Objave

,

Uzrok aktualnih klimatskih promjena: čovjek ili priroda?

Ljudske emisije ugljikovog dioksida danas značajno nadmašuju sve njihove prirodne izvore. Štoviše, ljudski utjecaj na klimu danas višestruko nadmašuje sve ostale prirodne faktore. Zato s punom sigurnošću tvrdimo da su ljudske aktivnosti glavni uzročnik aktualnih klimatskih promjena. Ta dalekosežna tvrdnja se temelji na ogromnom broju rezultata znanstvenih mjerenja i teorijskih modeliranja. Naime, razmatranjem različitih, međusobno neovisnih, linija dokaza, znanstvenici su pokazali da sve one vode jednom te istom zaključku, vrlo neugodnom, ali i kontraintuitivnom. Suvremeni klimatski sustav je naprosto pretrpan otiscima ljudskih prstiju. Klimatske promjene su se, međutim, događale kroz cijelu geološku prošlost našeg planeta. No, današnje znanje nam omogućuje preciznu rekonstrukciju klimatskih promjena u prošlosti i trend koji trenutno opažamo, ali i pouzdano predviđanje promjena u budućnosti.

Kretanje prosječne globalne temperature u usporedbi s uzrocima. Prirodni uzroci obuhvaćaju promjene u Zemljinoj orbiti te Sunčevu i vulkansku aktivnost. Ljudski faktori obuhvaćaju troposferski ozon, antropogene troposferske aerosole, poljoprivredu i stakleničke plinove. Izvor: NASA-GISS

Unatoč tome, vrlo je uvriježen mit da aktualne klimatske promjene sigurno nije uzrokovao čovjek, jer su se one događale i u prošlosti, kad ih sigurno nije uzrokovao čovjek. Taj mit se pojavljuje u različitim inkarnacijama i poricatelji ga obično izriču kao krunski, neoboriv argument.

No, taj mit obiluje pogreškama. U prvom redu se radi o logičkoj pogrešci skakanja na konkluziju, koja je uzrokovana prekomjernim pojednostavljenjem. Premise tog zaključka su, naime, valjane: (i) klimatske promjene su se događale u prošlosti; (ii) uzroci tih promjena su prirodni. No, tim premisama nedostaju mnoge činjenice, nužne za pravilno adresiranje uzroka aktualnih klimatskih promjena.

Danas razumijemo uzroke klimatskih promjena u prošlosti. Osim toga, u XIX. stoljeću su Fourier, Tyndall,  Arrhenius i drugi pokazali da povećanje koncentracije CO2 i drugih stakleničkih plinova jako utječe na stanje atmosfere, što je omogućilo i predviđanje danas opažanih trendova. Te spoznaje su temelj današnjih sofisticiranih modela, koji vrlo pouzdano rekonstruiraju i predviđaju klimatske trendove, uzimajući u obzir sve moguće faktore. Na primjer, ti modeli predviđaju da povećanje koncentracije CO2 uzrokuje povećanje temperature u troposferi, uz hlađenje viših slojeva atmosfere, a upravo je to ono što opažamo. Prirodni uzroci bi uzrokovali simultano zagrijavanje svih slojeva atmosfere.

Nadalje, promjene u Zemljinoj orbiti se događaju na znatno duljim vremenskim skalama. Naravno, i Sunce ima izrazit utjecaj na klimu. No, danas mnogim instrumentima pratimo aktivnost Sunca i, na temelju tih mjerenja, bismo očekivali blagi pad temperature. Vulkanske erupcije dominantno emitiraju prašinu, koja hladi Zemlju, a ukupna količina CO2 u vulkanskom plinu je praktički zanemariva u odnosu na onaj iz antropogenih emisija. Ne samo količina, nego i izotopni sastav te drugi parametri vrlo jasno ukazuju na porijeklo većine suvišnog CO2 u atmosferi.

Znamo, osim toga, da CO2, bez obzira na njegovu malu koncentraciju u atmosferi, kroz isprepletenu mrežu povratnih sprega, jako utječe na stanje atmosfere.

Zamislimo da, ušavši u neku zgradu, naiđemo na čovjeka u lokvi krvi. Prestravljeni gledamo potpuno krvavu prostoriju, s tragovima borbe posvuda. Posvuda su ostali i otisci prstiju, a u kupatilu neki čovjek, čija je košulja krvava, pere nož. Koji će biti vaš zaključak? Hoćete li možda utvrditi da je čovjek umro prirodnom smrću, jer su ljudi oduvijek umirali prirodnom smrću? Ili ćete zaključiti da ga je zaklao onaj koji upravo pere nož? Tvrdnja da su aktualne klimatske promjene posljedica prirodnih procesa jer su one kroz cijelu prošlost bile uzrokovane prirodnim procesima posljedica je upravo takvog (namjerno) pogrešnog zaključivanja.

/by

Koja je uloga plina u energetskoj tranziciji?

Autor: Neven Duić
Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveučilište u Zagrebu

 

Prirodni plin je proglašen najčistijim fosilnim gorivom, i stoga tranzicijskim gorivom prema obnovljivoj budućnosti. Međutim, ako se uzmu u obzir fugitivne emisije metana pri njegovoj proizvodnji, transportu i korištenju, onda on ima relativno malu prednost u odnosu na ugljen kada se koristi za toplinske potrebe, a značajno veće tek pri proizvodnji električne energije. Također, upitna je prednost plina u transportu nad naftom. Kako je do 2050. potrebno smanjiti emisije za 95%, a ne za nekoliko postotaka, što plin eventualno može omogućiti, plin treba gledati kao tranzicijsko gorivo jedino kada je zamjena za ugljen, to jest samo ako nemamo bolje alternative. S obzirom na to da se ugljen za grijanje uglavnom ne koristi već 50, a u transportu stotinjak godina, teza oba sektora postoje bolje alternative, jedino u proizvodnji električne energije možemo govoriti o mogućoj tranzicijskoj ulozi plina, i to kao dopune obnovljivim izvorima.

Metan – staklenički plin

Slika 1. Promjene emisija metana po regijama i izvorima, 2000-2006 and 2017.1

Metan CH4 je vrlo potentni staklenički plin čiji je vijek trajanja u atmosferi dvadesetak godina. Njegov potencijal za potencijal globalnog zatopljenja (eng. Global warming potential – GWP) je značajno veći u odnosu na ugljikov dioksid. Preciznije, potencijal metana je oko 30 puta veći od istog za ugljikov dioksid, ako se globalno zatopljenje promatra na period od 100 godina, kao što je uobičajeno (GWP100). No, promatramo li kratkoročni utjecaj na klimu, on je 85 puta potentniji od CO2 (GWP20).[1] Antropogeni metan nastaje prilikom ekstrakcije, transporta i korištenja fosilnih goriva, u poljoprivredi, posebno u uzgoju goveda, te pri odlaganju otpada na odlagališta.[2] S druge strane, prirodni metan se oslobađa u anaerobnim procesima truljenja vegetacije, recimo u tropskim rijekama i jezerima. S porastom proizvodnje „čistog“ prirodnog plina rastu i emisije metana (slika 1.) posebno na Bliskom Istoku, Rusiji i Sjevernoj Americi.

Prosječni udio fugitivnih emisija je oko 2%, što bi prirodni plin činilo marginalno čišćim iz pozicije klimatskih promjena u odnosu na ugljen. Međutim, vrlo su nepouzdani podaci o količinama tih fugitivnih emisija te o metodologiji njihovog prijavljivanja, tako da sa sigurnošću možemo reći da neka nalazišta imaju veći udio fugitivnih emisija.

Energetska efikasnost i emisije iz prirodnog plina

Osim fugitivnih emisija za usporedbu prirodnog plina i ugljena, treba uzeti u obzir i efikasnost procesa. Razmatramo li grijanje, onda je glavni produkt toplina, koja je kod oba izvora ista, tj. nema razlike između plina i ugljena. No, u proizvodnji električne energije, efikasnost procesa kombiniranog ciklusa izgaranja plina iznosi 55-65%, dok se u slučaju ugljena postižu efikasnosti u intervalu 40-45%. To znači da u proizvodnju električne energije plin ima dvostruku ugljičnu efikasnost, ukoliko su fugitivne emisije ispod 2%. Za grijanje međutim, prednost je minimalna, te ako su fugitivne emisije iznad 3%, onda je ugljen čak bolji od prirodnog plina.

Slika 2. Kad je prirodni plin bolji od ugljena, a kad nije? Sve ovisi o fugitivnim emisijama.1 Za kratkotrajnu procjenu utjecaja na klimu važan je GWP20, što znači da nam je za 3% fugitivnih emisija ugljen jednak prirodnom plinu za grijanje i transport, a za 4% i za električnu energiju.

Kad prirodni plin možemo smatrati tranzicijskim gorivom?

Zaključak se nameće, prirodni plin može biti tranzicijskog gorivo samo ako zamjenjuje ugljen, a to ima smisla samo u proizvodnji električne energije, dok niti u grijanju, niti u transportu, plin nije tranzicijsko gorivo.

Moguća je zamjena goriva (eng. fuel switch) s ugljena na plin, što bi bilo povoljno za tranziciju jer bi dovelo do povećanja cijena električne energije i povećanja investicija u nove elektrane, uglavnom obnovljive, međutim šanse su ograničene ruskom monopolnom pozicijom u dijelu europskih tržišta. Ulaz ukapljenog prirodnog plina (eng. liquified natural gas – LNG) utječe na smanjenje veleprodajnih cijena plina. No, taj utjecaj postaje manji zbog činjenice da je LNG dostupan uglavnom na tržištima s manjim utjecajem ruskog monopola. Na istočnoeuropskom tržištu je moguć povoljan utjecaj litvanskog i poljskog terminala na cijenu ruskog plina. No, pitanje je u kojoj se mjeri Poljska, okružena plinovodom Nordstream 2, spremna odreći elektrana na ugljen, prvenstveno iz sigurnosnih razloga? Bugarsko-grčki plinski interkonektor i hrvatski LNG terminal prepoznati su kao glavni dobavni pravci koji bi mogli utjecati na smanjenje ruskog monopola i monopolističke cijene plina u ostatku istočne Europe. Teško je očekivati da će novopridošli azerbejdžanski plin, koji do Italije stiže Transjadranskim plinovodom (eng. Trans-Adriatic pipeline, TAP), značajno utjecati na cijenu, zbog visoke cijene investicije i relativno malog kapaciteta u prvoj fazi. Dok se stvari smire na Bliskom istoku, plin više neće imati značajnu ulogu u tranziciji.

Do kad će trajati tranzicija?

Europa nema dovoljno vlastite proizvodnje prirodnog plina, zbog čega se smanjuje sigurnost dobave njegovim korištenjem. S obzirom na to da većina plina dolazi iz Rusije, koja ga koristi za političke svrhe, plin je izrazito loše gorivo s pozicije energetske sigurnosti. Međutim, prije ograničavanja opskrbe, ključno je smanjivati potrošnju plina, osobito u sektoru grijanja. Ograničavanje alternativnih pravaca dobave pogoduje monopolnom opskrbljivaču, što onemogućuje energetsku tranziciju.

S obzirom na to da je planirano napuštanje ugljena do 2030. u EU, to je onda i kraj energetske tranzicije. Nakon toga kreće zamjena prirodnog plina obnovljivim izvorima.

A što treba napraviti u sektoru plina do 2030?

Što se investicija u plin tiče, zaključno bismo mogli savjetovati da se ne grade kondenzacijske elektrane i energane na prirodni plin. Nadalje, trebalo bi prekinuti ulagati u korištenje prirodnog plina u transportnim sredstvima, ali i za grijanje stanova, kuhanje i grijanje vode. Plin nije tranzicijsko gorivo, dakle on ne smanjuje emisije i postoje bolje alternative u tim sektorima. S današnjim cijenama, kondenzacijske elektrane nisu kompetitivne, ali ako dođe do fuel switcha mogle bi to ponovno postati. Zato bi trebalo razmisliti o uvođenju poreza na neiskorištenu otpadnu toplinu, čime bi se podržavalo iskorištavanje otpadne topline, koja se inače emitira u atmosferu ili rijeke. Energane na plin, koje proizvode samo toplinu, bez električne energije (poput onih u Rijeci, Slavonskom Brodu i Karlovcu), kao i grijanje na plin plinskim bojlerima nemaju termodinamičkog smisla zbog niske eksergetske iskoristivosti, a na raspolaganju su nam odlične alternative.

U pogledu smanjenja postojeće potrošnje tiče, hitno treba zamijeniti energane na prirodni plin kogeneracijama ili obnovljivim izvorima te što prije treba zabraniti planiranje plinskog grijanja u novim zgradama i zgradama koje se obnavljaju, što su neke zemlje već učinile, npr. Nizozemska, Britanija, Francuska, te veći dio nordijskih zemalja. U tom smislu treba subvencionirati zamjenu plinskih bojlera drugim energentima, uglavnom centraliziranim toplinskim sustavima ili dizalicama topline, ovisno o lokalnoj gustoći toplinskog konzuma.[3]

Plin u transportu, kako ukapljeni prirodni plin, tako i stlačeni zemni plin, treba oporezovati kao naftne derivate te ostaviti mogućnost korištenja plina samo u iznimnom slučaju prekooceanskih brodova.

 

Reference

[1] Tim Gould, Christophe McGlade, https://www.iea.org/commentaries/the-environmental-case-for-natural-gas, pristupljeno 3.10.2020

 

[2] Jackson, R. B., Saunois, M., Bousquet, P., Canadell, J. G., Poulter, B., Stavert, A. R., Bergamaschi, P., Niwa, Y., Segers, A., and Tsuruta, A.: Increasing anthropogenic methane emissions arise equally from agricultural and fossil fuel sources, Environ. Res. Lett., in press, 2020

[3] Prioriteti energetske tranzicije centra Grada Zagreba – Razvojna vizija nakon potresa 2020. godine, pristupljeno 3.10.2020.

 

 

 

/by
,

Može li ugljikov dioksid i u tragovima dovesti do globalnog zatopljenja?

Ugljikov dioksid je općenito poznat kao glavni krivac za globalno zatopljenje. Njegova molekulska struktura ga čini plinom koji vrlo efikasno upija toplinu. No, kao i svaka druga kemijska tvar, on nema nikakav karakter, kao ni osobnost. Drugim riječima, on sam po sebi nije ni dobar ni zao. U međuovisnoj kombinaciji s drugim potentnim stakleničkim plinovima, među kojima je najzastupljenija vodena para, on vrlo uspješno zadržava toplinsko zračenje na Zemlji, održavajući površinsku temperaturu a razini koja je pogodna za život. Problem nastaje zbog vrlo malog porasta razine CO2 u atmosferi, što pokreće brojne povratne sprege, koje zajedno uzrokuju povećanje ukupne energije atmosfere, a time i poremećaj cijelog klimatskog sustava. Zbog kombiniranog djelovanja zadržavanja topline i povratnih sprega, vrlo mala koncentracija CO2 u atmosferi znatno utječe na ukupno stanje atmosfere. Znanstvena mjerenja doslovno svih parametara koji određuju globalnu klimu nedvojbeno ukazuju upravo na to. Jednako je jasno da je trenutna anomalija koncentracije CO2 u atmosferi predominantno uzrokovana ljudskim aktivnostima, koje znatno nadmašuju njegove prirodne izvore emisija.

Vrlo je raširen mit da, zbog malih koncentracija u atmosferi, CO2 kao tvar u tragovima nije glavni uzročnik globalnog zatopljenja. S time je povezan drugi mit, koji kaže da je količina CO2, unesena u atmosferu antropogenim emisijama, toliko mala u odnosu na ukupnu količinu atmosferskog CO2, da one ne mogu imati značajan utjecaj na globalnu temperaturu.

Gore navedene tvrdnje su pogrešne na više razina. U prvom mitu je zanemarena ne samo priroda ugljikovog dioksida, nego i temeljni mehanizam globalnog zatopljenja. Tendenciozno naglašavanje da je CO2 u atmosferi prisutan „u tragovima“ čini njegovu apsolutnu koncentraciju zavaravajućom i to zapravo nema nikakve veze sa svojstvima CO2, koja su doista relevantna u smislu njegove moći upijanja topline, a to je infracrveni spektar CO2.[1] Radi se, dakle, o klasičnom primjeru argumenta crvene haringe. No, taj mit sadrži još jednu grešku prekomjernog pojednostavljenja, u kojoj su zanemarene povratne sprege, zbog čega se znatno pojačava ukupan utjecaj. CO2, naime, nije najzastupljeniji staklenički plin u atmosferi. Zapravo, najzastupljeniji staklenički plin na Zemlji je vodena para. No, koncentracija vodene pare je predominatno određena prirodnim i relativno brzim procesom kruženja vode, pri čemu su njen najveći rezrvoar oceani. Blagi porast temperature zbog porasta koncentracije CO2 uzrokuje pojačano isparavanje vode iz oceana, što onda dodatno doprinosi porastu temperature.[2] Radi se tek o jednoj od mnogih povratnih sprega koje okida anomalna koncentracija CO2. To čak i mali porast koncentracije CO2 čini ozbiljnim poremećajem sustava. Mogli bismo reći da CO2 djeluje kao infektivno tijelo, koje uzrokuje kaskadu simptoma ozbiljne bolesti. Brojni su dokazi da su ljudske aktivnosti izvor trenutne suvišne koncentracije CO2 u atmosferi. Jedan od rijeđe spominjanih, ali ipak vrlo evidentan, je opadanje omjera radioaktivnog izotopa 14C prema stabilnom 12C.[3] Ukratko, izotop 14C se raspada pa je njegov udio u fosilnim gorivima, a time i u CO2 koji nastaje njihovim izgaranjem, vrlo mali, tj. praktički ga nema. Upravo je taj efekt opažen te, u kombinaciji s nebrojenim drugim opažanjima, ukazuje na antropogene izvore suvišnog CO2. U tom su se prekomjernom pojednostavljivanju, osim toga, negdje izgubili i prirodni izljevi CO2, poput oceana, kao i sva devastirajuća šteta koju porast koncentracije CO2 čini oceanskim ekosustavima.

Znanost vrlo jasno pokazuje da CO2 vrlo uspješno zagrijava Zemlju. Isto tako, vrlo jasno pokazuje da trenutno antropogene emisije znatno nadmašuju prirodne.

[1] M. J. Elrod: „Greenhouse Warming Potentials from the Infrared Spectroscopy of Atmospheric Gases“ J. Chem. Educ. 76 (1999) 1702

[2] I. M. Held, B. J. Soden: „Water Vapor Feedback and Global Warming“ Annu. Rev. Energy Environ. 25 (2000) 441–475

[3] H. Graven et al. „Compiled records of carbon isotopes in atmospheric CO2 for historical simulations in CMIP6“ Geosci. Model Dev. 10 (2017) 4405–4417

/by

Klimatske promjene – fizikalna osnova

Nikola Biliškov, u razgovoru s Jelenom Puđak, govori o fizikalnim podlogama klimatskih promjena. Osvrće se i na negiranje klimatskih promjena, kao jedne od pojava u općem trendu negiranja znanstvenih činjenica.

/by