Miroslav Vinkler: Green Deal – správná cesta k nápravě klimatu?

Ilustrační snímek.

Licence | Všechna práva vyhrazena. Další šíření je možné jen se souhlasem autora

Zdroj | Depositphotos

Únor 2024 v ČR historicky nejteplejším měsícem od počátku pozorování, průměrná odchylka více než + 6 °C.

Jsem pevně přesvědčený, že každý racionálně myslící člověk obdařený alespoň průměrnou inteligencí nemůže zpochybňovat výše uvedené údaje, shromážděné dostatečnými řadami měření a vylučujícími jiné vysvětlení.

Jsme fosilní společností, dlouho ji ještě zůstaneme a neseme plnou odpovědnost za stávající stav změny klimatu. Bohužel na straně druhé jsme zvolili zcela nevhodný postup, jak své minulé i současné počínání napravit.

Heslem dnešní doby zejména v EU se stal překotný úprk od fosilních paliv a výpadek elektřiny chtějí politické elity nahradit masovým zaváděním OZE, tedy zejména flotilami větrných a fotovoltaických zdrojů.

Dodnes není uspokojivě vysvětleno, jak se mohlo stát, že přes rozpor s poznatky z historie, fyzikálními i společenskými zákony, byla jako jedině správná doktrína ustanovena cesta Green Dealu.

Ta navenek proklamuje správný cíl, dekarbonizaci společnosti, avšak cesta k jeho realizaci je doslova tragická. Chtěli bychom upozornit na to, že existují i jiné možnosti, než se nám neustále, až otravně, stále podsouvá.

Klima a energetický rozpočet Země

Ten musí nejen redistribuovat teplo od rovníku směrem k pólům, ale také ze zemského povrchu a spodní atmosféry zpět do vesmíru. Jinak by se Země nekonečně zahřívala.

Čistý tok energie do a ze zemského systému tvoří energetickou bilanci Země. Když je tok přicházející sluneční energie vyrovnán stejným tokem tepla do vesmíru, Země je v radiační rovnováze a globální teplota je relativně stabilní. Cokoli, co zvyšuje nebo snižuje množství přicházející nebo odcházející energie, narušuje vyzařovací rovnováhu Země; v reakci na to rostou nebo klesají globální teploty.

Povrch Slunce má teplotu asi 5 500 stupňů Celsia. Při této teplotě je většina energie, kterou Slunce vyzařuje, viditelné a blízké infračervené světlo. Při průměrné vzdálenosti Země od Slunce (asi 150 milionů kilometrů) je průměrná intenzita sluneční energie dosahující vrcholu atmosféry přímo obráceného ke Slunci asi 1 360 W/m2.

Celkové sluneční záření je maximální výkon, který může Slunce dodat na povrch, který je kolmý k dráze dopadajícího světla. Vzhledem k tomu, že Země je koule, pouze oblasti poblíž rovníku v poledne se blíží kolmosti k dráze přicházejícího světla. Všude jinde světlo přichází pod úhlem. Postupný pokles úhlu slunečního osvětlení s rostoucí zeměpisnou šířkou snižuje průměrnou sluneční ozáření o další polovinu.

Proto je v průměru množství slunečního záření dopadajícího na vrchol zemské atmosféry pouze jednou čtvrtinou celkového slunečního záření, neboli přibližně 340 W/m2, (celosvětový průměr).

Množství slunečního světla, které Země absorbuje, závisí na odrazivosti atmosféry a povrchu země.

Rozdíly v odrazivosti (albedo) a slunečním osvětlení v různých zeměpisných šířkách vedou k energetické nerovnováze v celém zemském systému. Na jakémkoli místě na Zemi je čistý ohřev rozdílem mezi množstvím dopadajícího slunečního světla a množstvím tepla vyzařovaného Zemí zpět do vesmíru.

V tropech jde o čistý energetický přebytek, protože množství absorbovaného slunečního světla je větší než množství vyzařovaného tepla (+200 W/m2). V polárních oblastech však dochází k ročnímu energetickému deficitu, vyzařuje se více energie, než se přijme. (-200 W/m2).

Čistá tepelná nerovnováha mezi rovníkem a póly pohání atmosférickou a oceánskou cirkulaci – tepelný motor Země – a odpařování, konvekce, srážky, větry a mořské proudy jsou jeho součástmi. Zemský tepelný stroj však dělá více, než jen přenáší teplo z jedné části povrchu na druhou; přesouvá také teplo ze zemského povrchu a spodní atmosféry zpět do vesmíru.

Aby byla teplota Země stabilní po dlouhou dobu, musí být příchozí a odcházející energie stejné. Jinými slovy, energetický rozpočet na vrcholu atmosféry musí být vyrovnaný. Tento stav rovnováhy se nazývá radiační rovnováha.

Asi 29 procent sluneční energie, která dorazí do horní části atmosféry, se odráží zpět do vesmíru od mraků, atmosférických částic nebo jasných povrchů země, jako je mořský led a sníh. Tato odražená energie nehraje v klimatickém systému Země žádnou roli. Zbylých 71% se rozdělí - 23 procent přicházející sluneční energie je absorbováno v atmosféře vodní párou, prachem a ozonem, zbývajících 48 procent je absorbováno povrchem Země.

Když hmota absorbuje energii, atomy a molekuly, které ji tvoří, se vybudí; pohybují se stále rychleji a jejich zvýšený pohyb zvyšuje její teplotu. Tento proces však není jednostranný, hmota se snaží zbavit přebytečné energie jejím vyzařováním v infračervené oblasti. Množství tepla, které povrch vyzařuje, je úměrné čtvrté mocnině teploty povrchu. (Stefan-Boltzmannův zákon).

Pokud teplota Země stoupá, planeta rychle vyzařuje rostoucí množství tepla do vesmíru. Toto velké zvýšení tepelných ztrát v reakci na relativně menší nárůst teploty – označované jako radiační chlazení – je primárním mechanismem, který zabraňuje nekontrolovanému ohřevu na Zemi.

Pozornost bychom teď měli věnovat faktu, že sice atmosféra absorbuje 23 procent dopadajícího slunečního světla, zatímco povrch absorbuje 48 %, avšak atmosféra vyzařuje teplo odpovídající 59 procentům přicházejícího slunečního světla; povrch vyzařuje pouze 12 procent.

Jinými slovy, většina solárního ohřevu se odehrává na povrchu, zatímco k většině radiačního chlazení dochází v atmosféře.

Abychom pochopili, jak klimatický systém Země pracuje s energiemi, musíme vzít v úvahu procesy probíhající na třech úrovních: povrch Země, kde probíhá většina solárního ohřevu; okraj zemské atmosféry, kde sluneční světlo vstupuje do systému; a atmosféru mezi tím.

Na každé úrovni musí být množství přicházející a odcházející energie, neboli čistý tok stejné, jako podmínka radiační rovnováhy.

Licence | Některá práva vyhrazena

Foto | Ilustrace Robert Simmon/NASA / AdaMacey/Flickr

Povrchový energetický rozpočet

Vypařování -molekuly kapalné vody absorbují značné množství přicházející sluneční energie, mění kapalnou fázi na plynnou. Latentní, skrytá energie fázového přechodu se při výstupu vodní páry do atmosféry uvolňuje při kondenzaci páry, dochází k vyzáření energie v oblasti LW. Jde o primární hnací sílu atmosférického tepelného motoru.

Konvekcí rozumíme ohřátí vzduchu a jeho následné stoupání, kterým se odvádí teplo od povrchu.

Tok infračerveného, dlouhovlnného záření (LW – long wave) od povrchu do atmosféry je radiačním ochlazováním povrchu a obsahuje největší podíl energie v pásmu kolem 12 mikrometrů.

Atmosférický energetický rozpočet

Satelitní měření ukazují, že atmosféra vyzařuje tepelnou infračervenou energii odpovídající 59 procentům dopadající sluneční energie. Pokud atmosféra vyzařuje toto množství energie, musí stejné množství absorbovat. Odkud tato energie pochází?

Mraky, aerosoly, vodní pára a ozón přímo absorbují 23 procent přicházejícího slunečního záření.

Odpařování a konvekce přinášejí 25 a 5 procent přicházející sluneční energie z povrchu do atmosféry.

Řečeno účetně: 23+25+5 = 53% a chybějících 6 procent do satelity naměřených 59% musí pocházet z povrchu země ve formě LW záření.

Zdroj | NASA

Přírodní skleníkový efekt

Protože molekuly skleníkových plynů vyzařují teplo všemi směry, část z něho se šíří směrem dolů a nakonec se vrací zpět do kontaktu se zemským povrchem, kde je opět absorbována. Teplota povrchu se stává vyšší, než by byla, kdyby byl ohříván pouze přímým solárním ohřevem. Toto dodatečné zahřívání zemského povrchu atmosférou je přirozeným skleníkovým efektem.

Průměrná teplota povrchu Země díky skleníkovému efektu je 15 °C, bez skleníkového efektu byla asi -18 °C.

Klimatické vlivy a globální oteplování

Mezi umělé vlivy patří znečištění částicemi (aerosoly), které absorbují a odrážejí přicházející sluneční světlo; odlesňování, které mění způsob, jakým povrch odráží a pohlcuje sluneční světlo; a rostoucí koncentrace atmosférického oxidu uhličitého a dalších skleníkových plynů, které snižují teplo vyzařované do vesmíru. Vynucení může spustit zpětnou vazbu, která zesílí nebo zeslabí původní vynucení.

Oxid uhličitý vyvádí z rovnováhy energetický rozpočet Země tím, že absorbuje tepelnou infračervenou energii (teplo) vyzařované povrchem s vlnovými délkami v části energetického spektra, které jiné plyny, jako je vodní pára, nemají. Přestože je vodní pára silným absorbérem mnoha vlnových délek tepelné infračervené energie, její energetické spektrum má „okna“, která propouští záření a takto radiačně ochlazují atmosféru.

Nejdůležitější „okno“ se nachází mezi 8-14 mikrometry, ale oxid uhličitý je velmi silným absorbérem tepelné infračervené energie s vlnovými délkami delšími než 12-13 mikrometrů, a v tom je právě celý kámen úrazu – viz graf.

Licence | Volné dílo (public domain)

Foto | Robert Rohde / NASA

Jinými slovy, při vyzařování zemského povrchu část odcházejícího tepelného infračerveného spektra, kterou by náš nejhojnější skleníkový plyn – vodní pára – jinak nechal uniknout do vesmíru, je místo toho absorbována oxidem uhličitým. A pokud se koncentrace CO2 zvyšuje, zvyšuje se i „přivření“ tohoto radiačního okna.

Pokud by se vzrůstající koncentrace skleníkových plynů stabilizovala, pak se klima Země opět dostane do rovnováhy, i když s „termostatem“ – globální průměrnou povrchovou teplotou – nastaveným na vyšší teplotu, než byla před průmyslovou revolucí.

Právě jste se ve zkratce dozvěděli celou podstatu tématu, který hluboce ovlivňuje naší současnost.

Zápletka právě nastává

Toto řešení je však limitováno jevem, který nazveme dobou zdržení CO2 v atmosféře. Bude to rok, deset let, padesát nebo více? Odhady životnosti přebytečného CO2 jsou doslova detektivkou a lítají od 50 let až do 300 i více. Dokonce IPCC uvedlo: Například oxid uhličitý (CO2 ) se vyměňuje mezi atmosférou, oceánem a pevninou prostřednictvím procesů, jako je přenos plynů mezi atmosférou a oceánem a chemických (např. zvětrávání) a biologických (např. fotosyntéza) procesů.

Zatímco více než polovina emitovaného CO2 je v současné době odstraněna z atmosféry během jednoho století, určitá část (asi 20 %) emitovaného CO 2 zůstává v atmosféře po mnoho tisíciletí… nelze životnost pro CO2 definovat. https://archive.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/faq-10-3.html Zvítězil zcela technokratický a nesprávný návrh, změnit skokově fosilní infrastrukturu na nefosilní prostřednictvím OZE, oficiálně dekarbonizace společnosti.

Nesprávný je z více důvodů, uveďme pouze základní námitky.

- nelze fosilní infrastrukturu změnit během několika desetiletí – odkazuji na práce prof. Václava Smila
- OZE mají mizernou účinnost a jde o náhodné zdroje, z čehož plyne další negativum. Musíme totiž „překopat“ následně i sekundární infrastrukturu přenosového vedení a distribuce elektřiny za cenu dalších astronomických výdajů - viz platby za regulované složky, jde o ekonomickou sebevraždu.
- masové nasazení OZE je podmíněno gigantickou spotřebou potřebných kovů, rud a minerálů, jejich těžby a úpravy, včetně otevírání nových nalezišť v přírodních územích a další přírodní území, kde lze OZE umístit. K tomu budeme potřebovat obrovská kvanta energie a jinou než fosilní energii po ruce nemáme. Paradoxně ve jménu snižování emisí CO2 emise CO2 budeme zvyšovat.
- energetická efektivita OZE (EROI) je o řád nižší než u standardních zdrojů (hydro, fosil, jádro)
- vývoj každé společnosti a civilizace je determinován technologiemi a zdroji energie. Bez objektivně levné energie nemůže společnost a civilizace růst ani udržet svou komplexitu. – (prof. Bárta)

Pojďme si tedy shrnout zcela nezpochybnitelná fakta. Klima Země je solární systém a jeho stabilita je jednoznačně deterministicky určena radiační rovnováhou. Tedy stavem, kdy Země přijímá a vyzařuje stejný objem radiační energie.

Asi 29 procent sluneční energie, která dorazí do horní části atmosféry, se odráží zpět do vesmíru od mraků, atmosférických částic nebo jasných povrchů země, jako je mořský led a sníh. Tato odražená energie nehraje v klimatickém systému Země žádnou roli. Zbylých 71 % se rozdělí - 23 procent přicházející sluneční energie je absorbováno v atmosféře vodní párou, prachem a ozonem, zbývajících 48 procent je absorbováno povrchem Země. Pouze tři procesy odebírají z povrchu Země ekvivalentní množství energie: vypařování (25 %), konvekce (5 %) a tepelné infračervené záření (17 %).

Část odcházejícího infračerveného záření z povrchu Země je absorbována molekulami CO2 a zpětně vyzářena na zemský povrch – skleníkový efekt. Tento podíl, díky zvyšující se koncentraci CO2 , neustále narůstá. Díky antropogenním emisím CO2 a jejich silnou pozitivní zpětnou vazbou s nejdůležitějším skleníkovým plynem, vodní párou, dochází k navyšování globální teploty.

Většina solárního ohřevu se odehrává na povrchu, zatímco k většině radiačního chlazení dochází v atmosféře.

I kdyby zázrakem dnešního dne zmizely antropogenní emise CO2 , bude trvat asi sto let, než dojde k odbourání poloviny antropogenního CO2 . Na eliminaci CO2 se výlučně podílejí přírodní procesy, absorbce oceány, ukládání do půdy, minerálů a fotosyntéza.

Z tohoto pohledu je Green Deal tou nejméně vhodnou cestou jak současný nevyhovující stav napravit.

Jednak je zoufale neefektivní, astronomicky nákladný a jeho pozitivní dopady se projeví se stoletým zpožděním, zatímco negativní dopady ihned.

Šlo to udělat lépe

Zemědělství a odlesňování se podílejí na emisích CO2 až 30 %. Zemědělská a lesnická politika je plně v gesci národních vlád, v Evropě pravomoc EU.

Zemědělství a lesnictví patří k nejlépe vyvinutým lidským dovednostem, vypilovaným téměř k dokonalosti a nabaluje se na ně celý agrochemický průmysl i strojírenský, včetně progresivních moderních biotechnologií – zde máme na mysli zejména sektor genetiky.

Nejsou známy překážky bránící okamžitému ukončení deforestace a zavedení postupů razantně snižujících sektorové emise CO2.

Fotosyntéza - „energie + 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2“, nástroj umožňující okamžitou absorpci nadbytečného CO2 z atmosféry prostřednictvím programu opětovného zalesňování – zde odkazuji na předešlý článek Mohou lesy ovlivňovat globální klima?

Změna odrazivosti povrchů urbánních oblastí, tedy využití základní poučky z uvedeného radiačního modelu Země, podstatně zvýšit albedo hustě zastavěných oblastí – zejména městských aglomerací.

Plocha zpevněných povrchů je odhadována na 9mil. km2 a z fyzikálního hlediska nejde o nic jiného než supervýkonný infračervený emitor, který každý den pumpuje do energetického systému Země obrovská kvanta zjevné tepelné energie, signifikantním znakem je tzv. jev tepelných ostrovů.

Pro zajímavost – albedo u čerstvého sněhu je vyšší než 80 %. (ČHMÚ).

Změna poměru povrchového energetického rozpočtu ve prospěch latentní energie v antropogenně ovlivněných oblastech. Pokud si ještě vzpomenete, povrch Země se zbavuje solární energie třemi cestami - odparem (25 %), konvekcí – stoupáním ohřátého vzduchu (5 %) a vyzařováním (17 %) v LW pásmu. Tento poměr je však zcela jiný v zahuštěných aglomeracích a intenzivně využívaných zemědělských územích pro pěstování obilovin, což zjednodušeně nejsou nic jiného než suchomilné trávy. Příkladem může být porovnání dvou ekosystémů – pouště a tropického deštného lesa. Ve dne teploty na poušti dosahují 40 °C, v noci klesají k nule. V tropickém deštném lese se přes den pohybují okolo 25 °C, v noci 15 °C. Průměrná hodnota teploty v obou ekosystémech je 20 °C. Klima je však naprosto odlišné.

Když v létě v ČR sklidíme řepku a obilí na 1 800 000ha polí, proudí z přehřátých ploch do atmosféry teplo cca 9000 GW (12 GW je instalovaný výkon elektráren v ČR, z toho JE Temelín má 2 GW).

Opět nejsou známy zásadní překážky bránící potlačení konvekce a vyzařování zjevného tepla ve prospěch latentního tepla, založeného na evapotranspiraci vegetačního pokryvu na povrchu země.

V předešlém článku Mohou lesy ovlivňovat globální klima? jsme analýzou globálních uhlíkových toků prokázali, že lze problematiku klimatické změny řešit jinak, než je nám neustále podsouváno, tedy citlivějším a o několik řádů levnějším způsobem než proklamuje Green Deal.

V tomto článku jsme v podstatě přijali všechna tvrzení IPCC o příčinách globálního oteplování a provedli základní seznámení s energetickou bilancí Země, podmínkami radiační rovnováhy a dílčími toky radiační energie mezi povrchem, atmosférou. Vše opět v souladu s názorem převážné většiny vědecké obce.

Dospěli jsme však i touto cestou ke stejnému závěru, jako u analýzy globálních uhlíkových toků vázajících solární energii na Zemi.

Tento závěr zní: Strategie Green Dealu je od samého počátku zcela nevhodná, poplatná primitivně materialistickému pohledu na svět, vyžaduje astronomické náklady na realizaci, podvazuje ekonomický rozvoj společnosti a neřeší problém antropogenní změny klimatu v reálném čase.

Naproti tomu navržené řešení je řádově levnější, spoléhá na ověřené a milióny let osvědčené přírodní procesy a je založeno na zcela nezpochybnitelných fyzikálních zákonech a principech, vylučujících lidskou chybu. Pokud využívá poznatky civilizace např. nukleární energetiku, strojírenství, agrochemii, hospodaření s půdou a lesy, apod., jde o ověřené způsoby hospodaření, využívání moderních technologií s vysokou účinností a nižšími náklady.

Problematiku globálního oteplování by na rozdíl od Green Dealu tento postup v reálném čase řešil, a to s řádově nižšími náklady na realizaci, které by umožnily zajistit jak solidní ekonomický rozvoj, sociální stabilitu společnosti, tak i ochranu přírodního dědictví Země.