Mark Jacobson

Mark Jacobson

Mark Zachary Jacobson (26 september 1965) is hoogleraar civil and environmental engineering aan de Stanford University (VS) en directeur van het Atmosphere en Energy Program daar.

Opleiding

Jacobson studeerde burgerlijke bouwkunde (civil engineering) en economie aan de Stanford Universiteit, en behaalde hiervoor in 1988 een bachelordiploma. Na het behalen van zijn master in milieuingenieurswetenschappen (environmental engineering), zette hij zijn studies verder aan de universiteit van Californië, waar hij in 1991 een master in de atmosferische wetenschappen (atmospheric sciences) behaalde en in 1994 zijn doctoraatsdiploma behaalde. Daarna keerde hij terug naar de Stanford Universiteit. Van 1994 tot 2001 werkte hij daar als Assistant Professor (universitair docent) burgerlijke en milieutechniek en van 2001 tot 2007 als Associate Professor (universitair hoofddocent). Sinds 2007 bekleedt hij de leerstoel van deze afdeling (gewoon hoogleraar).

Onderzoek

Jacobson ontwikkelt computermodellen over de effecten van de verschillende energietechnologieën en hun uitstoot op luchtvervuiling en klimaatverandering. Hij is de auteur van boeken en tientallen artikelen die zeer veel geciteerd worden en waarvoor hij prijzen ontving van de American Meteorological Society en de American Geophysical Union.

Volgens Jacobson is een snelle overgang naar schone hernieuwbare energie vereist om de mogelijke versnelling van de opwarming van de aarde, met gevolgen zoals het verdwijnen van het Noordpoolijs, te verminderen. Deze overgang zal per jaar wereldwijd ook 2,5 à 3 miljoen sterfgevallen elimineren die verband houden met luchtvervuiling, en de verstoring in verband met fossiele brandstoftekorten verminderen.

Jacobson stelt dat wind, water en zonne-energie kosteneffectief kan worden opgeschaald om te voldoen aan onze energiebehoefte en om de menselijke samenleving te bevrijden van de afhankelijkheid van zowel fossiele brandstoffen als kernenergie. In 2009 hebben Jacobson en Mark A. Delucchi een plan in Scientific American gepubliceerd om de hele planeet te voorzien van schone duurzame energie. Het artikel is gericht op een aantal zaken, zoals de wereldwijd nodige ruimte voor windparken, de beschikbaarheid van schaarse materialen voor de productie van nieuwe systemen, het vermogen om betrouwbare energie te produceren op aanvraag, en de gemiddelde kosten per kilowattuur. Een meer technisch artikel is in 2011 gepubliceerd in twee delen in het tijdschrift Energy Policy.

Klimaatonderzoek

Jacobson begon in 1990 algoritmen te bouwen voor wat nu GATOR-GCMOM wordt genoemd (Gas, Aerosol, Transport, Radiation, General Circulation, Mesoscale and Ocean Model). Dit model, dat is ontwikkeld gedurende tientallen jaren, simuleert luchtvervuiling, weer en klimaat van lokale tot wereldwijde schaal. Het was het eerste volledig gekoppelde online-model dat alle belangrijke terugkoppelingen van belangrijke atmosferische processen op basis van eerste beginselen verklaart. Aanvankelijk berekende het programma hoe de concentraties van tientallen stoffen veranderen door honderden processen (chemische reacties en emissie en absorbtie van licht en warmte) op tienduizenden plaatsen in de atmosfeer. Dat kostte erg veel rekentijd. De algoritmen van Jacobson zijn codes die veel sneller de differentiaalvergelijkingen oplossen die al die processen beschrijven, omdat de codes geschikt zijn voor array processors. In latere jaren zijn nog veel meer atmosfeer (windsnelheid, zonlicht, luchtvervuiling enz) en oceaan processen toegevoegd aan het programma, grotendeels door Jacobson.

Een van de belangrijkste onderzoeksgebieden waar Jacobson aan heeft bijgedragen met GATOR-GCMOM is de preciese bepaling van hoeveel diffuse troposferische zwarte koolstof (roet) het klimaat beïnvloedt. De geabsorbeerde zonnestraling wordt omgezet in warmte, die weer wordt uitgestraald naar de atmosfeer. Onder andere omstandigheden reflecteert het zonlicht mogelijk weer de ruimte in. Daarom heeft roet als geheel invloed op de albedo van de planeet. Terwijl de meer bekende broeikasgassen de atmosfeer verwarmen door infrarode warmtestraling te vangen die wordt uitgezonden door het aardoppervlak, verwarmt zwarte koolstof de atmosfeer door zonlicht te absorberen en daarmee de lucht eromheen te verwarmen. Jacobson en anderen concludeerden uit deze modellen dat roet van dieselmotoren, kolencentrales en brandend hout een belangrijke oorzaak is van het snel smelten van het zee-ijs van de Noordpool. Jacobson's conclusie dat zwarte koolstof mogelijk de tweede belangrijkste oorzaak is van klimaatopwarming werd bevestigd in het uitgebreide overzicht van T. C. Bond et al (2013).

Jacobson heeft ook onafhankelijk het werk van Wereldgezondheidsorganisatie onderzoekers bevestigd, die eveneens schatten dat roet, dat ademhalingsziektes, hartaandoeningen en astma veroorzaakt, van fossiele brandstoffen en biobrandstoffen, jaarlijks minstens 1,5 miljoen vroegtijdige sterfgevallen veroorzaakt, vooral in ontwikkelingslanden waar hout en dierlijke mest worden gebruikt om te koken.

Duurzame-energieplan

Zie Wereldenergievoorziening met wind, water en zon voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Jacobson en Delucchi betogen dat wanneer er in 2050 geen kolen, olie en gas meer gebruikt worden, de hele energievoorziening zoveel mogelijk afhankelijk wordt van elektriciteit, die dan grotendeels kan worden opgewekt met windturbines en zonnepanelen. Brandstofmotoren en verwarmingsketels kunnen vervangen worden door elektromotoren en warmtepompen en koken kan met Inductiekookplaat in plaats van gas. Deze elektrische apparaten hebben een beter rendement. Wat niet elektrisch kan, bijv. vliegen over afstanden van meer dan 1000 km, gaat met waterstof dat gemaakt wordt door elektrolyse van water, zie Waterstofvliegtuig.

Bovendien worden volgens het plan geografisch verspreide variabele energiebronnen onderling verbonden met het elektriciteitsnet zodat, als er ergens niet genoeg wind en zonlicht is, dat tekort aangevuld wordt uit een ander gebied waar wel zon en/of wind is, of uit een regelbare energiebron zoals waterkracht. Verder wordt elektrische energie opgeslagen voor later gebruik in waterkracht-pompcentrales, als warmte in geconcentreerd zonlicht centrales, in accu's, als waterstof, of als samengeperste lucht ondergronds. Ook slim vraag-aanbod management (smart grid) helpt om de flexibele vraag te verschuiven zodat die beter overeenkomt met de beschikbaarheid van duurzaam vermogen.

De auteurs concluderen dat het plan technisch en economisch uitvoerbaar is met wind, water en zon, aangevuld met kleine bronnen als aardwarmte, getijde- en golfenergie. Barrières zijn van sociale en politieke aard. Zonnepanelen die niet op daken liggen en windturbines zullen ongeveer 1% van het landoppervlak innemen en kunnen ook in ondiep water geplaatst worden.

In 2015 hebben Jacobson en Delucchi met Mary Cameron en Bethany Frew computersimulaties (LOADMATCH) meer in detail gepubliceerd hoe een duurzaam systeem de energievraag van minuut tot minuut kan volgen.

Sinds 2016 wordt het plan door een team van 27 onderzoekers uitgewerkt voor 139 landen. Om de opwarming van de atmosfeer tot 1,5 C te begrenzen moet de broeikasgas uitstoot van fossiele brandstof in 2030 80% minder zijn en 100% in 2050.

In 2018 hebben Jacobson en Delucchi met Mary Cameron en Brian Mathiesen LOADMATCH resultaten gepubliceerd voor 20 regio's waarin de 139 landen verdeeld zijn. Betrouwbare energievoorziening met wind-water-zon is mogelijk in alle regio's.

Publicaties

Boeken

• Jacobson, M. Z., Fundamentals of Atmospheric Modeling. Cambridge University Press, New York, 656 pp., 1999.
• Jacobson, M. Z., Fundamentals of Atmospheric Modeling, Second Edition, Cambridge University Press, New York, 813 pp., 2005.
• Jacobson, M. Z., Atmospheric Pollution: History, Science, and Regulation, Cambridge University Press, New York, 399 pp., 2002.
• Jacobson, M. Z., Air Pollution and Global Warming: History, Science, and Solutions, Cambridge University Press, New York, 2011.

Belangrijke technische artikelen (selectie)

• Strong radiative heating due to the mixing state of black carbon in atmospheric aerosols. In: Nature 409, (2001) 695-697.
• Streets et al: Recent Reductions in China’s Greenhouse Gas Emissions. In: Science 294, (2001), 1835–1837.
• Global direct radiative forcing due to multicomponent anthropogenic and natural aerosols. In: Journal of Geophysical Research 106, Issue D2, (2001), 1551–1568.
• Control of fossil-fuel particulate black carbon and organic matter, possibly the most effective method of slowing global warming. In: Journal of Geophysical Research 107, Issue D19, (2002), 16-22.
• with W. G. Colella and D. M. Golden: Cleaning the Air and Improving Health with Hydrogen Fuel-Cell Vehicles. In: Science 308, No. 5730, (2005), 1901–1905.
• with Christina L. Archer: Evaluation of global wind power. In: Journal of Geophysical Research 110, Issue D12, (2005), 16-22.
• Review of solutions to global warming, air pollution, and energy security. In: Energy and Environmental Science 2, (2009), 148–173, S. 155.
• with Mark A. Delucchi: Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1154–1169.
• with Mark A. Delucchi: Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part II: Reliability, system and transmission costs, and policies. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1170–1190.
• with Christina L. Archer: Saturation wind power potential and its implications for wind energy. In: Proceedings of the National Academy of Sciences 109, No. 39, (2012), 15679–15684.
• Bond et al: Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. In: Journal of Geophysical Research 118, Issue 11, (2013), 5380–5552.
• Jacobson et al: 100% clean and renewable wind, water, and sunlight (WWS) all-sector energy roadmaps for the 50 United States. In: Energy and Environmental Science 8 (2015) 2093-2117.
• Jacobson et al., 100% Clean and Renewable Wind, Water, and Sunlight All-Sector Energy Roadmaps for 139 Countries of the World. In: Joule 1 (2017) 1-14.
• with Mark A. Delucchi, Mary A. Cameron, Brian V. Mathiesen: Matching demand with supply at low cost in 139 countries among 20 world regions with 100% intermittent wind, water, and sunlight (WWS) for all purposes. In: Renewable Energy 123 (2018) 236-248.

Tijdschriftartikel

• met Mark A. Delucchi: A Plan to Power 100 Percent of the Planet With Renewables. In: Scientific American (2009), 58-65.

Prijzen (selectie)

• Henry G. Houghton Research Award 2005 van de American Meteorological Society
• Aandeel in de Nobelprijs voor de Vrede 2007 (Intergovernmental Panel on Climate Change) als onderzoeksauteur en recensent
• Atmospheric Sciences Ascent Award 2013 van de American Geophysical Union
• Cozzarelli prijs van de Proceedings of the National Academy of Sciences 2015

Zie ook

Wereldenergievoorziening met wind, water en zon ‎

Externe links

• Website van de Stanford-universiteit
• Biografie
• Levensloop

Bronvermelding

Bronnen, noten en/of referenties: