Globálne otepľovanie

Využívanie vzduchu ako najlacnejšieho všadeprítomného chladiaceho média s výbornými prenosovými, rozptylovými, kapacitnými aj izolačnými vlastnosťami je absurdne prehliadaným faktorom v prínose ku globálnemu oteplovaniu. Nie je to určite len o skleníkových plynoch. Problém je oveľa zložitejší a existenčne zasahuje do nášho každodenného života bez alternatívneho riešenia v dohľade. Tento článok sa pokúsi na problém nazrieť z pohľadu fyziky - ako sa energia v uzatvorenej fyzikálnej sústave (Zemeguľa s atmosférou) presúva medzi jej vrstvami (zo zemskej kôry do atmosféry).

V súčasnosti prevládajúca teória globálneho oteplovania považuje za hlavnú príčinu oteplovania skleníkový efekt spôsobený najmä emisiami oxidu uhličitého CO₂, resp. ďalších skleníkových plynov (metánu CH₄, N₂O apod.). V skratke - emisie týchto plynov vytvárajú nad stratosférou Zemegule obal - prikrývku, ktorá odráža čoraz väčšiu časť prijatého slnečného žiarenia naspäť do atmosféry Zeme, namiesto aby ho vypustila do vesmíru. Atmosféra sa teda zahrieva podobne ako skleník v lete.

Túto teóriu je ťažké vedecky overiť. Zemeguľa existuje približne 4,5 miliardy rokov, z toho posledných niekoľko stoviek miliónov rokov bol príjem a výdaj tepla v pomerne dobrej rovnováhe pre vývoj života. Spomalenie oteplovania sa nepotvrdilo odstránením freónov z priemyselnej výroby, ktoré boli ešte pred pár rokmi považované za hlavných vinníkov, ani obmedzením emisií CO₂ zavedením (obchodovateľných) emisných kvót v rámci prijatého Kjótskeho protokolu. Pre overenie teórie by sme museli zmerať vplyv slnečného žiarenia (tzn. príjem od Slnka ako aj výdaj späť do vesmíru) na celej Zemi v dostatočne dlhom časovom úseku. Ideálne by sme Zemeguľu museli uzatvoriť do gigantickej krabice, zmerali jej teplotu dnes a potom o tisíc rokov - aby sme získali objektívne hodnoty a porovnali ich. Merania teda zjavne presahujú časové i technické možnosti jednej, či niekoľkých generácií.

Predpokladajme, že uvedená teória oteplovania platí a pozrime sa na Zemeguľu ako na izolovanú sústavu uzatvorenú v "krabici". Podľa prvého termodynamického zákona ako aj zákona zachovania energie sa celková energia izolovanej sústavy nemení - teda nevzniká ani nezaniká. Môže však meniť formu (štruktúru) v rámci sústavy - a to je to, čo sa začalo od čias industriálnej revolúcie pred 200 rokmi diať činnosťou človeka a zostáva podceňovaným faktorom v prínose ku globálnemu otepľovaniu.

Vzduch ako gigantické chladiace médium - na všetko

Ako dochádza ku zahrievaniu klímy antropogénnou (ľudskou) činnosťou? Hromadným zavedením tepelných výrobných procesov. Pre pochopenie je potrebné uvedomiť si nasledujúce fakty a ich súvislosti:

1. Takmer všetky moderné technologické procesy sú založené na horúcich technológiách - exotermických reakciách - tzn. výrobných postupoch, ktoré uvoľňujú teplo.
2. Žiadny výrobný postup nie je 100-percentne efektívny v súlade s prvým termodynamickým zákonom, tzn. 100% vstupu sa premení do menej ako 100% výstupu. Rozdiel je zbytkové (reziduálne) teplo, ktoré musí byť odvedené, aby sa výrobný proces nenarušil (napr. nedošlo k výbuchu, výrobok sa nepoškodil apod.). Najčastejšie sa reziduálne teplo odvádza pomocou všadeprítomného bezplatného média - atmosferického vzduchu.
3. Atmosféra disponuje dvoma mechanizmami na odvedenie a elimináciu tepla - rozptyl a ochladenie. Rozptyl zabezpečuje rovnomernú distribúciu tepla v celej atmosferickej mase. Ku ochladzovaniu dochádza prostredníctvom vodných zrážok (vodný cyklus), v rámci ktorého je atmosférické teplo odvedené späť na zemský povrch.
4. Lokálny vplyv reziduálneho tepla je zanedbateľný v rámci lokálnej mikroklímy - vďaka dokonalému rozptylu a odvedeniu tepla v atmosfére sa nám nezdá pravdepodobné, aby jedna továreň mohla akokoľvek ovplyvniť klímu. Vďaka tomu si vplyv výroby v každodennom živote ani neuvedomujeme, alebo ho podceňujeme.
5. Globálny vplyv sa prejavuje postupným akumulovaním reziduálneho tepla z množstva (rádovo miliardy denne) lokálnych exotermických procesov po celej Zemeguli. Atmosferická hmota (5,3 x 10^18 kg) má však podobne ako akákoľvek iná hmota svoju obmedzenú tepelnú kapacitu a po určitom nasýtení už nestačí teplo spracovať - zahrieva sa. Tento jav však nastáva postupne a je pozorovateľný len s oneskorením v dlhšom časovom úseku, keďže tepelná kapacita atmosferického obalu Zeme je predsa len obrovská. Z toho dôvodu si ho - podobne ako lokálny vplyv - v dennom či jednogeneračnom živote - ani neuvedomujeme, alebo ho podceňujeme.

Industriálne tepelné procesy sa začali postupne zavádzať približne pred 150 - 200 rokmi. Zo začiatku nenápadne a v malom počte ohnísk, posledných pár desiatok rokov s rozvojom najväčších ekonomík sveta oveľa početnejšie s výraznejším dopadom. Tento jav spoľahlivo koreluje s historicky nameranými hodnotami CO₂ a globálnou akceleráciou oteplovania.

Z pohľadu fyziky sa nedeje nič nepochopiteľné - dochádza ku presunu surovín z povrchu Zeme, ich priemyselnému (tepelnému) spracovaniu vo výrobnom procese a následnému uvoľneniu zbytkového tepla do atmosféry. Nezáleží, či sa jedná o výrobu plechu zo železnej rudy, šatstva z bavlny, alebo pohonnej látky z ropy - všetky procesy v určitom štádiu potrebujú prijať alebo odviesť teplo.

V konečnom dôsledku teda presúvame energiu z hmotnej formy vo forme tepla do atmosféry - dúfajúc, že príroda to za nás zariadi a odvedené teplo "nejako" spracuje. Fyzika však nepustí - teplo, ktoré vznikne na jednom mieste sa prejaví na inom mieste - energia nevzniká, ani nezaniká, len sa presúva v rámci izolovanej sústavy, v rámci vrstiev Zemegule. Nespracovanú a nahromadenú energiu potom vnímame ako nezvyčajné prírodné javy - tornáda nevídanej sily, suché roky s požiarmi, mohutné záplavy v predtým pokojných oblastiach, roztápajúce sa ľadovce, či zmenený smer oceánskych prúdov.

Príklady - kde typicky vzniká reziduálne "industriálne" teplo?

• napríklad vo všetkých autách s naštartovanými motormi. Už desiatky rokov milióny áut denne premieňajú milióny hektolitrov nafty a benzínu na mechanickú prácu (pohyb valcov) a chemickú prácu (výbuch paliva vo valci). Zvyšné (reziduálne, odpadové) teplo je odvedené do ovzdušia.
• priemyselné komíny - spaľujú hmotu alebo ochladzujú - odvádzajú nadbytočné teplo z výrobného cyklu. Huty, spaľovne, pekárne, teplárne, rafinérie ...
• alternátory, turbíny, počítače, zložité technické zariadenia - všetky sa musia chladiť odvedením tepla vzduchom.
• ohriatie jedla - 3x denne pre 8 miliárd ľudí na plyne, pálením dreva, alebo na elektrickom sporáku. Účinnosť pri ohriatí plynom je 50 - 60% (= cca 40% ohreje odíde do ovzdušia), drevom 30 - 60%, elektrickým sporákom 80-90%.
• osvetlená ulica - elektrická energia má síce účinnosť až 98%, avšak pre zobjektívnenie je potrebné odpočítať reziduálne straty v procese jej výroby. Elektrická energia sa vyrába mechanickou (napr. turbínový alternátor) alebo chemickou prácou (napr. fotočlánok), pričom účinnosť týchto procesov je veľmi rôznorodá (napr. parná turbína len 20-40%, turbínový alternátor 80-90% apod.).
• zapálenie ohňa pračlovekom - bola prvá riadená chemická exotermická premena energie vo vnútri zemskej sústavy. Objavom tohto postupu zahájil opočlovek technologickú evolúciu. Stalo sa to 26.04.456976 pr.n.l. :-)

Nie je to teda len oxid uhličitý CO₂ a skleníkové plyny, ktoré spôsobujú globálne oteplovanie. Sme civilizácia horúcich technológií - celá naša existencia je postavená na exotermických technológiách uvoľňujúcich teplo. Takmer čokoľvek robíme znamená v nejakej súvislosti vykonanie práce alebo spotrebu zdrojov, ktoré treba následne doplniť - dodať energiu do siete, vyťažiť ďalšiu ropu, drevo, uhlie, plyn atď. Pritom vždy prejde nejaká časť reziduálneho tepla do atmosféry.

Existuje riešenie?

Ak dokážeme zistiť, s akým množstvom tepla sa dokáže atmosféra vysporiadať tak, aby sa nezvýšila jej teplota - tak možno áno. A ak by sme boli dostatočne sebadisciplinovaní a dodržali pridelenú "tepelnú kvótu". Utópia.

Atmosféra je už niekoľko generácií saturovaná reziduálnym teplom (W) a zadržiavaným skleníkovým teplom (Q). Vrátiť stav na pôvodnú úroveň bude trvať rovnako dlho. Až potom sa môžeme začať baviť o dlhodobej udržateľnosti priemyselnej výroby a tepelných technológiách.

Nie, reálne a okamžité riešenie neexistuje. Aspoň nie v súčasnej dobe, keď ešte nepociťujeme vyčerpanosť zdrojov. To príde o pár desiatok rokov s vyčerpaním zásob ropy, plynu, uhlia, uránu, prípadne lítia a ďalších strategických surovín.

Aspoň zmierniť nastúpený trend by však pomohli niektoré z nasledovných opatrení:

• zmeniť systém politického rozhodovania - neponechávať rozhodnutia individuálnym (populistickým alebo skorumpovaným) politikom a lobistom, ale odborným skupinám. A tieto kontrolovať (pozri ďalší bod).
• zaviesť systém politickej kontroly - zamedziť politickú korupciu a lobizmus - týka sa nielen ekológie
• edukácia - vychovať nastupujúcu generáciu na hodnotách, ktoré umožnia zachovanie planéty a prežitie ľudstva
• obnoviť poškodené ekosystémy - lesy, pralesy, koraly, močiare, budovať vodozádržné systémy, obnoviť fytoplanktón v moriach (má o.i. významný podiel na globálnej fotosyntéze)
• znížiť populáciu na Zemi z 8 na 3 - 4 miliardy. Sme však vôbec schopní dosiahnuť to mierovou cestou? Nezdá sa, ak vezmeme do úvahy neustále prebiehajúce väčšie či menšie vojnové konflikty už desiatky rokov. Agresivitu, túžbu vlastniť a nepodriaďovať sa máme zakorenenú hlboko v ľudskej povahe. Ktorý politik by bol ochotný postaviť svoju kampaň na slogane "Nemajte deti, aby sme prežili ako druh?". Veď to by bol aký prudký antitrend. Kto by zvolil takého politika, hoci to aj myslí dobre? Štát má presne opačný záujem - potrebuje silnú populáciu, aby mohol postaviť armádu a aby mladšie generácie zarobili na dôchodok starším. Znížením populácie by sa však radikálne znížila globálna spotreba neobnoviteľných zdrojov a bola by šanca vytvoriť dlhodobo udržateľnú rovnováhu.
• obmedziť a kontrolovať populačný rast - dosiahnuť dlhodobo udržateľnú úroveň, napr. povoliť najviac 1-2 deti v rodine. Zrušiť biznis s deťmi - žiadne prídavky na tretie, štvrté atď. Opäť prudko kontroverzná téma, diskusie o diskriminácii a obmedzovaní osobných a zaručených práv. Dajte teda lepší návrh a hlavne konajte rýchlo. A nemyslite pritom ako egoistický jedinec, ale ako druh, čo chce prežiť a zachovať Zem pre ďalšie generácie.
• zaviesť neekologické dane (tzn. za škodlivý dopad na životné prostredie) - postihovať firmy a zodpovedné osoby za ekologické škody, samozrejmosťou má byť odstránenie na vlastné náklady, žiadne "kolaterálne" škody
• zakázať tepelne náročné technológie, prejsť na energeticky menej náročné technológie a výrobné postupy, ideálne "chladné" endotermické technológie. Nahradiť súčasné technológie v plnej miere však nebude možné.
• nestavať zložité a ekologicky rizikové projekty náročné na údržbu - podmorské potrubia, gigantické priehrady ..
• je potrebá revolúcia v logistike - nahradiť prevládajúcu nákladnú dopravu ekologickými alternatívami
• je potrebá revolúcia distribúcii rýchlospotrebých tovarov - najmä v potravinárstve - minimalizovať použitie jednorazových obalov, nahradiť neeko- obaly ekologickými, výrazne zvýšiť poplatky za neeko- obaly tak, aby sa oplatili hoci aj drahšie ekologické obaly, pričom výrobca musí zabezpečiť ich recykláciu. Žiadne skládkovanie alebo ponechanie na ťarchu spoločnosti. Byť ekologický nie je lacné.
• stavať "zelené" ulice a mestá, zredukovať devastáciu prostredia v záujme profitu, rešpektovať chránené oblasti, nepovolovať stavebné výnimky apod.
• vyriešiť zber a recykláciu odpadového plastu, textilu a technických zariadení
• zmeniť systém vysušujúceho poľnohospodárstva, kombinovať lesoporasty a monokultúry, opätovne zalesniť časť poľných plôch, vylúčiť pesticídy, kalkulovať s prirodzenými stratami, pre ktoré sa napr. vytvorí poistný fond
• zakázať luxus a plytvanie bohatých na úkor chudobných - napr. výrazným zdanením luxusných statkov (ako definujeme luxusný statok? nekonečná diskusia medzi bohatými politikmi a lobistami :-)
• recyklovať, recyklovať, recyklovať ..
• uskromniť sa, nekupovať nové veci pokiaľ to nie je nevyhnutné, voliť radšej byť než mať

Záver

Globálne oteplovanie je komplexný fenomén obtiažny na porozumenie a dokazovanie v dôsledku obrovského množstva vstupných údajov a časovej náročnosti presahujúcej možnosti jednej či niekoľkých generácií.

Pokúsil som sa poskytnúť svoj laický pohľad, ktorý za hlavnú príčinu oteplovania pokladá priemyselnú činnosť človeka. V jej dôsledku dochádza jednak ku nadmernej tvorbe CO₂ zodpovednej za skleníkový efekt, a zároveň dochádza pri väčšine technologických procesov ku presunu časti uvoľnenej energie - tepla - do ovzdušia, ktoré pôsobí ako prirodzený, lacný a všadeprítomný chladič.

Z pohľadu lokálnej mikroklímy má priemyselná činnosť človeka zdanlivo zanedbateľný vplyv, nakoľko atmosféra zabezpečuje jeho dokonalý rozptyl a čiastočné spracovanie. Avšak z pohľadu globálneho dosahu a množstva prebiehajúcich dejov po celej planéte dochádza v dlhom časovom období k postupnému presýteniu atmosféry, ktorá postupne prestáva efektívne spracovávať kumulované teplo.

Dosah tejto súvislosti je enormný - zasahuje do všetkých kľúčových oblastí nášho života a pokiaľ v krátkom čase tento trend nezmeníme, generácie našich detí budú čeliť oveľa väčším existenčným problémom, než akým musí čeliť súčasná generácia.

A zatiaľ nič nenasvedčuje tomu, že by sme mali silu tento trend zvrátiť. Zásadná zmena môže prísť (ale nemusí) až s výmenou celej generácie (máme toľko času?), alebo v dôsledku katastrofálnej udalosti. Väčšina ľudí totiž nikdy dobrovoľne nezmení svoje zvyky a správanie, pokiaľ sa jej problém priamo netýka (prokrastinácia). A toto je možno aj odpoveď na Fermiho paradox - každá civilizácia dokáže vyčerpať svoje prírodné zdroje skôr, než dosiahne technologickú úroveň pre uskutočnenie medzihviezdnych letov.

Vedeli ste, že .. ?

Fotosyntéza je endotermická reakcia - tzn. spotrebováva teplo z okolia? Preto je tak mimoriadne dôležitá v prírode - prirodzene ochladzuje atmosféru. Čím viac zelene okolo nás, tým viac fotosyntézy.

Súvisiace linky:

• Worldometers
• How Exactly Does Carbon Dioxide Cause Global Warming?
• Global Temperature Trends & Projections
• Fossil Fuels
• We burn 2.7 million gallons a minute, so why's oil so cheap?
• A look at one source of carbon dioxide: Gasoline
• How much gasoline does the United States consume?
• První termodynamický zákon
• Zákon zachovania energie
• Termodynamické zákony
• Laws of thermodynamics
• First law of thermodynamics
• Termochémia
• Príklady endotermických reakcií
• Exothermic vs. Endothermic and K
• Denník N - Mať, alebo byť?
• Dokumentárny film z 2015 o devastácii oceánov a životného prostredia - Racing Extinction