Hoppa till huvudinnehåll

Vetenskap

Kvanthopp: De fossila bränslenas uppgång och fall – så blev oljan till och därför kommer dess era att ta slut

Uppdaterad 24.09.2022 08:09.
ÖVergiven veteranbil på landsbygden.
Bild: Mostphotos

Det var roligt så länge det varade. Dags att tacka fossilerna för allt, och låta dem fortsätta vara vad de är: döda växter och djur.

Det är en tid av avsked. I skrivande stund, den här veckan, har vi tagit avsked av Storbritanniens drottning Elisabeth. Drömmen om en eventuell brittsommar säger vi också adjö till för i år när vi ser på väderprognoserna.

Och med energikrisen i full galopp är det allt tydligare att stunden också närmar sig då vi tvingas ta farväl av de fossila bränslena. Oljan och allt som vi raffinerar från den.

Vilken ironi att den här övergången påskyndas alla mest av den galne presidenten för ett land som hör till de största olje-exportörerna i världen.

Vi ägnar alltså veckans avsnitt av Kvanthopp åt att skriva oljans dödsruna. Hur blev oljan det svarta guldet som fick världens hjul att snurra? Hur kom den ursprungligen till i tidernas bokstavliga gryning?

Och kan en bränslebil fortfarande hävda sig i konkurrensen?

Och vad är det egentligen med ljudet från en stor, mullrande amerikansk V8-motor eller en tjutande italiensk V12:a, för till och med jag som inser att framtiden måste vara elektrisk, känner ett litet stygn av saknad redan nu…

Doften av frihet

Apropå dylika motstridiga känslor, en liten bekännelse. Jag älskar doften av bensin. Eller nå, älskar är kanske att ta i, men doften av bensin ger mig fortfarande en stark känsla av att vara tillbaka i barndomens somrar. Jag ser mig själv som en liten grabb som fyller på bensin i morfars fyra hästkrafters Archimedes Penta-utombordare, medan morfar tittar på. Snart ska jag få fara ut och köra helt själv.

Den känslan av frihet! Vilken mandomsrit det var att ensam få hantera ett motorfordon för första gången!

Artikelförfattaren som yngre, sittande i en motorbåt.
Bildtext Artikelförfattaren i sjuttonårsåldern, fortfarande rattande morfars motorbåt. Med lite större motor den här gången.
Bild: Marcus Rosenlund / Yle

Och lite av den doften har jag fortfarande kvar i näsan då jag tankar. Eller då jag känner doften från hederlig gammal blå tvåtaktsrök…

Bensinen doftar som den gör på grund av att den och de övriga petroleumprodukterna innehåller så kallade aromatiska kolväten. Cirka 30 procent av bensinen utgörs av aromatiska kolväten i stil med bensen, toluen, etylbensen, propylbensen och olika xylener.

Men man ska inte sniffa för mycket på bränslet, för aromatiska kolväten är mycket ohälsosamma att andas in. Bensen är till exempel både giftigt och cancerframkallande.

Som liten grabb var jag nyfiken och frågade morfar varifrån bensinen kom, hur gör man bensin? “De gör den i Sköldvik” svarade morfar. Jo, jag minns mycket väl då vi körde till Borgå där min farmor och farfar bodde då jag var liten, hur himlen söder om Borgå motorväg färgades orange av lågorna från raffinaderiet i Sköldvik. Jag var lite rädd för elden där, jag inbillade mig att det låg en eldsprutande drake där och frustade flammor.

De här lågorna som ofta brinner vid oljeraffinaderier kallas “flare”. Då man raffinerar petroleumprodukter uppstår det en del diverse gaser som är svåra att bryta ned eller ta till vara. Eller så har det inte varit ekonomiskt lönsamt att göra det.

Under de senaste åren har många raffinaderier kraftigt minskat på sina flares genom ny teknik som gör det möjligt att återvinna en större del av gaserna och cirkulera dem tillbaka genom bearbetningsanläggningarna.

Så blir våra bränslen till

Okej, men hur funkar alltså ett oljeraffinaderi? Nå, i ett nötskal går det ut på att råoljans olika beståndsdelar har lite olika kokpunkt. Råoljan hettas upp under tryck till mellan 370 °C och 430 °C och pumpas in i en sorts tryckkokare som kallas destillationskolonn.

Den här destillationskolonnen är uppdelad i olika nivåer. De nivåer som är längst ned är varmast och sedan avtar temperaturen ju högre upp man kommer. På det viset kommer olika delar av råoljan att kondensera på olika nivåer.

De lättaste prylarna, gas och bensinråvara (nafta), stiger alltså upp till toppen, medan mellandestillat (lätt eldningsolja och dieselolja) samlas i mitten. Den tjockaste geggan blir kvar längst nere, av den gör man tung eldningsolja (tjockolja) som bland annat containerfartygen kör med ute på oceanerna.

Ett oljeraffinaderi om natten.
Bildtext Oljeraffinaderi inklusive flare som lyser upp kvällsdunklet.
Bild: Mostphotos

Men destillerandet är ju bara ett sista steg i råoljans långa historia. Vi inbillar ju oss ofta att oljans historia börjar i och med raffinaderiet. Eller kanske oljeplattformen. Mycket längre bakåt i tiden än så fick jag det inte förklarat för mig då jag var liten. Bara någonting vagt om att oljan “finns i marken”.

Så om någon annan skulle ha råkat missa den biten, om hur råoljan kom till, så kan vi ju ta en snabb resumé här och nu.

Den största delen av de fossila bränslen som vi använder idag: kol, olja, naturgas, började bildas under den geologiska perioden som kallas karbon. Karbonperioden började för cirka 359 miljoner år sedan och pågick i omkring 60 miljoner år.

Och som periodens namn säger, karbon, så var det här kolets tidsålder. Kol är alltså den primära beståndsdelen i allt känt liv på jorden. Cirka 45–50 % av all torr biomassa är rent kol. Våra komplexa biologiska molekyler är byggda kring kolatomer som är kemiskt bundna med andra grundämnen, särskilt syre och väte. Ofta ingår också kväve, fosfor och svavel.

Det är den här sextetten, kol, syre, väte, svavel, kväve och fosfor, som utgör de organiska grundämnena. Det är de som utgör det mesta av receptet till oss. Och viktigast av dem alla är alltså kol. Där är alltså orsaken till att råolja är a) svart och b) frigör så mycket koldioxid då vi bränner fossila bränslen.

Karbon, kolets och syrets kungadöme

Karbonperioden, då våra fossila bränslen fick sin början, präglades alltså av enorma, ångande regnskogar. De två kontinenter som fanns på den här tiden, Laurasien i norr och Gondwanaland i söder, täcktes av stora sumpmarker, enorma träsk där ormbunkar växte. Men inte som de små saker som växer i trädgårdarna här hemma, utan i form av monstruösa fräken- och lummerväxter som i praktiken var gigantiska träd.

Den otroligt frodiga vegetationen innebar att det här inte bara var kolets era, utan också syrets. Jorden har aldrig haft en syrerikare atmosfär än just under karbonperioden, då det fanns massor av växter som idkade fotosyntes.

Då karbonperioden inleddes för omkring 350 miljoner år sedan var syrehalten i atmosfären cirka 20 procent – ungefär som dagens nivå. Men an efter att skogarna och kärren bredde ut sig under de följande femtio miljonerna åren steg nivån till så mycket som trettiofem procent.

Ett landskap från karbonperioden, som konstnären föreställer sig det.
Bildtext Karbonperioden var kolets, syrets och insekternas glansperiod.
Bild: Tiko

Det här innebar bland annat att insekterna frodades som aldrig förr. Insekternas andningsapparat är inte lika effektiv som däggdjurens och fåglarnas. Insekternas passiva syreupptagning begränsar hur stora de kan bli. Och tur är väl det. Jag menar, om en trollslända eller en geting andades lika effektivt som en fågel, skulle de vara stora som helikoptrar vid det här laget.

Men under karbonperioden, med trettiofem procent syre i luften, kunde insekterna växa sig till hiskelig storlek. Insekterna var som allra störst för cirka 300 miljoner år sedan under den sena karbon- och den tidiga permperioden. Det här var framför allt trollsländornas gyllene era. Gigantiska trollsländor med vingspann på upp till sjuttio centimeter kilade runt mellan jätteormbunkarna i karbonperiodens ångande regnskogar.

Men också den här gyllene eran gick mot sitt slut. Vanligtvis, när en död växt eller ett djur dör och förfaller, bryter mikrober ner den och kombinerar dess kol med syre från luften. Och i processen bildas koldioxid. Men när stora massor av döda växter och insekter sjönk ned i de enorma förhistoriska träsken under karbon, hamnade de utanför syrets räckhåll. De var nu ute ur den så kallade kolcykeln, åtminstone för de kommande 300 miljonerna åren eller så.

Då började nivån av koldioxid sjunka i atmosfären. En tid av global nedkylning följde.

En skogsbrand i en länge sedan död skog

Under de hundratals miljoner år som förflöt förvandlade underjordens värme och tryck den döda växtmassan till de stora reserver av kol som vi förlitar oss på idag för att leverera så mycket av vår energi. Och värma upp jorden i processen.

Det är något att hålla i tankarna. Vår bensin, vår gas och vår eldningsolja är lite som en fördröjd skogsbrand där döda växter och djur från en uråldrig, förstenad skog brinner. En skog som växte långt innan dinosaurierna ens existerade. Det är vad som håller Europas industris hjul snurrande, ända sedan den industriella revolutionen började.

Kolavlagringarna från karbonperioden bildar här i Europa ett stenkolslager som sträcker sig från Storbritannien och Belgien genom Centraleuropa till norr om Svarta Havet. Inte minst i Donetsbäckenet i Ukraina, där bomberna och granaterna just nu faller och blodet flödar.

Men varken kol eller petroleum, också kallad bergolja, är någonting nytt direkt, inte heller för oss människor. Ordet petroleum kommer för övrigt från grekiskans ord petra, klippa, och oleum, olja. De fossila bränslena har utnyttjats i tusentals år före den moderna eran, åtminstone i liten skala. De tidigaste oljekällorna som vi vet om borrades i Kina år 347, vår tideräkning.

Olje- och gasindustrins moderna historia började 1847, med en upptäckt som gjordes av den skotske kemisten James Young. Han noterade att det läckte ut petroleum från väggarna i Riddings kolgruva i England. Från det här läckaget destillerade Young sedan både en lätt tunn olja lämplig för lampor och en tjockare olja lämplig för smörjning.

Gammal etsning föreställande oljeborrning på 1800-talet.
Bildtext Tidig oljeborrning i Pennsylvania, USA, 1878.
Bild: Albert Sidney Bolles

1850 patenterade Young de här oljorna och paraffinvax, som han destillerade från kol. Senare samma år bildade han ett partnerskap med geologen Edward William Binney. De två kumpanerna grundade det första seriösa kommersiella oljeraffinaderiet i världen, som tillverkade olja och paraffinvax från lokalt utvunnet kol.

Det här hade knappast skett om det inte fanns en beställning för det. Man ska minnas att det inte var innan den industriella revolutionens framfart som en seriös efterfrågan för ett billigt, effektivt och praktiskt användbart flytande bränsle uppstod.

År 1846 raffinerade den kanadensiske geologen Abraham Pineo Gesner en vätska från kol, oljeskiffer och bitumen som var billigare och brann renare än andra oljor. Han kallade sitt bränsle "fotogen" och grundade Kerosene Gaslight Company 1850. Fotogenet användes bland annat till att lysa upp gatorna i Halifax i Kanada. Senare spred sig användningen till USA.

Ungefär vid samma tid skedde den första regelrätta oljeborrningen i Tyskland.

De första oljebaronerna

Under det sena 1800-talet och början av 1900-talet grundades flera av de stora oljebolag som fortfarande dominerar den internationella olje- och gasindustrin. Amerikanen John D. Rockefeller grundade Standard Oil Company 1865 och blev världens första oljebaron. Standard kontrollerade snart cirka 90 % av USA:s raffineringskapacitet och en stor del av dess pipelines.

I Ryssland verkade i sin tur bröderna Ludvig Nobel och Robert Nobel. Brödernas oljebolag, Branobel (förkortat från ryskans ord som betyder Naftaproduktionsbolaget Bröderna Nobel), borrade sin olja i Baku i nuvarande Azerbajdzjan vid Kaspiska havet med början 1876. Bolaget hade sitt huvudkontor i Sankt Petersburg. Även den tredje brodern Alfred Nobel investerade kapital i aktiebolaget, som under sin glans dagar hade cirka 50 000 anställda. Bland annat en ung Josef Stalin arbetade en tid som smörjare hos bröderna Nobel.

Bröderna Nobels oljeanläggningar i Baku.
Bild: Tekniska museet

Efter ryska revolutionen förstatligades oljeindustrin 1920. Familjen Nobel hade lämnat landet 1917 och 1918. Själva bolaget upphörde att existera så pass sent som 1964.

I och med första världskriget som bröt ut 1914 uppstod ett enormt energibehov. Ett behov som länge kunde täckas av den nyfödda oljeindustrin. Men när bilen väl blev var mans egendom på 1920-talet, inte minst i USA och inte minst tack vare Henry Ford och hans T-Ford, exploderade efterfrågan på bensin och oljebolagens övriga produkter. Och så hade oljan befäst sin position som en av de viktigaste råvarorna i det moderna samhället.

Fram till 1960-talet var USA så gott som självförsörjande, men när oljekonsumtionen så småningom gick om den egna produktionen började man bli alltmer beroende av främst Mellanöstern med dess enorma oljetillgångar.

Både Frankrike och Storbritannien hade sedan första världskriget en stor oljeproduktion i sina gamla kolonier i Mellanöstern. Också det här skapade ett allt större beroende av olja från Mellanöstern.

I många decennier kunde den industrialiserade världen lita på en oavbruten ström av billig olja från arabstaterna. Men sedan hände ett och annat som ändrade på det här. 1960 grundades oljekartellen OPEC av Irak, Iran, Kuwait, Saudiarabien och Venezuela i Iraks huvudstad Bagdad. OPEC lyckades hur som helst inte till en början driva upp priset så mycket som de hade hoppats på, inte minst på grund av att Sovjetunionen också hade gett sig i leken med sina stora oljetillgångar.

Oljekriserna, en brutal väckning

Men 1973 inträffade den första oljekrisen, utlöst av den arabisk-israeliska krisen 1973–74 som kulminerade i oktoberkriget. Oljekris nummer två inföll 1979 i samband med revolutionen i Iran 1978–80.

De gamla oljeknarkarna USA, Västeuropa och Japan drabbades särskilt hårt av kriserna. Många länder införde åtgärder för att minska konsumtionen men de flesta av de här åtgärderna slopades när läget stabiliserades och oljetillgången återgick till det normala.

Ett undantag var Danmark som från och med 1976 aktivt arbetade med att minska sitt oljeberoende. Danskarna införde bland annat en hög skatt på bilar, de började subventionera energisnål teknik, utbyggnad av vindkraft och återvinning av spillvärme. Följaktligen har Danmark sedan dess inte ökat sin konsumtion av olja trots ökad befolkning och produktion.

A-studion keskustelu energiakriisistä 1973
Bildtext Sammanbitna miner på 70-talet.
Bild: Yle

Nåja, vi snabbspolar till vår egen tid och vår egen energikris. Här står vi nu med våra ludna ben i spenaten. Biltillverkarna, de bygger fortfarande nya bensin- och dieseldrivna modeller och skryter med deras egenskaper precis som förr, men på något sätt finns den gamla gnistan inte där längre. Har inte funnits på ett tag.

Ja, och även om det kommer ut nya bilmodeller, så är det oftast samma gamla motorer under plåten, eventuellt lätt uppiffade. Genuint nya motorer är en sällsynthet numera.

Alla vet liksom att det är el som är framtiden. Alla i branschen vet att det är där vi måste lägga vårt krut om vi vill vara relevanta om tio år.

Minst sex stora biltillverkare – inklusive Ford, Mercedes-Benz, General Motors och Volvo – och 30 nationella regeringar – lovade 2021 att arbeta för att fasa ut försäljningen av nya bensin- och dieseldrivna fordon till 2040 över hela världen, och till 2035 på "ledande marknader.”

Men några av världens största biltillverkare, inklusive Toyota, Volkswagen och Nissan-Renault-alliansen gick inte med på löftet. De kommer helt säkert hur som helst att bli tvungna att följa de övrigas exempel. För det är ditåt som marknaden är på väg.

Det handlar inte ens om ideologi eller grönt tänkande nu längre. Det handlar i grund och botten om att gränserna för vad man överhuvudtaget kan göra med en förbränningsmotor börjar vara nådd.

150 år gammal teknologi

Om vi ska vara ärliga så handlar det ju fortfarande i grund och botten om samma teknik som 1876 då Nicolaus Otto, Gottlieb Daimler och Wilhelm Maybach tog patent på den bensindrivna fyrtaktsmotorn, också kallad Ottomotorn, med intern förbränning i en cylinder som knuffade på en kolv.

Du kunde visa en sprängskiss av en modern bensinmotor åt Gottlieb Daimler och han skulle utan problem kunna identifiera vad det handlar om. Där är vevaxeln, där är kolvarna, där är ventilerna.

Ottomotorn har med åren pyntats med en uppsjö av elektronik och turboaggregat och exotiska material, och bensinen har förädlats och fått diverse tillsatsämnen, men under alla sladdar och mikroprocessorer och bokstavsförkortningar så är det alltså nästan 150 år gammal teknik som driver våra bilar.

Och grejen är att för varje år som går blir det svårare och svårare och dyrare och dyrare för biltillverkarna att pressa ut fler och fler hästkrafter, förlåt, kilowatt heter det numera, från en allt mindre och mindre mängd bensin.

De allt striktare utsläppsreglerna har lett till att ingenjörerna i Wolfsburg och Tokyo får stå på huvudet för att hitta på nya tekniska lösningar så att bensinmotorn hålls up to date.

Tvärsnitt på en modern förbränningsmotor med fyra cylindrar. Ingenting som gamle Gottfried Daimler inte skulle känna igen.
Bildtext Tvärsnitt på en modern förbränningsmotor med fyra cylindrar. Ingenting som gamle Gottfried Daimler inte skulle känna igen.
Bild: Mostphotos

Det här har lett till att en bensinmotor, särskilt i det dyrare segmentet, numera är nästan löjligt komplicerad och därmed också väldigt dyr att tillverka. Och nästan fullständigt omöjlig för dig och mig att reparera där hemma om någonting går snett.

En modern bensinmotor är en hisnande utstuderad mekanisk byggsats som består av hundratals rörliga delar som behöver kylas, smörjas och bytas ut med jämna mellanrum. En dieselmotor är ännu mer komplicerad och därmed ännu dyrare att tillverka.

Dålig valuta för pengarna

Och så var det verkningsgraden. Hur mycket valuta för bränslepengarna får du? En bensinmotor har en verkningsgrad på cirka 30 procent och en dieselmotor levererar nästan 40 procent. Med andra ord: också den råstarkaste dieselmotorn omvandlar i teorin bara knappa 40 procent av bränslet till rörelseenergi. Resten, drygt 60 procent blir till värme. Det är därför som bilar med förbränningsmotorer behöver stora kylare.

En elmotor däremot, den har en verkningsgrad på cirka 98 procent. Elmotorn har typ två rörliga delar. Den behöver ingen växellåda, ingen kylning att snacka om, och ingen smörjning. Ingen olja. Och den är pytteliten och lätt.

Laddningspunkt för elbilar på ett shoppingcenters gård.
Bildtext Elbilen är inte utan sina problem, och de flesta har att göra med batterierna. Men själva elmotorn är svårslagen när det kommer till konstruktionens enkelhet och effektivitet.
Bild: Helmi Holopainen / Yle

Batterierna är sedan såklart en annan femma, men här är grejen: batteriteknologin utvecklas hela tiden med stormsteg. Det kommer bättre batterier med större kapacitet och snabbare laddning. Billigare batterier. Grönare batterier. Den här utvecklingen har knappt kommit igång på allvar ännu.

Förbränningsmotorn å sin sida, tja – som sagt, den har kommit så långt som den kan nå. det är inte just möjligt att utveckla den längre än så här. Visst, nya och bättre biobränslen kommer säkert att göra sitt för att tänja ut förbränningsmotorns livsbana så långt det går. Bensinbilar konverterade till vätedrift kan också bli en grej. Vi kommer att ha förbränningsmotorer i bilarna på våra gårdar ett bra tag ännu.

Men det förändrar inte att el (och väte) är det som gäller, på lite längre sikt. Som biltillverkare kan man inte försjunka för djupt i bensinnostalgi. Åtminstone inte om man vill vara konkurrenskraftig. Och det måste man vara om man vill vara med och leka.

När det kommer till kritan är det alltså marknaden som avgör det här. Marknaden kommer att välja det alternativet som är enklare och billigare, som ger bättre vinstmarginal.

Och marknaden har fått nog av 300 miljoner år gamla ormbunkar. Att Greta håller med är egentligen bara ett sammanträffande.

Mer om ämnet på Yle Arenan