Badanie: Cywilizacja przemysłowa jest silnikiem cieplnym (aktualizacja: 17.05.2017)

Pretendent do najważniejszej pracy akademickiej od czasu Granic wzrostu. Ignorowany przez środowisko naukowe. (1)

University of Utah22 listopada 2009 (wersja oryginalna)

W prowokacyjnej nowej analizie badacz Uniwersytetu Utah stwierdza, że wzrastające emisje dwutlenku węgla – główna przyczyna globalnego ocieplenia – może ustabilizować jedynie upadek światowej gospodarki (2) lub uruchomienie jednej elektrowni atomowej dziennie. (3)

„Jest mało prawdopodobnym, aby w najbliższej przyszłości nastąpiło znaczne odejście od obserwowanego ostatnio, przyspieszającego tempa emisji dwutlenku węgla,” (4) czytamy w badaniu Tima Garretta, profesora nauk atmosferycznych.

Praca Garretta została skrytykowana przez niektórych ekonomistów i odrzucona przez kilka pism naukowych, zanim zaakceptował ją periodyk Climatic Change redagowany przez renomowanego klimatologa Uniwersytetu Stanforda, Stephena Schneidera.

Badanie – oparte na koncepcji, iż fizykę można wykorzystać do scharakteryzowania ewolucji cywilizacji – wykazuje, że:

* Oszczędzanie energii lub wydajność tak naprawdę nie zachowuje energii, tylko pobudza gospodarczy wzrost i przyspiesza jej zużycie.

* W całej historii prosta „stała” fizyczna – niezmienna wartość matematyczna – łączy globalne zużycie energii ze skumulowaną produktywnością gospodarczą świata, z uwzględnieniem inflacji. Zatem nie jest konieczne, aby w prognozowaniu przyszłego zużycia energii społeczeństwa i będących jego rezultatem emisji dwutlenku węgla brać pod uwagę wzrost liczby ludności i poziom życiowej stopy.

* „Stabilizacja emisji dwutlenku węgla przy obecnym ich tempie będzie wymagać rocznie około 300 gigawatów dodatkowej, nieemitującej dwutlenku węgla produkcji energetycznej – w przybliżeniu to jedna elektrownia jądrowa (lub jej ekwiwalent) dziennie,” mówi Garrett. „Pod względem fizycznym nie istnieją inne opcje poza uśmierceniem przemysłowej gospodarki.”

Garrett mówi, że koledzy generalnie wspierają jego teorię, natomiast niektórzy ekonomiści są wobec niej krytyczni. Jeden ekonomista, który zrecenzował badanie, napisał: „Obawiam się, że autor będzie musiał przestudiować zagadnienie bardziej dogłębnie, zanim zdoła wnieść swój wkład.”

„Nie jestem ekonomistą i podchodzę do gospodarki jako problemu z zakresu fizyki,” wyjaśnia Garrett. „Uzyskuję inny globalny model wzrostu gospodarczego niż oni.”

Garrett traktuje cywilizację jako „silnik cieplny”, który „konsumuje energię i wykonuje ‚pracę’ w postaci produkcji gospodarczej, która następnie pobudza zużycie większej ilości energii.”

„Gdyby społeczeństwo nie konsumowało energii, cywilizacja byłaby bezwartościowa,” dodaje. „Tylko poprzez konsumowanie energii cywilizacja jest w stanie utrzymać działania, które nadają jej gospodarczą wartość. Oznacza to, że jeśli energii zaczyna brakować [spada jej dostępność i/lub jakość, maleje współczynnik EROI], wartość cywilizacji spada, a brak nowych źródeł energii może doprowadzić do jej upadku.”

Garrett podkreśla, że najważniejszym odkryciem jego badania „jest to, że zakumulowana na przestrzeni dziejów produkcja gospodarcza jest ściśle powiązana – poprzez stały współczynnik – z globalnym zużyciem energii.”

Ta „stała” to 9.7 (plus minus 0.3) miliwatów na 1 dolar z 1990 roku, przy uwzględnieniu stopnia inflacji. Jeśli spojrzeć na produkcję gospodarczą i energetyczną w którymkolwiek konkretnym momencie historii, „każdy uwzględniający poziom inflacji dolar z 1990 będzie wsparty przez 9.7 miliwatów zużycia energii pierwotnej,” mówi Garrett.

Garrett przetestował swoją teorię i odkrył tę niezmienną zależność między zużyciem energii i produkcją gospodarczą wykorzystując statystyki ONZ na temat światowego PKB (produktu krajowego brutto), dane Amerykańskiego Departamentu Energii o globalnym zużyciu energii w latach 1970-2005 oraz wcześniejsze badania, które szacowały globalną produkcję gospodarczą nawet 2000 lat temu. Potem analizował ich wpływ na poziom emisji dwutlenku węgla.

„Ekonomiści uważają, że ocena produktywności wymaga uwzględnienia liczebności populacji i standardu życia,” mówi. „W moim modelu wystarczy wiedzieć, jak szybko rośnie zużycie energii. Powodem jest to ogniwo, które łączy gospodarkę z ilością zużycia energii – i jest to współczynnik stały.”

Garrett dodaje: „Odnalezienie tego stałego współczynnika dramatycznie upraszcza problem [prognozowania] globalnego wzrostu gospodarczego. Uwzględnienie wzrostu populacji i zmian standardu życia nie jest konieczne, ponieważ sprzężone są z dostępnością zaopatrzenia w energię.”

Według Garretta oznacza to, że przyspieszenie emisji dwutlenku węgla prędko nie ulegnie zmianie, gdyż nasze zużycie energii jest dzisiaj powiązane z przeszłą produktywnością gospodarczą społeczeństwa.

„Postrzegana z tej perspektywy cywilizacja rozwija się za sprawą spontanicznego sprzężenia zwrotnego utrzymywanego wyłącznie poprzez konsumpcję energii oraz inkorporację materii środowiska [naturalnego],” mówi Garrett. Przypomina dziecko, które „rośnie poprzez spożywanie żywności, a kiedy dorasta, jest w stanie konsumować więcej pokarmu, co pozwala na dalszy wzrost.”

Być może najbardziej prowokacyjną implikacją teorii Garretta jest to, że oszczędzanie energii nie zmniejsza jej zużycia, ale stymuluje wzrost gospodarczy i zwiększoną jej konsumpcję.

„Przestawienie cywilizacji na tryb większej energooszczędności po prostu pozwala jej rosnąć szybciej i zużywać więcej energii,” mówi Garrett.

[Badacz] przypomina, iż zagadnienie przyspieszenia zużycia zasobów wskutek ich oszczędzania – zjawisko znane jako paradoks Jevonsa – zostało przedstawione w książce z 1865 roku zatytułowanej „Problem węglowy” Williama Stanleya Jevonsa, który zauważył, że poprawa wydajności silnika parowego wywołała spadek cen węgla i gwałtowny wzrost jego zużycia.

Czy Garrett przekonuje, że oszczędzanie energii nie ma znaczenia?

„Mówię tylko, że tak naprawdę oszczędzanie energii w znaczący sposób nie jest możliwe, ponieważ obecne tempo jej zużycia zależy od niezmiennej, przeszłej produkcji gospodarczej. Jeżeli oszczędzanie energii poprawia samopoczucie, w porządku, ale nie należy udawać, że to coś zmieni.”

Jednakże Garrett przyznaje, że ostatnie odkrycia są sprzeczne z jego dawnymi przekonaniami na temat oszczędzania [energii] – do pracy nadal dojeżdża rowerem lub autobusem, rodzinne pranie suszy na sznurku, a trawnik przycina kosiarką mechaniczną.

Garrett mówi, że często dyskutowane strategie spowalniania emisji dwutlenku węgla i globalnego ocieplenia uwzględniają większą wydajność energetyczną, redukcję wzrostu populacji oraz przestawienie [cywilizacji] na źródła energii, które nie emitują dwutlenku węgla, w tym energię jądrową, wiatrową i słoneczną oraz podziemne składowanie dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych. Sporadycznie wspomina się o innej strategii: obniżonym standardzie życia, który byłby konsekwencją niedostatecznych dostaw energii i upadku gospodarki, dodaje.

„Zasadniczo uważam, że system jest deterministyczny,” mówi Garrett. „Zmiany liczebności populacji i poziomu życia stanowią tylko funkcję aktualnej wydajności energetycznej. Jedyną opcją pozostaje przejście na źródła zasilania, które nie emitują dwutlenku węgla. Problem polega na tym, że ustabilizowanie emisji – ich zmniejszenie nawet nie wchodzi w rachubę – wymaga przestawienia [cywilizacji] na bezwęglowe źródła energii w tempie około 2.1% rocznie. To prawie jedna elektrownia atomowa dziennie.”

Czy Garrett obawia się, że osoby negujące globalne ocieplenie wykorzystają jego pracę, aby usprawiedliwić bezczynność?

„Nie,” mówi. „Ostatecznie nie jest jasne, czy strategiczne decyzje polityczne są zdolne zmienić przyszły kurs cywilizacji.”

logo-pnas(1) Ustalenia profesora Tima Garretta potwierdziła opublikowana 8 czerwca 2015 w Proceedings of National Academy of Sciences praca John R. Schramskiego, Davida K. Gattie i Jamesa H. Browna pt. Ludzka dominacja biosfery: Szybkie rozładowanie akumulatora ziemia-kosmos przepowiada przyszłość ludzkości.

Geophysical UnionBadanie opublikowane 29 grudnia 2015 w internetowej edycji Reviews of Geophysics ustaliło, że pojawienie się rolnictwa odpowiada za spowolnienie procesu naturalnego ochłodzenia 7.000 lat temu. Dokument rozstrzyga dziesięcioletnią debatę na temat roli człowieka w globalnym ociepleniu w holocenie. Gdyby nie istniała cywilizacja, Ziemia wkroczyłaby we wczesną fazę epoki lodowcowej.

(2) Formułując swoje wnioski w 2007 roku profesor Garrett nie posiadał wiedzy na temat zakresu, w jakim aerozole przemysłowe blokują pełną wartość globalnego ocieplenia.

Geophysical UnionBadanie opublikowane 20 maja 2013 w Journal of Geophysical Research: Atmospheres ustaliło, iż redukcja działalności industrialnej o 35% doprowadzi do natychmiastowego wzrostu średniej globalnej temperatury o ~1°C. Zatem upadek światowej gospodarki gwarantuje skok o ~3°C na przestrzeni dni/tygodni, po czym nastąpi intensyfikacja samonapędzających się, dodatnich sprzężeń zwrotnych (m.in. emisji metanu z arktycznych szelfów).

Ustalenia kolejnych prac badawczych i obserwacji nie pozostawiają wątpliwości: nawet wyłącznie silnika cieplnego cywilizacji przemysłowej nie zapobiegnie już dalszemu wzrostowi koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze.

logo-copernicusW czerwcu 2016 monitoring pokazał, że Amazonia emitowała więcej CO2 niż go pochłaniała. Bujna roślinność zamiast redukować tempo atmosferycznej akumulacji węgla pochodzącego ze spalania paliw kopalnych, przyspieszyła je. Dokonane przez Obserwatorium Kopernika powierzchniowe pomiary CO2 ustaliły, iż nad znacznymi obszarami Amazonii wartości koncentracji wahały się od 500 ppm do 800 ppm – były prawie dwukrotnie wyższe od średniej globalnej. Podobne skoki stężeń CO2 zarejestrowano w zalesionych regionach Afryki Zachodniej. Równikowe lasy przestają funkcjonować jako kluczowe pochłaniacze węgla, które spowalniały globalne ocieplenie.

Princeton+University+LogoObserwacje przeprowadzone na Oceanie Południowym w 1994 ustaliły, że jego powierzchnia ma mało tlenu, dużo węgla i jest bardzo mocno zakwaszona. Były to skutki potężnego upewllingu, który teraz jest stałą cechą akwenu. Pochłaniając duże ilości dwutlenku węgla, Ocean Południowy zwalniał tempo globalnego ocieplenia. Jednak wstępne dane z 2016 sugerują, że upwelling może ograniczać absorpcję CO2. Naukowcy są w posiadaniu narzędzi, które po raz pierwszy pozwalają im rejestrować ten proces niemal w czasie rzeczywistym, zwłaszcza zimą. „Widzimy trafiające do atmosfery strumienie CO2, które są o wiele większe niż szacowaliśmy,” powiedział Jorge Sarmiento, oceanograf z Uniwersytetu Princeton. „To dość oszałamiające,” dodała Alison Gray, główna autorka badania. „Oznacza to, że Ocean Południowy jest potencjalnie znacznie słabszym pochłaniaczem węgla niż zakładano.”

Analiza zamieszczona 1 września 2016 w piśmie Weather wykazała, że w 2006 roku wegetacja planety osiągnęła szczyt absorpcji atmosferycznego dwutlenku węgla. Od tego czasu zdolność roślinności do pochłaniania CO2 raptownie spada. Według Jamesa Currana, współautora badania i byłego szefa szkockiej Agencji Ochrony Środowiska, jest to pierwszy dowód na to, iż przekraczamy krytyczny punkt nieodwracalnej zmiany klimatu. Wiadomość ta zaszokowała środowisko naukowe. Wcześniejsze szacunki zakładały, że swój maksymalny poziom konsumpcji dwutlenku węgla rośliny osiągną najwcześniej w 2030. Tymczasem nastąpiło to 10 lat temu. W samym 2014 redukcja absorpcji CO2 była równowartością rocznych emisji Chin. „W przyszłym sezonie spadek może już odpowiadać połączonym emisjom Chin i Australii,” wyjaśnia Curran. „Każdego roku jest gorzej.” Zdaniem badacza wegetacja straciła apetyt na dwutlenek węgla ze względu na konsekwencje globalnego ocieplenia – susze, upały i pożary.

NatureBadanie zamieszczone 1 grudnia 2016 w Nature potwierdziło jedną z najgorszych obaw: ocieplenie Ziemi wywołane przez cywilizację industrialną sprawia, że gleby wydychają węgiel. Proces ten znany jest jako „kompostowa bomba”. Mikroorganizmy glebowe na ogół konsumują węgiel, a następnie uwalniają CO2 jako produkt uboczny. Nawet przy natychmiastowym wstrzymaniu wszystkich cywilizacyjnych emisji gazów cieplarnianych, gleby nadal będą uwalniać taką samą ilość CO2 i CH4, jaką wytwarzał przemysł paliw kopalnych w połowie XX wieku. „Można śmiało powiedzieć, że globalne ocieplenie przekroczyło punkt bez powrotu i nie możemy już odwrócić jego skutków,” powiedział dr Thomas Crowther, główny autor pracy. „Nasza analiza przedstawia empiryczne dowody potwierdzające od dawna wyrażaną obawę, iż wzrost temperatur stymuluje proces utraty glebowego C na rzecz atmosfery, co napędza dodatnie sprzężenie zwrotne klimatu, które przyspieszy planetarne ocieplenie w XXI wieku,” napisali badacze. „To z kolei może oznaczać, że wszelkie starania ludzi mające ograniczyć emisje nie wystarczą, bo otacza nas zewsząd inne ich źródło – sama Ziemia.”

BUA3124_Identity_03.indd(3) Biuletyn Naukowców Atomowych: Elektrownie jądrowe nie ochronią klimatu [Bulletin of the Atomic Scientists, 18.02.2016]

Sektor produkcji energii elektrycznej odpowiada za około 28 procent globalnych, antropogenicznych emisji dwutlenku węgla i jest zdecydowanie największym źródłem emisji gazów cieplarnianych. Z tego powodu rzekomo wolne od dwutlenku węgla elektrownie jądrowe często wymienia się jako panaceum na zmianę klimatu. W 2013 roku generowana przez nie elektryczność zapewniła jedynie 10.6 procent światowej produkcji prądu, a ponieważ energia elektryczna stanowi tylko 18 procent całkowitego światowego zużycia energii końcowej, udział atomu to tylko 1.7 procent światowego zużycia energii końcowej. Nawet gdyby doszło do znacznego zwiększenia produkcji w zakładach jądrowych, pozostaną one marginalnym źródłem energii.

Z perspektywy systemowej energetyka atomowa nie jest wolna od emisji dwutlenku węgla. Według wstępnych szacunków globalne emisje CO2 powstałe wskutek wytwarzania energii jądrowej wyniosły w 2014 roku około 110 milionów ton, co w przybliżeniu odpowiada emisjom kraju takiego jak Czechy. Dane te nie obejmują nawet emisji związanych ze składowaniem odpadów radioaktywnych.

Pośrednie emisje dwutlenku węgla z elektrowni jądrowych odnotują duży wzrost, ponieważ zasoby uranu wysokiej jakości są już wyczerpane i ich wydobycie będzie wymagało większych nakładów energii ze spalania paliw kopalnych. Z uwagi na ten trend elektrownie jądrowe utracą pod względem emisyjności przewagę nad współczesnymi elektrowniami gazowymi.

Elektrownie jądrowe potęgują zmiany klimatyczne poprzez emisję izotopów promieniotwórczych takich jak tryt i węgiel 14, a także radioaktywny gaz szlachetny krypton 85. Ten ostatni produkowany jest w elektrowniach jądrowych i uwalniany na ogromną skalę podczas przetwarzania zużytego paliwa. Stężenie kryptonu 85 w atmosferze ziemskiej odnotowało w ciągu ostatnich kilku lat gwałtowny wzrost w wyniku rozszczepiania jądrowego i osiągnęło rekordowy poziom. Krypton 85 zwiększa naturalną, wywołaną przez promieniowanie jonizację powietrza. Zatem równowaga elektryczna ziemskiej atmosfery ulega zmianie, co stwarza poważne zagrożenie dla wzorców pogodowych i klimatu. Choć krypton 85 jest według niemieckiego fizyka Klausa Buchnera „jednym z najbardziej toksycznych dla klimatu czynników,” jego emisje są ignorowane podczas międzynarodowych negocjacji klimatycznych.

NOAA_logo_color_fourinches(4) W 2015 roku koncentracje dwutlenku węgla w atmosferze wzrosły o największą wartość w historii pomiarów. Obserwatorium Mauna Loa na Hawajach zarejestrowało poziom o 3.05 ppm (części na milion) wyższy w stosunku do roku 2014. Kiedy ostatnim razem Ziemia doświadczyła nieprzerwanego wzrostu stężenia dwutlenku węgla, 11.000 i 17.000 lat temu, jego tempo było co najmniej 200 razy wolniejsze od dzisiejszego.

W 2016 koncentracje CO2 w atmosferze zwiększyły się o 3.36 ppm. To wynik znacznie wyższy od poprzedniego rekordu ustanowionego w 2015. Linia trendu wskazuje na przyrost atmosferycznego dwutlenku węgla w tempie 6 ppm rocznie do 2026. Obserwowane przyspieszenie wzrostu stężenia ma miejsce mimo doniesień, iż przez trzeci sezon z rzędu przemysłowe emisje tego gazu (w tym z produkcji cementu) podskoczyły nieznacznie.

Badanie kanadyjskiego rządu, upublicznione 15 maja 2017 w Proceedings of the National Academy of Sciences, ustaliło, że standardowe sposoby szacowania poziomu zanieczyszczeń atmosfery pochodzących z eksploatacji piasków bitumicznych w stanie Alberta całkowicie fałszują rzeczywistość. Analiza ujawniła, iż ich faktyczna skala może być nawet 4.5 raza większa od deklaracji zawartych w oficjalnych komunikatach. Wyniki potwierdzają spostrzeżenia bezstronnych obserwatorów: przemysł znacznie zaniża skutki swoich destrukcyjnych praktyk. Tymczasem agencje rządowe w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie obliczają krajowe emisje gazów cieplarnianych w oparciu o dane, które dostarcza branża energetyczna.

Tłumaczenie: exignorant

Reklamy
Ten wpis został opublikowany w kategorii Klimat, Kluczowe badania. Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.