PUT U NISKOUGLJIČNO DRUŠTVO STVARNOST ILI OBMANA

Transcription

1 Mijo Zglavnik, dipl. ing. stroj. TEHNOKOM d.o.o., Zagreb PUT U NISKOUGLJIČNO DRUŠTVO STVARNOST ILI OBMANA 8. ZAGREBAČKI ENERGETSKI TJEDAN, Zemlja snimljena iz svemira , Apollo 17

2 Latentna topl. Osjetna toplina Svemir Reflektirajuće zračenje Kratkovalno Dugovalno Atmosfera Apsorpcija u atmosferi Refleksija Atmosferski prozor Refleksija Apsorpcija u atmosferi Apsorpcija Infracrveno zračenje Zemlja Apsorpcija Refleksija Infracrveno zračenje Izvor: U. Platt: Physik IV - Umweltphysik, Institut für Umweltphysik, Universität Heidelberg

3 STAKLENIČKI PLINOVI PRIRODNI Vodena para (H 2 O) Ugljikov dioksid (CO 2 ) Metan (CH 4 ) Ozon (O 3 ) ANTROPOGENI Vodena para (H 2 O) Ugljikov dioksid (CO 2 ) Metan (CH 4 ) Ozon (O 3 ) Dušikov trifluorid (NF 3 ) Didušikov oksid (N 2 O) Sumporov heksafluorid (SF 6 ) Fluorirani ugljikovodici (C 2 F 6, CF 4, CHClF 2, CCl 2 F 2 )

4 Vrijeme razgradnje, globalni staklenički potencijal u odnosu na CO 2 nekih stakleničkih plinova za 20, 100 i 500-godišnje razdoblje Staklenički plin Kemijska formula Vrijeme razgradnje u atmosferi (godina) Globalni staklenički potencijal za vremensko razdoblje 20 godina 100 godina 500 godina Ugljikov dioksid CO Metan CH ,6 Didušikov oksid N 2 O CFC-12 CCl 2 F HCFC-22 CHClF Tetrafluorometan CF Heksafluoroetan C 2 F Sumporov heksafluorid SF Dušikov trifluorid NF Izvor: IPCC Fourth Assessment Report, Climate Change 2007 (AR4), tb. 2.14

5 Osim sintetičkih halogeniranih ugljikovodika koji su isključivo ljudski proizvod, većina stakleničkih plinova može imati dvojni karakter, tj. biti posljedica prirodnih procesa i ljudskih aktivnosti. Najzastupljeniji prirodni plinovi u atmosferi dušik i kisik nisu staklenički plinovi

6 Ugljik spada uz kisik i vodik među najvažnije kemijske elemente na Zemlji. U živim organizmima i hrani nalazi se u obliku ugljikohidrata - makromolekula sastavljenih od atoma ugljika, vodika i kisika. S vodikom tvori organske kemijske spojeve ugljikovodike. Nafta je mješavina različitih ugljikovodika i manjih količina kisika, dušika, spojeva sumpora, minerala i tragova metala. Najjednostavniji ugljikovodik je metan. Glavni je sastojak zemnog plina. Važan je staklenički plin. U atmosferi se razlaže na CO 2 i H 2 O. Velike količine metana u obliku metanskog klatrata nalaze se na dnu oceana ispod sedimenata i u Zemljinoj kori.

7 Mauna Loa, Hawaii Observatory Last update: 6 Sep 2016 Typical eruption style: Dominantly effusive. Mauna Loa volcano eruptions: 1832, 1843, 1849, 1851, 1852, , 1859, , 1868, 1870(?), 1871, 1872, 1873, , 1875, 1876, 1877, 1879, 1880, , 1887, 1892, 1896, 1899, 1903, 1907, , 1916, 1919, 1926, 1933, , 1940, 1950, 1975,

8 Srednja godišnja temperatura izmjerena na Grönlandu na meteorološkoj stanici Godthab Nuuk g. Izvor: NASA National Aeronautics and Space Administration, Goddard Institute for Space Studies, May 2, 2016

9 Okvirna konvencija o promjeni klime (9. svibnja 1992.) (Hrvatska ratificirala godine a punopravna stranka postala godine) Kjotski protokol (9. prosinca 1997.) kojim industrijski razvijene zemlje postavljaju cilj smanjenja emisije u atmosferu plinova koji izazivaju efekt staklenika i porast temperature na Zemlji. Stupio na snagu 16. veljače Postotci smanjenja emisije za pojedine države su različiti a kao bazna godina uzima se Ratifikacijom Kjotskog protokola dopuštena kvota emisije stakleničkih plinova postaje za zemlju potpisnicu obvezatna uz sankcije za prekoračenje te kvote. Hrvatska ga je ratificirala 27. travnja nakon dugotrajnih i mukotrpnih pregovora a punopravna stranka Protokola postala je 28. kolovoza 2007.

10 ,99 9,41 9,45 9,84 10,38 10,97 11,47 12,05 12,43 13,07 13,85 14,85 15,42 16,03 16,91 16,94 16,84 17,82 18,38 18,59 19,63 19,42 18,83 18,66 18,59 19,27 19,85 20,46 20,98 21,75 22,23 22,30 22,59 22,41 22,44 22,81 23,17 23,72 24,07 24,16 24,27 24,86 25,55 25,92 27,38 28,78 30,17 31,24 32,15 32,84 32,51 33,74 34,97 35,49 35,99 36,24 36,26 GLOBALNA EMISIJA STAKLENIČKIH PLINOVA GODINE Gt CO 2eq Gt/god CO 2eq Okvirna konvencija UN o promjeni klime (1992.) Kjotski protokol (2005.) Godina Izvor podataka: U. S. Department of Energy, Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, November 2016

11 ANTROPOGENE EMISIJE CO 2 23,0% 19,0% 25 % Termoelektrane na fosilna goriva 23 % Mali potrošači 19 % Industrija 15,0% 15 % Izgaranje biomase 25,0% 6,0% 6 % Teretna vozila 5,5 % Osobna vozila 2,0% 1,5% 3,0% 5,5% 3 % Zračni promet 1,5 % Pomorski promet (duga plovidba) 2 % Promet (ostalo) Izvor:

12 Proizvodnja električne energije u svijetu u TWh prema vrstama goriva OIE bez HE HE NE Elektrane na fosilna goriva Izvor podataka: IEA Key World Energy Statistics 2016

13 UDJELI VRSTA GORIVA U PROIZVODNJI ELEKTRIČNE ENERGIJE U SVIJETU Izvor podataka: IEA Key World Energy Statistics 2016

14 EMISIJA CO 2 U SVIJETU PREMA VRSTAMA GORIVA U RAZDOBLJU GODINE (u milijunima tona) Ukupna emisija godine 15,46 milijardi tona Ukupna emisija godine 32,19 milijardi tona Ukupna emisija godine 32,38 milijardi tona Zemni plin Nafta Ugljen Izvor podataka: IEA Key World Energy Statistics 2016

15 757,3 617,0 592,5 541,4 503,7 488,6 479,4 475,7 471,2 457,5 377,9 344,8 333,2 323,5 303,1 17, , , , , ,5 NAJVEĆI PROIZVOĐAČI STAKLENIČKIH PLINOVA GODINE ,0 OD IZGARANJA FOSILNIH GORIVA I PROIZVODNJE CEMENTA (milijuna tona CO 2eq ) ,0 Ukupna emisija 33,86 mld t CO 2eq Od toga 8.000,0 Kina 30,3 % SAD 15,3 % Najvećih 5 onečišćivača 60,6 % 6.000,0 Najvećih 10 onečišćivača 69,5 % Najvećih 20 onečišćivača 81,4 % Hrvatska na 88. mjestu s udjelom 0,05 % 4.000, ,0 0,0 Izvor podataka: U. S. Department of Energy, Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, 2016

16 EMISIJA STAKLENIČKIH PLINOVA OD IZGARANJA FOSILNIH GORIVA I PROIZVODNJE CEMENTA 20 NAJVEĆIH ZAGAĐIVAČA (po stanovniku tona CO 2eq ) 20,00 18,00 16,00 17,93 16,24 16,13 14,00 13,49 12,47 11,88 12,00 10,00 8,00 9,79 9,39 8,84 7,99 7,52 7,15 6,00 5,76 5,21 4,51 4,25 3,96 4,00 2,00 2,46 1,91 1,58 0,00 Izvor podataka: U. S. Department of Energy, Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, 2016

17 GLOBALNA EMISIJA CO 2 (oko 800 Gt/god) 27,0% 41,5% 27,0% 41,5 % Oceani 27 % Vegetacija 27 % Tlo Sadržaj CO 2 u atmosferi oko Gt 3,5% 1,0% 1 % Izgaranje biomase 3,5 % Antropogeni izvori Izvor:

18 0,15-0,26 Gt/g 32 Gt/g SHEMATSKI PRIKAZ KRUŽENJA CO Gt Gt/g Gt/g 440 Gt/g Gt 0,4 Gt/g

19 TOPIVOST O 2 U VODI TOPIVOST N 2 U VODI

20 TOPIVOST CO 2 U VODI TOPIVOST SO 2 U VODI Što je voda hladnija može otopiti više plina a količina otopljenog plina proporcionalna je njegovom parcijalnom tlaku u plinskoj fazi.

21 OVISNOST TEMPERATURE O KONCENTRACIJI CO 2 U ATMOSFERI Planet % CO 2 Najniža temperatura Najviša temperatura Zemlja 0,038-0,040 89,2 C ( g., Antarktika, istraživačka stanica Vostok) -68 C u naseljenom mjestu (1933. g., Ojmjakon u Sibiru) Mars 95,3-133 C +27 C Venera 96, C +497 C +56,7 C ( g., Greenland Ranch u Kaliforniji)

22 Infracrveni toplinski tok kao posljedica jačeg zagrijavanja Zemlje oko ekvatora Izvor: U. Platt: Physik IV Umweltphysik, Institut für Umweltphysik, Universität Heidelberg

23 Emisija u kwh/m 2 Valna duljina u µm Stvarno infracrveno zračenje Teoretsko infracrveno zračenje Teoretsko toplinsko zračenje (infracrveno) površine Zemlje bez djelovanja stakleničkih plinova (crvena površina) i stvarno toplinsko zračenje površine Zemlje zbog djelovanja stakleničkih plinova (plava površina) Izvor:

24 Koeficijent apsorpcije Valna duljina u µm Koeficijent apsorpcije infracrvenog zračenja u ovisnosti o valnoj duljini infracrvenog zračenja za glavne stakleničke plinove Koeficijent apsorpcije prikazuje intenzitet apsorpcije 0 nema apsorpcije 1 apsorpcije potpuna (100 %) Molekule CO 2 imaju specifične i diskretne dobro poznate apsorpcijske valne duljine 2,8 µm, 4,5 µm i 15 µm

25 POTROŠNJA CO 2 ZA FOTOSINTEZU NEKIH BILJAKA U OVISNOSTI O KONCENTRACIJI CO 2 U ZRAKU Potrošnja CO 2 Biljke vrste C 3 (većina drveća 95 % biomase na Zemlji) Biljke vrste C 4 (trava, kineski rogoz, kukuruz, šećerna trska, proso ) Koncentracija CO 2 Izvor:

26 Idealna koncentracija CO 2 u staklenicima je 0,06-0,12 % (ovisno o sorti i godišnjem dobu). Ovo se pokazalo učinkovito u proizvodnji rajčica, krastavaca, jagoda i cvijeća (ruža, gerbera i orhideja). Preporučene koncentracije: rajčica i krastavci: ppm, paprika: ppm U suvremeni staklenik za uzgoj t/god rajčice na površini 11 ha dodaje se godišnje t CO 2. Rafinerija nafte Shell kod Roterdama isporučuje ljeti nizozemskim staklenicima t CO 2. Optimalna koncentracija CO 2 u zraku za pšenicu, raž i rižu je ppm. Ljudi podnose bez ikakvih posljedica koncentraciju CO 2 u zraku ppm ppm je maksimalna dopuštena koncentracija CO 2 u prostorima u kojima ljudi rade i borave.

27 UTJECAJ KONCENTRACIJE CO 2 U ZRAKU NA RAST BILJAKA rast na otvorenom pri 385 ppm, 2-4 rast u stakleniku 2 povećana koncentracija 150 ppm, 3 povećana koncentracija 300 ppm, 4 povećana koncentracija 450 ppm Izvor:

28 UTJECAJ POVEĆANE KONCENTRACIJE CO 2 ZA 300 ppm NA RAST BILJAKA Srednji porast mase % Broj uzoraka (pokusa) Ječam 41,5 % 15 Riža 34,3 % 137 Pšenica 33,0 % 214 Prosjek: 36,3 % Srednji porast mase % Broj uzoraka (pokusa) Mahune (zelene) 64,3 % 17 Soja 47,6 % 162 Krumpir (bijeli) 29,5 % 33 Krumpir (batata) 33,7 % 6 Kukuruz 21,3 % 20 Mrkva 77,8 % 5 Prosjek: 45,7 % Izvor:

29 UTJECAJ POVEĆANE KONCENTRACIJE CO 2 ZA 300 ppm NA RAST BILJAKA Srednji porast mase % Kanadska topola 124,0 % 5 Crveni javor (acer rubrum) 44,2 % 13 Sjeverni crveni hrast (Quercus rubra) Srednji porast mase % Dinja rebrača 4,7 % 3 Trešnja 59,8 % 8 Jagoda 42,8 % 4 Rajčica 31,9 % 35 Prosjek: 32,8 % 53,3 % 7 Bor (Pinus taeda) 61,9 % 65 Prosjek: 70,8 % Broj uzoraka (pokusa) Broj uzoraka (pokusa) Izvor:

30 Pozitivna faza PACIFIČKA DEKADNA OSCILACIJA (PDO) Negativna faza Odstupanja od tipične zimske temperature mora (boja) C, tlaka na morskoj razini (konture) i vjetra (strjelice) u toploj i hladnoj fazi PDO

31 UTC : : : :24

32 MILANKOVIĆEVI CIKLUSI Cikličke promjene tri faktora: putanje nagiba osi precesije Milanković je razvio dvadesetih godina prošlog stoljeća matematički model na kojem počivaju orbitalne promjene Zemlje koje su generator promjene klime na Zemlji g. u časopisu Science nakon istraživanja sedimenata morskog dna i uzoraka leda iz dubokih bušotina potvrđen je Milankovićev model klimatskih promjena. M. Milanković: Matematička teorija toplinskih pojava uzrokovanih Sunčevim zračenjem

33 Milankovićevi ciklusi Matematička teorija klimatskih promjena T - promjena nagiba Zemljine osi E - promjena ekscentričnosti Zemljine putanje P - precesija, tj. promjena smjera nagiba Zemljine osi u danoj točki putanje

34 Zemljina je os nagnuta prema ravnini njezine putanje oko Sunca (ekliptike). Zbog tog nagiba imamo godišnja doba. Nagib se s vremenom mijenja između 22,1 i 24,5 u ciklusu od godina. Manji nagib znači ravnomjerniju osunčanost i manje razlike u godišnjim dobima između sjeverne i južne polutke (hladnija ljeta i blaže zime) a veći nagib veće razlike (toplija ljeta i hladnije zime). Da nagib Zemljine osi ima veći utjecaj na primljenu energiju Sunčevog zračenja dokaz je zima na sjevernoj polutki a Zemlja je u perihelu, tj. najbliže Suncu (3. siječnja). M. Milanković: Matematička teorija toplinskih pojava uzrokovanih Sunčevim zračenjem

35 Zemlja putuje oko Sunca po stazi koja nije stalnog oblika. Općenito, to je elipsa čija se ekscentričnost mijenja od vrijednosti 0 (kad je kružnica) pa do vrijednosti 0,068 (kad je najizduženija elipsa), pa je tada razlika u udaljenosti od Sunca između točaka najbližih i najdaljih Suncu oko 20 milijuna kilometara. Ciklus traje godina. Sada je razlika između afela i perihela oko 3 % (ekscentričnost putanje skoro na minimumu). To ima za posljedicu za oko 6 % veću primljenu energiju u siječnju nego u srpnju. Kada putanja poprimi najizduženiju elipsu (najveću ekscentričnost), primljena energija od Sunca u perihelu je % veća nego u afelu. M. Milanković: Matematička teorija toplinskih pojava uzrokovanih Sunčevim zračenjem

36 Zemlja se vrti oko svoje osi a njezina os opisuje u prostoru stožac (precesija). Zbog nje početak proljeća (proljetna ravnodnevica) ne pada stalno na isti dan nego se polako pomiče duž godine i vraća se opet u isti trenutak. Zemljin nebeski pol mijenja orijentaciju od zvijezde Sjevernjače prema zvijezdi Vega i vraća se natrag. Ciklus traje godina P :28 LJ :24 J :02 Z : P :50 LJ :44 J :31 Z :02 1. Sada ZIMA 2. Za godina LJETO LJETO 3. Za godina ZIMA LJETO ZIMA

37 John Baez: Climate Science Seminar, California State University Northridge, April 26,

38 John Baez: Climate Science Seminar, California State University Northridge, April 26,

39

40

41 Tko je odgovoran za klimatske promjene? 1 ppm CO 2 = 1,83 mg/m 3 CO 2 1 mg/m 3 CO 2 = 0,546 ppm CO 2 1 vol. % CO 2 = ppm CO 2 1 kg C izgaranjem daje 3,667 kg CO 2