Otevřený bianko dluh který budeme muset zaplatit

Nedávno jsem si položil otázku, kolik času bude lidstvo potřebovat, aby snížilo ekologickou zátěž planety způsobenou vypouštěním oxidu uhlíku. Zjistil jsem, že stovky let. Možná, že nám příroda pomůže, když pomůžeme my jí.

Pokud se podrobněji začneme zabývat otázkou, kolik CO₂ přidalo lidstvo do atmosféry od začátku průmyslové revoluce (od roku cca 1850), dojdeme k několika překvapivým zjištěním.

• Oněch +145 ppm CO₂ v atmosféře je vlastně strašně moc; nárůst +52% (2024) je hodně.
• Lidstvo vyprodukovalo asi dvakrát víc CO₂, než kolik v atmosféře měříme.

• Nadbytečný oxid uhličitý částečně absorbovaly oceány (asi 25%), které jsou obrovským zásobníkem CO₂. Je ho v nich asi 6x vic než v atmosféře. Oteplováním povrchových vrstev se ale uvolňuje. Oceány jsou trochu jako tikající termická bomba.
• Další nadbytečnou část CO₂ také asi 25-30% absorbovala pevnina. Tento zásobník CO₂ je ještě méně stabilní, než vodní rezervoáry. Přirozený roční cyklus v atmosféře je asi 750 Gt CO₂. Masívním zalesňováním by se dala rovnováha na několik dekád upravit tak, aby bilance byla záporná.
• Existují jak anorganické, tak i organické přírodní procesy, které dokáží nadbytečný CO₂ z atmosféry trvale vázat. Jsou ale velmi pomalé a jde řádově spíše o tisíce let.

Začněme jednou zajímavou, ale krutou epochou naší planety. Permské vymírání (někdy také nazývané vymírání na rozhraní perm-trias) je nejrozsáhlejší vymírání organismů v geologické historii Země před asi 250 miliony let. [1] Je zajímavé nejen tím, že když zahynulo 80-95% živých organismů, jak pomalu se biosféra vzpamatovala, ale i tím, co bylo příčinou. Hodně zjednodušeně řečeno, vlivem rozsáhlých erupcí v oblasti dnešní Sibiře došlo k ochlazení (asi o -2˚C z 23°C) vlivem vyvrženého popela při sopečné činnosti. Přitom došlo k masívnímu navyšování množství CO₂ v atmosféře. Po usazení popela došlo k zvýšení průměrné teploty až o 16˚C (na asi 39˚C) oproti období před katastrofou. Množství CO₂ vzrostlo asi 6x vlivem rozsáhlých požárů, vlivem vyvrhování plynů při erupcích a vlivem pálení podzemních úložišť uhlíku (uhlí, ropa, vápenec) v oblastech, kde magma vyvěralo na povrch. Přiložená studie na Wikipedii [1][4] dokládá, že se koncentrace CO₂ ze 420 ppm (průměr měření) zvedla na 2 500 ppm během 10 000 – 60 000 let (tj. nárůst asi +4 ppm až +20 ppm každých sto let). Stabilizovat atmosféru na podobné koncentrace CO₂ jako před vymíráním, trvalo 5-10 miliónů let. Průměrná roční teplota pak také klesla na podobné hodnoty. 1)

Můj předchozí blog Je libo dotaci na maželku a manžela... uvádí, že nám, jako lidstvu, bude trvat minimálně 300 let, pokud se budeme snažit dostat hladinu CO₂ znovu na oněch předindustriálních 280 ppm. Ohromilo mě, jak nedosažitelný cíl to je, domníval jsem se, že by nám, vzhledem k exponenciánímu nárůstu spotřeby fosilních paliv a cementu, který je také při výrobě zdrojem emisí CO₂, mohly stačit vyšší desítky let, ale i z porovnání Permského vymírání to vypadá, že vytěsnit přebytečný CO₂ z atmosféry je mnohem těžší, než ho tam dostat. Pojďme si to tedy nejprve raději znovu přepočítat, než budeme dělat ukvapené závěry.

Podle této statistiky Statista CO₂ emise [2] se můžeme přesvědčit, že emise skutečně narůstají exponenciálně.

Graf produkce CO2e (ekvivalentních jednotek CO2) v Gt po desetiletích od roku 1750 dle [1]

Celková bilance je 1 800 Gt CO₂ od roku 1750 do současnosti. Některé zdroje uvádí hodnoty až o 1000 Gt CO₂ vyšší, ale pro naše účely to není podstatné. Řádově to odpovídá. V atmosféře, která obsahuje o asi 52% víc CO₂ než v roce 1750 je ho aktuálně něco kolem 425 ppm. Nárůst o 140 ppm činí asi +1000 Gt CO₂ (Wikipedie uvádí +1500 Gt CO₂). [3]

Pojďme si spočítat, kolik energie je potřeba k redukci 1kg CO₂ v kWh. Tento proces je možné uskutečnit:

• elektrochemicky (katalytický rozklad elektrolýzou)
• termochemicky (katalytický rozklad při teplotě kolem 1000˚C)
• fotokatalyticky (např. fotosyntéza)

Průmyslově nejběžnější (a nejspíš i nejefektivnější) je elektrochemický rozklad. Na zachycení CO₂ z atmosféry je potřeba asi 0.5–2 kWh/kg CO₂; střední hodnota je 1.25 kWh/kg. Pak musíme připočítat energii na rozklad CO₂ na kyslík a uhlík. Výpočten Gibbsovy volné energie dojdeme k výsledku ΔG⁰ = 394.4 kJ/mol a ze stechiometrické konstanty pro CO₂, která je 44 g/mol vychází ΔG⁰ = 22.73 x 394.4 kJ/kg. Čili asi 2.49 kWh/kg CO₂. Žádný proces není 100% účinný, musíme počítat ztráty. Při elektrochemickém procesu jsou uvažované ztráty zatím poměrně vysoké, uvažujme účinnost 50%. Celkem tedy asi 6.25 kWh/kg CO₂.

Výpočet volné Gibbsovy energie pro rozklad CO2, který vygenerovala AI Grok

Máme skoro hotovo. Z hmotnosti CO₂ v atmosféře spočítáme energii. Abychom se dostali na předindustriální stav musíme snížit 420 ppm na 280 ppm, tj -140 ppm za předpokladu, že koncentrace CO₂ už neporoste (což není pravda, ještě pořád nějaký čas poroste rychlostí asi +4 ppm/rok – srovnej s rychlostí v Permském vymírání, ale mělo by to začít postupně klesat). V atmosféře je asi 7.82 GT CO₂/ppm; celková hmotnost: 140 × 7.82 GtCO₂/ppm ≈ 1 095 GtCO₂. Celkem 1 095 x 10^12 kg CO₂ (srovnej s přirozeným cyklem CO₂; převis je obrovský). To odpovídá 6 843 x 10¹⁵ Wh, tedy 6 843 PWh, a ke snížení koncentrace CO₂ o 1 ppm je potřeba asi 49 PWh a to je pořád ještě asi o 50% víc, než je celosvětová roční produkce elektřiny. [5][6][7][8]

Další metody jsou energeticky mnohem horší. Termochemická reakce potřebuje na rozložení 1 kg CO₂ asi 10-15 kWh a fotokatalytická redukce > 20 kWh. Ta se ovšem děje i přirozeně v rostlinách a lze jí využít bez dalších energetických vkladů díky občasnému (sic!) a přirozenému slunečnímu záření.

Můj předchozí blog uvádí pro elekrochemickou metodu asi o 2 000 PWh vyšší hodnotu. Vychází z poněkud pesimističtějších předpokladů. Tento výpočet je více minimalistický, ale přesto zdrcující. Při roční celosvětové výrobě elektrické energie kolem 30 PWh a která navíc ještě není ani z poloviny nízkoemisní, to vypadá na dlouhá staletí, než se podaří bilanci srovnat. pokud bychom používali jen tuto, tak slibně vypadající metodu...

Co se s tím dá dělat? Nepropadal bych panice. Indové říkají, že rajče se nejí celé. První krok dekarbonizace, který už děláme, je samozřejmě ukončit další produkci CO₂ lidskou činností. Měli bychom se zamyslet jak dál, a aby bylo nad čím se zamýšlet, tak je potřeba mít alespoň řádově správná data. Klimaalarmisti mají určitě pravdu v tom, že se nám krátí čas, abychom něco smysluplného ještě mohli podniknout, než se nám emise vymknou a obrátí se úplně proti nám. A pokud už mě mezi klimaalarmisty taky počítáte, tak to nevadí. Je lepší být za blba, než pak vykřikovat „Já vám to říkal“, když už bude pozdě něco dělat.

P.S. Koukněte na stav a prodeje aut v evropských automobilkách. Já vám to říkal, už před čtyřmi roky, že jestli tu elektromobilitu nevezmeme vážně, tak se z gigantů stanou trpaslíci, pokud vůbec přežijí.

1) Je potřeba říci, že té době obývaly planetu diametrálně jiné živočišné druhy než teď ve čtvrohorách, které byly na tehdejší podmínky přizpůsobené. Nedává tedy úplně smysl porovnávat průměrnou teplotu tehdy (před katastrofou) kolem 23˚C, která se vztahuje na tropickou SST (sea surface temperatue) a současnou tropickou SST, které je kolem 27˚C anebo tehdejší 16.5˚C GMST (global mean surface temperature) se současnou průměrnou 15˚C GMST.

Poděkování vyhledávači Google Google Docs AI Grok AI Chat GPT za pomoc při vyhledávání údajů a generovaní obrázků. Zvláštní poděkování AI Grok, Perplexity a ChatGPT za intelektuální schopnosti při řešení otázek i za jejich omyly; a současně jedna důležitá připomínka. Pořád platí dvakrát měř. Všechno si ověřujte i u zdroje, nespoléhejte slepě na AI.

Prohlášení: Všechny grafy a obrázky jsou v držení autora článku. Graf je generovaný pomocí Google Docs.

[1] Wikipedie Permské vymírání

[2] Statista CO₂ emise

[3] Carbon dioxide in Earth’s atmosphere

[4] Flat latitudinal diversity gradient caused by the Permian–Triassic mass extinction

[5] Electrochemical CO2 Reduction to Carbon

[6] Energy Requirements for CO2 Reduction

[7] Carbon Cycle and Energy Calculations

[8] CO2 Electrolysis Fundamentals