lite mer komplicerat men har att göra med när och var man har en vågtopp eller vågdal. Om vi tänker oss en antenn med två antennelement och en våg som kommer in lite från sidan så kommer de två antennelementen oftast att känna av olika faser av vågen, när det ena träffas av en vågtopp kanske det andra är halvvägs nere i vågdalen redan.

När man har fler antennelement i sin antenn kan man göra en del saker som inte funkar annars. Har man många element i sändantennen kan man till exempel styra riktningen på den utgående vågen genom att justera fasen på vågorna som sänds ut av varje element så att de förstärker varandra i en viss riktning men försvagas i andra riktningar. Har man istället många element i mottagarantennen kan man använda dem för att avgöra från vilket håll en våg kommer genom att notera hur fasen skiljer sig åt för de olika antennelementen. Det finns en längre förklaring av detta i ett tidigare inlägg - där handlar det visserligen om radar, men principen är densamma.

Så vad har det här med mobilanvändare att göra? När en basstation ska skicka och ta emot information från flera olika mobila enheter, smarta telefoner till exempel, behöver det finnas någon skillnad mellan de elektromagnetiska vågor som skickas till och tas emot från varje enhet. Det mest uppenbara är kanske att skicka data vid olika tidpunkter, så att man först skickar något till telefon 1, sen till telefon 2 och så vidare. En annan ganska uppenbar sak är att dela upp frekvensbandet man använder i flera smalare band och använda varje smalt band för att kommunicera med en telefon. Om man på ett effektivt och noggrant sätt kan skilja på vilken riktning de olika signalerna kommer från får man ytterligare ett sätt att skilja signalerna åt. Dels kan man skilja dem åt på sändarsidan, genom att rikta den utsända vågen mot en plats där den telefon man vill kommunicera med finns. Dels kan man skilja dem åt på mottagarsidan, eftersom signalerna man tar emot från olika telefoner sällan kommer från exakt samma riktning allihop. Här får man ytterligare lite hjälp av att signalerna kommer att studsa mot till exempel byggnader och liknande, vilket ger varje inkommande signal en närapå unik signatur när det gäller vilken riktning den kommer från. För varje frekvens- och tidsintervall kan man alltså kommunicera inte bara med en telefon utan med så många som man kan skilja åt beroende på riktning.

Det här är grunden till vad man kallar massiv MIMO. MIMO står för "multiple input, multiple output" och syftar både på det stora antalet antennelement och hur de gör det möjligt att hantera flera olika mottagna och utsända signaler. Att man talar om "massiv" MIMO beror på det stora antalet antennelement och den motsvarande ökningen i antalet signaler man kan hantera. Massiv MIMO är en del av 5G-tekniken och passar dessutom bra ihop med de högre frekvenserna man vill använda i 5G. Högre frekvens innebär kortare våglängder, som i sin tur innebär att man kan använda fysiskt mindre antennelement - antennelement är i regel ungefär lika stora som våglängden och i en stor MIMO - array är de oftast skilda åt av ett mellanrum motsvarande en halv våglängd. Ska man bygga en antenn med 32 element kan det alltså göra stor skillnad om man har en våglängd på några centimeter eller några millimeter. 

Krångliga kvantknuffar i rörig rapportering

På svt.se kan man sen i lördags kväll hitta en kort text och en tvåminuters video som berättar att forskare för första gången lyckats mäta effekten av mycket, mycket små kvantmekaniska "knuffar" eller fluktuationer på föremål i mänsklig storlek (istället för föremål av storleksordningen en eller några atomer, vilket är mer vanligt). Olyckligtvis är texten rätt virrigt skriven och blandar ihop flera olika kvantmekaniska effekter - videon är bättre, men rätt kort - så naturligtvis var min första reaktion att leta upp bättre källor för att förstå vad det egentligen är som har hänt.

Experimentet utfördes på Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, eller LIGO, en avancerad forskningsanläggning byggd för att mäta gravitationsvågor och därmed bekräfta vissa av Einsteins teorier samt studera kollisioner mellan svarta hål eller neutronstjärnor. Mätanläggningen på LIGO består bland annat av två långa tunnlar eller rör, i rät vinkel mot varandra och utrustade med speglar. Under mätningarna delar man upp en kraftfull laserstråle i två delar, en för varje tunnel. Laserstrålarna reflekteras mellan speglarna och kommer tillbaka till utgångspunkten, där de interfererar med varandra. Interferensen mellan de två laserstrålarna beror på skillnaden i längd mellan de två tunnlarna, så om längden på den ena eller andra tunneln ändras kan man se det genom att observera interferensen. Om en gravitationsvåg passerar kommer det att orsaka en liten, liten förändring i längderna på tunnlarna, och det är så man kan detektera den.

Trots allt detta finns det gränser för hur noga man kan mäta med LIGO, och en av de gränserna sätts av en kvantmekanisk princip kallad Heisenbergs osäkerhetsrelation. Heisenbergs osäkerhetsrelation säger att det finns vissa saker man inte kan mäta noggrant samtidigt för samma föremål. Det mest välkända exemplet är position och rörelsemängd (hastighet gånger massa), men det finns en liknande osäkerhetsrelation för energi och tid. Osäkerhetsrelationen och de kvantfluktuationer som är effekten av den påverkar mätningarna i LIGO framför allt genom fotonerna som utgör laserstrålen, på så sätt att både antalet fotoner och deras strålningstryck mot speglarna kan variera. (Strålningstryck är den kraft som en ljusstråle utövar på ett föremål den lyser på, en kraft som oftast är så svag att den inte märks - men i LIGO-mätningarna märks den.)Naturligtvis är det mer komplicerat än så i praktiken. Eftersom det är oerhört små förändringar det handlar om krävs det att man på olika sätt eliminerar alla andra källor till förändringar eller störningar. Bland annat pumpar man ut all luft ur tunnlarna för att få ett vakuum, och de flera kilo tunga speglarna är upphängda på ett speciellt sätt.

Experimenten med kvanteffekter i LIGO, som beskrivs i ett pressmeddelande och en artikel i Nature (finns också som så kallat preprint på Arxiv), syftade både till att mäta effekten av de här kvantfluktuationerna på speglarna och, kanske ännu viktigare, att utforska hur man trots osäkerhetsrelationen kan göra noggrannare mätningar. När det gäller effekten på speglarna kunde man mäta att kvantfluktuationerna som är kopplade till laserstrålen kunde flytta dem ungefär 0.00000000000000000001 m, vilket är vad man tagit fasta på i SVT:s rapportering, och man lyckades också bekräfta att det finns metoder som kan tänja gränserna för mätnoggrannheten i LIGO.

Så vad var egentligen problemet med SVT:s beskrivning? Framför allt, skulle jag säga, att de verkar blanda ihop flera olika kvanteffekter. Både videon och texten tar upp några kvantfenomen som strängt taget inte har så mycket med just den här studien att göra, exampelvis quantum entanglement. Det hade väl varit okej om man hade tagit sig tid att förklara vad det innebär, men det gör man inte - både videon och texten är korta. Det finns också en tendens att blanda ihop olika kvanteffekter, som Heisenbergs osäkerhetsrelation och så kallad sammanvävning eller "entanglement". I texten påstår man dessutom att det här är första gången man mäter effekterna av kvantfenomen i mer makroskopisk skala, men det stämmer inte. Det är första gången man mäter effekterna av kvantfluktuationer på så stora föremål som speglarna i LIGO, men effekterna av andra kvantfenomen har man sett betydligt tidigare - exempelvis den så kallade fotoelektriska effekten.

Kvantfysik är svårt att förstå och förklara, och många av de fenomen som är kopplade till kvantfysik skiljer sig mycket från vad vi ser i vardagen. Just därför är det trist när medier skildrar dem på ett sätt som får dem att verka ännu mer förvirrande och mystiska. Det kanske får kvantfenomenen att verka mer intressanta och forskningsframstegen mer dramatiska, men jag tycker det är onödigt att göra något så komplicerat ännu svårare att förstå.