Pobierz Skąd się biorą antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych i więcej Publikacje w PDF z Ekologia tylko na Docsity!
Skąd się biorą
antropogeniczne emisje
gazów cieplarnianych?
Wraz z rozwojem współczesnej cywilizacji – rozbudową przemysłu, intensyfika- cją rolnictwa, wzrostem populacji i jej dobrobytu – człowiek zaczął emitować do atmosfery coraz większe ilości gazów cieplarnianych, przede wszystkim dwu- tlenku węgla.
Roczne antropogeniczne (czyli związane z naszą działalnością) emisje gazów cieplarnianych mogą wydawać się niewielkie. Przykładowo, obecnie w ciągu roku wprowadzamy do atmosfery ok. 20 razy mniej CO 2 niż źródła naturalne (Ciais i in., 2013). Jednak w przeciwieństwie do emisji z ekosystemów lądowych, oceanów czy wulkanów, nasze nie są równoważone żadnymi procesami, w których usu- walibyśmy gazy cieplarniane z powietrza. Procesy naturalne robią to za nas tylko częściowo. W efekcie z roku na rok koncentracja gazów cieplarnianych w atmos- ferze rośnie.
Dwutlenek węgla, metan i tlenek azotu(I) dołączają do naturalnych cykli obiegu węgla i azotu w przyrodzie, powodując zaburzenia w różnych ich elementach (na przykład wspomniane w trzeciej lekcji zakwaszanie oceanu). Freony i inne syn- tetyzowane przez człowieka gazy techniczne stanowią zupełnie nowe składniki atmosfery.
Z tej lekcji dowiesz się, jakie procesy związane z działalnością ludzką prowadzą do emisji poszczególnych gazów cieplarnianych. Najwięcej uwagi poświęcimy dwutlenkowi węgla, który w największym stopniu odpowiada za współcześnie obserwowaną zmianę klimatu. Przyjrzymy się również emisjom związanym z po- szczególnymi dziedzinami działalności człowieka (np. energetyką, rolnictwem, transportem).
ALEKSANDRA KARDAŚ
Photo by Dan Calderwood on Unsplash
KLIMATYCZNE
ABC
LEKCJA 3
ŚWIAT PALIW KOPALNYCH
Rozwój współczesnej cywilizacji wymagał coraz większego zużycia energii do napędzania maszyn przemysłowych i rolniczych, pojazdów, urządzeń domo- wych i wielu innych. Zaspokojenie tych potrzeb możliwe było dzięki masowemu wykorzystaniu paliw kopalnych – najpierw przede wszystkim węgla brunatne- go i kamiennego, następnie także ropy naftowej i gazu ziemnego.
Podczas spalania paliw kopalnych (reakcji polegającej na łączeniu atomów węgla z tlenem) uwalniane są duże ilości energii. Jednocześnie paliwa są stosunkowo łatwe w przechowywaniu i transporcie – wystarczą odpowiednie pomieszczenia, zbiorniki, a w przypadku ropy i gazu – rurociągi. Można więc przewieźć je do miejsca, w którym chcielibyśmy produkować energię, a samą energię wyprodukować wtedy, gdy jest nam potrzebna. Tych zalet nie posiada- ły stosowane wcześniej, tradycyjne źródła energii, takie jak wiatr czy rzeki.
Niestety, wykorzystanie paliw kopalnych do produkcji energii nieuchronnie łączy się z uwalnianiem do atmosfery dwutlenku węgla, ważnego gazu cie- plarnianego (to efekt reakcji spalania), oraz innych zanieczyszczeń. Oznacza to ponowne wprowadzanie w obieg węgla, który został z niego wycofany wiele milionów lat temu. Jak wiesz z jednej z poprzednich lekcji, jego usunięcie z at- mosfery przez procesy naturalne będzie wymagało tysięcy lat.
Zgodnie z aktualną nomenklaturą chemiczną cząsteczkę CO 2 nazwalibyśmy ditlenkiem węgla lub tlenkiem węgla(IV). Ponieważ jednak jest to bardzo popularny związek chemiczny, funkcjonują- cy na co dzień pod nazwą „dwutlenek węgla”, również w naszym kursie pozostajemy przy tym określeniu.
Antropogeniczne emisje dwutlenku węgla
Człowiek przyczynia się do emisji dwutlenku węgla do atmosfery przede wszystkim poprzez spalanie paliw kopalnych – procesu, w wyniku którego do szybkiego cyklu węglowego trafia węgiel wycofany z niego miliony lat temu. Drugim ważnym źródłem CO 2 są zmiany użytkowania terenu.
ALEKSANDRA KARDAŚ
Masę atomów czy cząsteczek można podawać w jednostkach masy atomo- wej (symbol „ u ”, od angielskiego „unit”, czyli „jednostka”). 1 u to w przybliżeniu masa atomu wodoru, czyli atomu, który ma w jądrze tylko jeden proton.
Jak obliczyć masę cząsteczki? Wystarczy zsumować masy tworzą- cych ją atomów, na przykład: masa CO 2 = 12 u + 2·16 u = 44 u
PALIWA KOPALNE to wydobywane z głębi ziemi surowce zawierające węgiel, które w wyniku spalania (łączenia atomów węgla z atomami tlenu) uwalniają energię. Efektem tej reakcji jest też łączenie węgla z tlenem. Do paliw kopalnych zaliczamy węgiel brunatny i kamienny, ropę naftową i gaz ziemny (składający się głównie z metanu).
DEFINICJA
PA L I WA KO PA L N E
ܡ Spalając tonę węgla pierwiast- kowego, uzyskasz ok. 3,67 tony dwutlenku węgla. Każdy atom węgla (o masie 12 u ) trzeba połą- czyć z dwoma atomami tlenu (o masie 16 u każdy) – w rezultacie powstaje cząsteczka o masie 44 u , czyli ok. 3,67 razy cięższa niż atom węgla.
CZY WIESZ, ŻE?
TERMINOLOGIA (^) masa atomu węgla
masa atomu tlenu
LEKCJA 3 57
W poszczególnych paliwach (węglu, ropie, gazie) węgiel pierwiastkowy ukryty jest w cząsteczkach różnych związków chemicznych (o różnych zestawach przetrzymujących energię wiązań). Dlatego wyprodukowanie tej samej ilości energii z ich użyciem skutkuje różnymi emisjami dwu- tlenku węgla.
Tabela: Typowe zakresy emisji dwutlenku węgla przy produkcji energii z użyciem różnych typów paliw kopalnych, na podstawie: Engineering ToolBox (2009).
Rodzaj paliwa
Masa CO 2 emitowana przy uwolnieniu gigadżula energii [kgCO 2 /GJ] Paliwa gazowe (gaz ziemny i oparte na nim produkty) 50– Paliwa na bazie ropy naftowej (ropa, nafta, benzyna...) 69– Węgiel (różne klasy) 79–
UWAGA!
ܡ Nawet paliwa należące do tego samego rodzaju (np. gazowe) mogą mieć różną zawartość węgla pierwiastkowego i innych domieszek (np. wody, siarki). Różnice związane są z pocho- dzeniem surowca (poszczególne złoża powstawały w różnych wa- runkach) i jego obróbką (paliwa są w różnym stopniu oczyszcza- ne, ich składniki rozdzielane itp.).
CZY WIESZ, ŻE?
Rysunek 2: Roczne emisje dwutlenku węgla (w gigatonach CO 2 ) w wyniku spalania węgla, ropy i gazu oraz produkcji cementu. Po prawej zazna- czono przewidywane poziomy emisji z poszczególnych źródeł w 2019 oraz informacje o ich zmianie względem poprzedniego roku (procentowy wzrost lub spadek). Ilustracja pocho- dzi z raportu opublikowanego pod koniec 2019, kiedy ostateczne dane dla 2019 nie były jeszcze znane. Źródło: Global Carbon Project (2019).
Wraz z emisjami pochodzącymi ze spalania paliw kopalnych prezentu- je się często także te pochodzące z produkcji cementu. Wymaga ona wyprażania skał wapiennych zawierających węglan wapnia (CaCO 3 ) w wysokiej temperaturze, w celu wytworzenia tak zwanego wapna palo- nego (CaO). W wyniku tej reakcji (CaCO 3 CaO + CO 2 ) emitowany jest dwutlenek węgla.
Chociaż jest to inny proces (reakcja chemiczna) niż spalanie paliw kopalnych, również w tym przypadku mamy do czynienia z wprowadza- niem do szybkiego cyklu węglowego węgla, który został z niego wyco- fany dawno temu (podczas powstawania skał wapiennych z osadów morskich). Dodatkowo, odpowiednią do wyprażania skał temperaturę uzyskuje się najczęściej, spalając węgiel kamienny.
UWAGA!
ܡ Gdy spalamy paliwa, oprócz dwutlenku węgla może po- wstawać i być wypuszczana do powietrza także sadza – drobne cząstki stałe składające się z węgla pierwiastkowego oraz różnych zawierających węgiel związków i resztek spalanego materiału. Te cząstki pochłania- ją promieniowanie słoneczne i mogą przyczyniać się do ogrze- wania atmosfery (gdy unoszą się w powietrzu) czy szybszego topnienia lodu i śniegu (gdy opadną na ich powierzchnię). Sumaryczny wpływ sadzy na klimat jest dużo mniejszy niż dwutlenku węgla. Tak jak inne zanieczyszczenia pyłowe, sadza stosunkowo szybko (w ciągu kilku dni lub tygodni) wypada z atmosfery pod wpływem grawitacji.
CZY WIESZ, ŻE?
2019: Globalna emisja dwutlenku węgla wciąż
rośnie »
LEKCJA 3 59
ZMIANY UŻYTKOWANIA TERENU
Z lekcji dotyczącej obiegu węgla w przyrodzie wiesz już, że posunięcia takie, jak wycięcie lasu, wykarczowanie zarośli, wysuszenie bagna (zbiorczo nazy- wane zmianami użytkowania terenu), skutkują emisjami dwutlenku węgla do atmosfery. Emisje związane są:
- z likwidacją rezerwuaru węgla, jaki stanowią żyjące rośliny, które mogą: - zostać od razu lub prawie od razu spalone, - zostać przetworzone na produkty – meble, włókna, papier itd., które ostatecznie również w ciągu kilku lub kilkunastu, najdalej kilkudziesięciu lat zostaną spalone lub wyrzucone (i ulec rozkładowi), - ulec rozkładowi przez mikroorganizmy,
- z odsłonięciem gleby i wystawieniem na działanie powietrza i wiatru, co sprzyja jej erozji i utlenianiu zgromadzonych w niej szczątków orga- nicznych,
- w przypadku wysuszenia terenu podmokłego – z wystawieniem na warunki tlenowe warstwy torfu, która dotąd była zalana wodą, co umoż- liwia działanie bakterii tlenowych, rozkładających szczątki organiczne i emitujących CO 2.
Wylesianie itp. oznacza wprowadzanie do atmosfery węgla, który został z niej usunięty w ciągu ostatnich kilkudziesięciu – kilkuset lat. W przypadku osuszania mokradeł, utlenieniu mogą ulec szczątki organiczne odkładające się w ciągu tysięcy lat.
Jak możesz zobaczyć na rysunku 1, emisje dwutlenku węgla związane ze zmianami użytkowania terenu od połowy dziewiętnastego wieku utrzymują się na poziomie kilku gigaton CO 2 rocznie.
CO SIĘ DZIEJE ZWYEMITOWANYM PRZEZ NAS CO 2?
Przed rozpoczęciem epoki przemysłowej koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze przez setki tysięcy lat utrzymywała się na poziomie poniżej 300 ppm. W latach 1850–2019 człowiek wyemitował do atmosfery w sumie 1649 GtCO 2 na drodze spalania paliw kopalnych i produkcji cementu oraz 751 GtCO 2 przez zmiany użytkowania terenu. Te w sumie 2400±238 gigaton dwutlenku węgla dołączyło do szybkiego cyklu węglowego: 586±73 GtCO (^2) trafiło do oceanu, 733±147 GtCO 2 zostało pochłonięte przez ekosystemu lądowe, a w atmosferze pozostało 953±18 GtCO 2 (Friedlingstein i in., 2019).
W efekcie tych procesów węgiel powróci do atmosfery, przede wszystkim w postaci dwutlenku węgla.
Photo by Marcin Jozwiak on Unsplash
LEKCJA 3 60
Dwutlenek węgla nie jest jedynym gazem cieplarnianym, który jest wprowadza- ny do atmosfery w związku z działalnością człowieka. Ważną rolę odgrywają również metan, tlenek azotu(I), freony i inne gazy techniczne. Ich koncentracja w atmosferze jest dużo mniejsza niż koncentracja dwutlenku węgla i w dużo mniejszym stopniu odpowiadają one za obserwowane obecnie ocieplanie się klimatu. Ten stan rzeczy może jednak łatwo ulec zmianie, dlatego bacznie przy- glądamy się emisjom tych substancji, zwłaszcza jeśli stanowią one zupełnie nowe, wytworzone przez człowieka składniki atmosfery.
Antropogeniczne emisje innych
gazów cieplarnianych
Chociaż emisje i koncentracje gazów cieplarnianych innych niż dwutlenek węgla są dużo niższe niż CO 2 , również one mają znaczenie dla klimatu. Im mniejsze stężenie konkretnego składnika atmosfery, tym łatwiej je istotnie zmienić.
ALEKSANDRA KARDAŚ
Cząsteczka konkretnego gazu cieplarnianego może pochłonąć tylko promieniowanie o określonych długościach fal. Każdy gaz ma inny zestaw pochłanianych fal, chociaż niektóre częściowo się pokrywają (na przykład tlenku azotu(I) i metanu).
Gazy cieplarniane, które mają duże koncentracje w atmosferze (CO 2 , H 2 O), pochłaniają już dużą część „dostępnego” dla siebie promieniowania. Dodawanie ich do atmosfery wciąż nasila efekt cieplarniany, jednak w mniejszym stopniu niż dodanie takiej samej liczby cząsteczek gazu pochłaniającego inne długości fali i mającego mniejsze stężenie w powietrzu – na przykład metanu lub freonów.
UWAGA!
METAN
Temat metanu przewijał się już w naszym kursie. To gaz, którego cząsteczki składają się z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru (ma wzór che- miczny CH 4 i masę cząsteczki 16 u ). Jego „czas życia” w powietrzu jest dużo krót- szy niż CO 2 : w ciągu ok. 10 lat wypuszczone do atmosfery cząsteczki metanu utleniają się, w wyniku czego powstaje dwutlenek węgla, który następnie uczest- niczy w procesach cyklu węglowego znanych Ci z lekcji trzeciej. Średnia koncen- tracja metanu wyniosła w roku 2018 1869 ± 2 ppb, czyli o 159% więcej niż przed rewolucją przemysłową (World Meteorological Organization, 2019). Jak widzisz,
Pamiętaj, że w języku polskim i angielskim posługu- jemy się różnym nazewnictwem dużych liczb.
NOTACJANAUKOWA PO POLSKU PO ANGIELSKU 1 000 000 10 6 milion million 1 000 000 000 109 miliard billion 1 000 000 000 000 1012 bilion trillion
LEKCJA 3 62
stężenie metanu w powietrzu jest ponad 200 razy mniejsze niż stężenie dwu- tlenku węgla, a tona CH 4 to 2,75 razy więcej cząsteczek niż tona CO 2. Uwolnienie tony metanu będzie więc miało większy wpływ na bilans energetyczny Ziemi niż tony dwutlenku węgla (nawet biorąc pod uwagę krótszy czas życia).
Najogólniej rzecz biorąc, metan wprowadzany do atmosfery w wyniku działal- ności człowieka może pochodzić:
- ze źródeł geologicznych (gaz uwalnia się podczas wydobycia wszyst- kich paliw kopalnych, może także wyciekać z instalacji służących do przetwarzania i transportu gazu ziemnego),
- ze spalania biomasy (metan powstaje w wyniku niecałkowitego spa- lania materii organicznej, zarówno roślinności w czasie pożarów, jak i używanych przez człowieka biopaliw, np. drewna),
- ze źródeł mikrobiologicznych, czyli takich, w których dochodzi do bez- tlenowego rozkładu materii organicznej przez mikroorganizmy (mogą to być składowiska odpadów, sztuczne czy regulowane zbiorniki wodne, zbiorniki nieczystości, pola ryżowe, przewody pokarmowe zwierząt hodowlanych).
Rysunek 5 : Globalny bilans emisji i usuwania metanu z atmosfery w latach 2008– 2017. Bilans obliczany jest dwoma metodami:
- na podstawie pomiarów atmosferycznych,
- na podstawie analizy informacji o procesach, w wyniku których emitowany jest metan (np. pomiarów w miejscach emisji, statystyk gospodarczych). W przypadku emisji ze źródeł naturalnych wyniki uzyskane tą drugą metodą są prawdopodobnie zawyżone, w przypadku emisji antropogenicznych wyniki są zbliżone. Dane: Sanuois i in., (2019)
wydobycie i użycie paliw kopalnych 127 (111-154) 109 (79-168)
rolnictwo i odpady 206 (191-223) 219 (175-239)
spalanie biomasy i biopaliw 30 (26-40) 30 (22-36)
mokradła 149 (102-182) 178 (155-200)
inne emisje naturalne 222 (143-306) 37 (21-50)
calkowite emisje 737 (593-880) 572 (538-593)
calkowite usuwanie 625 (500-798) 556 (501-574)
wody sródlądowe, oceany, termity, dzikie zwierzeta, wieloletnia zmarzlina, źródła geologiczne
emisje metanu: pomiar w atmosferze emisje metanu: analiza procesów usuwanie metanu z atmosfery: pomiar w atmosferze usuwanie metanu z atmosfery: analiza procesów antropogeniczne antropogeniczne i naturalne naturalne
Przyrost metanu w atmosferze > 100 16 (0-47)
gleby 30 (11-49) 38 (27-45)
reakcja chemiczne w atmosferze 595 (489-749) 518 (474-532)
C^ A^ Ł^ KO
W^ ITEEMI^ S
J E^ CH 4 C A Ł KO W ITEU S U W AN IE CH (^625) ( 5 4 (^00) - (^798) )
737^ (^59
3 -^880 )
572^ (
538 -^593 ) (^556) ( (^501) - (^57) (^4) )
LEKCJA 3 63
- z reakcjami chemicznymi podczas produkcji nawozów oraz niektórych tworzyw sztucznych,
- z procesami oczyszczania ścieków komunalnych.
Jak możesz zobaczyć na wykresie powyżej, jego koncentracja w atmosferze stale rośnie. W 2018 wyniosła średnio 331,1 ± 0,1ppb, co oznacza wzrost o 23% względem stanu sprzed roku 1750 (World Meteorological Organization, 2019).
FREONY I ICH NASTĘPCY
„Freony” to stosowana w Polsce potoczna nazwa chloro- i fluoropochodnych węglowodorów, czyli związków powstających przez zamienienie atomów wodoru (H) w metanie (CH 4 ), etanie (C 2 H 6 ) czy propanie (C 3 H 8 ) na atomy chloru (Cl) lub fluoru (F). Są nieszkodliwe dla człowieka, trwałe i niepalne, a jedno- cześnie łatwo jest je skraplać i odparowywać. Dzięki tym cechom doskonale sprawdzały się w wielu dziedzinach, na przykład w chłodnictwie czy jako gazy nośne dla produktów sprzedawanych w puszkach aerozolowych (np. dezo- doranty). Okazało się jednak, że związki te mają bardzo negatywny wpływ na środowisko:
- przyczyniają się do niszczenia występującej w wyższych partiach atmosfery warstwy ozonowej chroniącej powierzchnię Ziemi przed szkodliwym dla organizmów żywych promieniowaniem ultrafioletowym,
- są silnymi gazami cieplarnianymi, mogącymi poważnie wpłynąć na bilans energetyczny planety i przyczynić się do szybko postępującego ocieplenia klimatu (zwłaszcza, że są to substancje, których wcześniej w atmosferze ziemskiej nie było w ogóle – uwolnienie nawet niewielkiej ilości takich związków powoduje istotne zaburzenie bilansu).
R ysunek 7: Zmiany koncentracji tlen- ku azotu(I) w atmosferze (w cząst- kach na miliard). Niebieskie kropki odpowiadają średnim miesięcznym, czerwona linia pokazuje średnie miesięczne po usunięciu wahań związanych ze zmianami pór roku. Źródło: World Meteorological Organi- zation (2019).
ܡ Ściśle rzecz biorąc „Freon” to zarejestrowana przez producen- ta (The Chemours Company) nazwa handlowa grupy gazów obejmującej różne chloro- i flu- oropochodne węglowodorów.
CZY WIESZ, ŻE?
LEKCJA 3 65
Z tych powodów na mocy tzw. Protokołu montrealskiego, podpisanego przez kraje świata w roku 1987, zostały objęte surową kontrolą i stopniowo wprowa- dzanym zakazem produkcji. Wycofywane z użycia związki CFC i ich następcy, HCFC, zostały na jakiś czas zastąpione gazami HFC (spójrz na wykres poniżej), które nie stanowią zagrożenia dla warstwy ozonowej, ale są gazami cieplarnia- nymi. Obecnie również ich produkcja podlega ograniczaniu, zgodnie z kolejną poprawką do Protokołu montrealskiego. Spadek emisji wybranego związku jest oczywiście opóźniony względem wycofania go z produkcji, ponieważ gazy są uwalniane do atmosfery, gdy zawierające je instalacje lub urządzenia ulegają rozszczelnieniu itp., czyli po jakimś czasie eksploatowania.
W przypadku większości związków typu CFC i HFC mamy obecnie do czynienia ze spadkiem lub przynajmniej stabilizacją ich emisji i koncentracji w atmosfe- rze. Spadek koncentracji następuje z istotnym opóźnieniem względem spadku emisji, ponieważ gazy te są bardzo trwałe i długo pozostają w atmosferze.
W przemyśle, badaniach czy medycynie stale wykorzystuje się wiele związków chemicznych, z których część jest gazami cieplarnianymi niewystępującymi naturalnie w atmosferze (na przykład heksafluorek siarki, SF 6 ). Ich częściowy wykaz znajdziesz na przykład w tabeli 8.A.1. w ósmym rozdziale pierwszej czę- ści Piątego raportu podsumowującego Międzyrządowego Zespołu ds. Zmiany Klimatu >>. Uwolnienie większej ilości tych gazów do atmosfery mogłoby spo- wodować znaczące zaburzenia w bilansie energetycznym planety. Na szczę- ście pomiary wskazują, że na razie nie miało to miejsca.
Czytając o freonach, możesz spotkać się z różnymi skrótami określającymi poszczególne związki chemiczne, na przykład: CFC – chlorofluorocarbons , czyli pochodne węglowodorów, w których wszystkie atomy wodoru zamieniono na atomy chloru lub fluoru, w różnych proporcjach (np. CFC-11 ma trzy atomy chloru i jeden fluoru, CFC-12 – po dwa atomy każdego rodzaju), HCFC – hydrochlorofluorocarbons , czyli pochodne węglowodorów, w których tylko niektóre atomy wodoru zamienio- no na atomy chloru lub fluoru, HFC – hydrofluorocarbons , czyli po- chodne węglowodorów, w których tylko niektóre atomy wodoru zamieniono na atomy fluoru.
R ysunek 8: Emisje (na podstawie opracowań agencji NOAA, AGAGE i UEA) lub produkcja (na podstawie deklaracji krajów) najpopularniejszych freonów, CFC-11 i CFC-12 i HCFC- (w kilotonach). W przypadku HCFC- podano także oszacowanie emisji na podstawie zużycia związku. Źródło: World Meteorological Organi- zation (2018).
R ysunek 9: Zmiany koncentracji najważniejszych freonów i heksaflu- orku siarki (SF6) w atmosferze (w cząstkach na bilion). Źródło: World Meteorological Organi- zation (2019).
Więcej na temat freonów przeczytasz w tekstach: Dziura ozonowa
- historia sukcesu » Przed czym uchronił nas Protokół Montrealski? » Nowy nienowy gaz cieplarniany »
LEKCJA 3 66
Analizując emisje związane z poszczególnymi sektorami, musimy wziąć pod uwagę także to, że mogą mieć one charakter pośredni lub bezpośredni:
Emisje bezpośrednie i pośrednie ilustruje poniższy diagram. Zwróć uwagę, że całkowite emisje (suma bezpośrednich i pośrednich) związane z wybranym sektorem gospodarki mogą być dużo wyższe niż jego emisje bezpośrednie. Tak jest zwłaszcza w przypadku przemysłu i tzw. sektora „budynków”, w których duże ilości energii elektrycznej są wykorzystywane do napędzania urządzeń, utrzymywania komfortowej temperatury wnętrza itd. Podział odpowiedzialno- ści za emisje gazów cieplarnianych może więc zależeć od przyjętej konwencji. Korzystając z różnych źródeł danych o emisjach, należy zwrócić uwagę, czy i jakie emisje pośrednie uwzględniono w opracowaniach.
BEZPOŚREDNIE EMISJE GAZÓW CIEPLARNIANYCH – ilość gazów cie- plarnianych emitowanych do atmosfery w danym sektorze czy przy danej działalności, na przykład: emisje ze spalania drewna w kominkach wchodzą w skład bezpośrednich emisji z budynków, a emisje metanu z ryżowisk to element bezpośrednich emisji z rolnictwa. Sposób na określenie wpływu na efekt cieplarniany jednostki masy gazu cieplarnianego innego niż CO 2 , wartość ekwiwalentu odpowiada masie dwutlenku węgla, która wpłynęłaby na bilans energii Ziemi w tym samym stopniu.
POŚREDNIE EMISJE GAZÓW CIEPLARNIANYCH – ilość gazów cieplarnia- nych emitowanych do atmosfery w związku z produkcją towarów czy usług, z których dany sektor korzysta, na przykład: większość sektorów korzysta z prądu elektrycznego, który na ogół produkowany jest dzięki spalaniu paliw kopalnych, z czym wiążą się emisje gazów cieplarnianych do atmosfery.
DEFINICJA
B E Z P O Ś R E D N I E E M I S J E G A ZÓ W C I E P L A R N I A NYC H
DEFINICJA
P O Ś R E D N I E E M I S J E G A ZÓ W C I E P L A R N I A NYC H
Rysunek 10: Podział całko- witych emisji gazów cieplar- nianych (w przeliczeniu na ekwiwalent dwutlenku węgla) pomiędzy poszczególnymi sektorami gospodarki według danych z roku 2010, z wyróżnie- niem emisji bezpośrednich i po- średnich (dane za IPCC, 2014). Skrót RLUT oznacza rolnictwo, leśnictwo, użytkowanie terenu i jego zmiany. „Budynki” to budynki mieszkalne, komercyjne czy użyteczności publicznej.
LEKCJA 3 68
ENERGETYKA I CIEPŁOWNICTWO
Większość energii elektrycznej jest obecnie wytwarzana poprzez spalanie paliw kopalnych. Wydzielane podczas ich spalania ciepło jest najczęściej zużywane do podgrzewania i odparowywania wody. Para napędza turbinę, której ruch służy do generowania prądu elektrycznego. Przy okazji otrzymujemy również ciepłą wodę, która może być użyta do ogrzewania budynków. Wykorzystanie paliw odpowiada za ok. 85% produkcji energii pierwotnej.
Energetyka odpowiada za większość związanych z działalnością człowieka emisji dwutlenku węgla, ale także za znaczną część (30–35%) emisji metanu (jak pamiętasz z poprzedniego rozdziału, jest on uwalniany podczas wydobycia paliw kopalnych oraz transportu i przetwarzania gazu ziemnego). Sumarycznie sektor ten odpowiada za ok. 35% antropogenicznych emisji gazów cieplarnia- nych, ale oczywiście większość energii jest użytkowana nie przez samą branżę energetyczną, a jej klientów.
PRZEMYSŁ
Przemysł odpowiada w sumie za ok. 30% antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych. W ok. 1/3 jest to efekt wykorzystania energii elektrycznej do napędzania wszelkiego rodzaju maszyn, jednak 2/3 to bezpośredni efekt proce- sów technologicznych, takich jak na przykład:
- produkcja cementu (w 2018 odpowiadała za ok. 3,5% całkowitej antro- pogenicznej emisji CO 2 ,) (Friedlingstein i in., 2019),
- produkcja stali (CO 2 jest jednym z produktów reakcji zachodzących w piecach hutniczych),
- produkcja tworzyw sztucznych (której mogą towarzyszyć na przykład emisje N 2 O).
ROLNICTWO, LEŚNICTWO, ZMIANY UŻYTKOWANIA TERENU (RLUT)
W zbiorczych podsumowaniach emisji sektory gospodarki takie jak rolnictwo, gospodarka leśna i inne związane z użytkowaniem terenu oraz jego zmianami ujmowane są często łącznie. Wynika to z przyczyn praktycznych – we wszyst- kich przypadkach mamy do czynienia z podobnymi działaniami (usuwanie i sadzenie roślin, nawadnianie czy odwadnianie gleby), a więc i tymi samymi procesami fizycznymi oraz biologicznymi prowadzącymi do emisji gazów cieplarnianych. Ponadto zmiany użytkowania terenu prowadzone są często na potrzeby rolnictwa lub leśnictwa albo polegają na zmianie kategorii terenu, np. z leśnej na rolniczą lub na odwrót. Rozdzielenie skutków poszczególnych przedsięwzięć pomiędzy odrębne sektory mogłoby więc być problematyczne.
Sektor RLUT odpowiada za 20–25% antropogenicznych emisji gazów cieplarnia- nych. Dokładne oszacowanie jest trudne, ponieważ ta wartość tylko w niewielkim stopniu zależy od łatwych do ustalenia emisji związanych z wykorzystaniem energii elektrycznej czy paliw napędzających maszyny. W większości chodzi o emisje związane ze zmianami użytkowania terenu (aktualnie ok. 14% antropo- genicznych emisji CO 2 , Friedlingstein i in., 2019), erozją gleb (CO 2 i CH 4 ), użyciem nawozów sztucznych (N 2 O), hodowlą zwierząt i użyciem nawozów naturalnych.
Energia pierwotna to energia „na wejściu”, na przykład uwalniana podczas spalania paliwa. Może być ona następnie zużywana do generowania prądu elektrycznego, prąd jest przesyłany do użytkow- nika i wykorzystywany w jakimś urządzeniu końcowym, na przy- kład maszynie produkcyjnej albo lampce biurkowej – na każdym z tych etapów jakaś część energii pierwotnej jest tracona.
LEKCJA 3 69
TRANSPORT
Transport odpowiada za 14–15% emisji antropogenicznych emisji gazów cie- plarnianych. W większości ich źródłem jest obecnie bezpośrednie spalanie pa- liw zawierających węgiel w silnikach pojazdów. Największe emisje powodują:
- transport drogowy (samochody osobowe, ciężarowe, autobusy) – ok. 72%,
- transport lotniczy – ok. 11%,
- transport wodny – ok. 11%,
pozostałe źródła emisji to rurociągi, emisje pośrednie pojazdów elektrycznych, transport kolejowy (IPCC, 2014).
ODPADY
Czasami w podsumowaniach emisji z różnych sektorów gospodarki można znaleźć także „odpady”. Pod tym hasłem kryją się wysypiska, ścieki i tym po- dobne miejsca oraz zajmujące się nimi przedsiębiorstwa lub instytucje. Są one źródłami metanu i dwutlenku węgla emitowanych w wyniku rozkładania materii przez bakterie. W sumie odpowiadają za ok. 3,5% emisji gazów cieplarnianych. Emisje związane z odpadami produkowanymi przez konkretny dział gospodarki mogą być też zaliczone do emisji pośrednich z tej branży, podobnie jak te zwią- zane ze zużyciem energii elektrycznej.
Jak widzisz, emisje związane z lotnictwem to zaledwie ok. 11% emisji gazów cieplarnianych związanych z transportem. Czemu w takim razie tak dużo mówi się o szkodliwym wpływie latania na klimat? Wynika to z kilku kwestii:
- liczba pasażerów samolotu (zwłaszcza prywatnego lub w wyż- szych klasach) jest stosunkowo mała, a maszyna spala dużo paliwa na ich przewiezienie, co daje duże emisje na pasażera. W efekcie przelot samolotem może mieć poważny udział w rocz- nych emisjach gazów cieplarnianych związanych z wypełnianiem potrzeb konkretnej osoby;
- spaliny z silników lotniczych zawierają nie tylko dwutlenek węgla (który jest dobrze wymieszany w atmosferze i jest go pod dostat- kiem także na wysokościach przelotowych), ale także:
- parę wodną, której na ogół jest w wyższych partiach atmosfe- ry niewiele, a która jest istotnym gazem cieplarnianym i w do- datku po skropleniu tworzy mające ocieplający wpływ na klimat smugi kondensacyjne i chmury cirrus,
- tlenek azotu(I). Wyemitowanie ich wysoko w atmosferze sprawia, że przebywają w niej dłużej i wpływają na bilans energetyczny silniej, niż gdyby wprowadzo- no je do atmosfery przy powierzchni Ziemi.
LOTNICTWO
LEKCJA 3 71
Emisje gazów cieplarnianych
a klimat
Największy wkład w obserwowane obecnie ocieplanie się klimatu ma wzrost koncentracji dwutlenku węgla.
Jak pokazaliśmy w tej lekcji, działalność człowieka skutkuje emisjami różnych gazów cieplarnianych – zarówno takich, które już w niej występowały (CO 2 , CH 4 , N 2 O), jak i zupełnie nowych (freony i inne gazy przemysłowe). Wykres na następnej stronie pokazuje, w jakim stopniu poszczególne gazy odpowia- dają za obserwowany w ostatnich dekadach wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi, nazywany też globalnym ociepleniem. Na skali pionowej wykreślono wymuszanie radiacyjne – wielkość mówiącą, jak występowanie konkretnego czynnika wpłynęło na ilość energii wydostającej się z atmosfery (w jednostce czasu, z jednostki powierzchni). Jest to bardzo dobra miara, bo jak pamiętasz z lekcji o bilansie energetycznym i efekcie cieplarnianym, wzrost koncentracji gazów cieplarnianych powoduje właśnie zatrzymywanie większej ilości energii w ziemskim systemie klimatycznym (a więc ograniczenie jej ucieczki w kosmos).
ALEKSANDRA KARDAŚ
WYMUSZENIE RADIACYJNE – różnica między bilansem energetycznym planety w stanie wyjściowym i zaburzonym (po zadziałaniu określonego czynnika, np. wzroście koncentracji wybranego gazu cieplarnianego).
DEFINICJA
W Y M U S Z E N I E R A D I A C YJ N E
Photo by Nik Shuliahin on Unsplash
LEKCJA 3 72
