Stupně a gigatuny. Klimatická změna v číslech

Letošní léto nebylo v Česku nijak extrémní, naopak svěže vlhké. Asi proto se tak u nás o klimatické změně hovořilo téměř výhradně v souvislosti s novou zprávou mezivládního panelu OSN pro změnu klimatu (IPCC). A zájem médií a většiny veřejnosti i tak opadl.

Je to trochu krátkozraké. Téma klimatické změny bude v příštích letech hýbat rozhodně politikou celé řady okolních zemí, našich důležitých obchodních partnerů i zemí méně důležitých. A téměř určitě jeho význam poroste i u nás.

Ať na ni v tuto chvíli máme názor jakýkoliv, bude dobré mít přehled o základních faktech a faktorech. K tomu má sloužit následující „průvodce“.

Jak se má oteplovat?

Dnes už existuje poměrně málo relevantních vědeckých důkazů, které by oteplování planety mohly zásadně zpochybnit. Měření posledních desetiletí ukazují všechny jedním směrem. Samozřejmě, celou řadu aspektů dnešní klimatologie lze legitimně napadat, oteplování samo ale nevypadá jako „chyba měření“.

Předpokládá se přitom, že globální oteplení je přibližně přímo úměrné celkovému množství CO2, které bylo vypuštěno do atmosféry. Jinak řečeno: čím více emisí skleníkových plynů vypustíme, tím vyšší bude průměrná světová teplota. Když si tedy stanovíme určitou hranici oteplení, kterou nechceme překročit, dá se vypočítat, kolik CO2 ještě můžeme jako lidstvo v budoucnu vypustit, abychom se pod danou hranicí udrželi.

Jak rychlé to oteplení v důsledku vypouštění CO2 mělo být? To si nikdo dnes netroufá říci přesně. Klima je složité, je v něm celá řada vazeb a souvislostí, kterém nám unikají. Velký problém bylo v posledních desetiletích například modelování vlivu mraků na teplotu, především mraků nad oceány. I z toho prostého důvodu, že měření na moři máme mnohem, mnohem méně než měření z pevniny.

Takzvaná „citlivost klimatu“. Tato hodnota udává, o kolik by se měla zvýšit teplota atmosféry při zvýšení koncentrace CO2 na dvojnásobek předindustriálních hodnot. Hodnota není zcela přesná, pohybuje se v určité rozmezí, ale to se postupně zužuje.

V roce 2020 vyšla podle celé řady odborníků přelomová studie, která na základě pěti let trvající mezinárodní spolupráce vědců různých specializací tuto klíčovou hodnotu významně zpřesnila. Nový odhad na základě různých důkazů klade tuto hodnotu do rozmezí zhruba 2,6 až 3,9°C.

Nejistota má jeden nepříjemný praktický důsledek. Pokud by chtěl mít totiž svět jistotu, že určitá hranice oteplení nebude překročena, musíme počítat s možnou vyšší citlivostí klimatu – tedy v podstatě jen s horním limitem intervalu a ten nižší v podstatě zanedbat.

Jakou si vybrat rezervu

Co by tedy vlastně znamenala snaha výrazně omezit emise tak, aby teploty vzrostly co nejméně?

Začneme dvěma čísly. Lidstvo do atmosféry vypouští v posledních letech cca 33 gigatun (Gt) CO2. Všech skleníkových plynů vypouštíme více. Aby se představa zjednodušila, uvádí se tato hodnota po přepočtu na oxid uhličitý, tedy jako „ekvivalent CO2“. Činí zhruba 46 Gt. (Ekvivalentní tyto plyny jsou opravdu jen z bilančního hlediska, fyzikálně a klimaticky jsou mezi nimi důležité rozdíly, do kterých se ale nebudeme pouštět.)

Těžko představitelná „hausnumera“ si zkusme přibížit nejprve pomocí veličiny, o které se mluví jako o „zbývajícím uhlíkovém rozpočtu“. V podstatě říká, kolik emisí lze vypustit, a tedy kolik fosilních paliv celkem ještě můžeme spálit, abychom dosáhli nějakého teplotního cíle. Neurčuje se tedy, kdy přesně má dojít ke spálení poslední tuny, jen počítá, jak velkou máme ještě rezervu.

Začněme odspodu: pro udržení oteplení pod hranicí 1,5 °C (oproti průměru z let 1850–1900) byl v roce 2020 zbývající uhlíkový rozpočet řádově 400 Gt CO2. Tedy zhruba 12násobek dnešních ročních hodnot emisí oxidu uhličitého, a méně než desetinásobek všech ročních emisí skleníkových plynů. Asi v tuto chvíli chápete, proč dosažení této hranice považují všichni za krajně nepravděpodobné. Pro udržení oteplení pod hranicí 2 °C je rezerva, tedy zbývající uhlíkový rozpočet, několikanásobně vyšší, zhruba 1150 Gt CO2.

Hodnoty nelze brát zcela jako exaktní čísla. Například oba výše zmíněné údaje jsou pro 67% pravděpodobnost nepřekročení dané teplotní hranice. Co to znamená? Proto se i uhlíkový rozpočet vztahuje k určité pravděpodobnosti, že daná hranice oteplení nebude překročena. Pokud například chceme mít alespoň 50% šanci, že nepřekročíme hranici oteplení 2 °C, můžeme vypustit již pouze 1400 Gt CO2. Na 67 % to alespoň podle současných modelů bychom neměli do ovzduší vypustit více než 1100 Gt CO2. Čím vyšší chceme mít jistotu, tím méně oxidu uhličitého si můžeme dovolit vypustit.

Koncept tzv. uhlíkového rozpočtu (foto faktaoklimatu.cz)
Koncept tzv. uhlíkového rozpočtu (foto faktaoklimatu.cz)

Směr, kterým se dnes pohybujeme, si můžeme přiblížit ještě jinak. Mezinárodní agentura pro obnovitelné zdroje (IRENA) v roce 2020 odhadla, že současné cíle a závazky snižování emisí CO2 povedou k zastavení růstu ročních emisí na hodnotě okolo 33 Gt/rok. Pro naplnění Pařížské dohody a zastavení nárůstu světové teploty okolo 2 °C by bylo potřeba světové emise do roku 2050 snížit na 10 Gt/rok.

Jinak řečeno, pokud na takových cílem bude panovat shoda, musí proběhnout něco víc než jen kosmetické a dílčí změny. Nevyhnutelně by musela přijít zásadní proměna energetiky, a nejen jí samotné.

Výdělečné emise

Pokud má proces rozběhnout, musí se zásadně rozvázat dlouhodobě pevný vztah mezi emisemi a ekonomikou. Rychlý růst světového HDP byl od počátku průmyslové revoluce doprovázen v podstatě stejně rychlým růstem emisí. Je to zcela logické, fosilní paliva byla primárním zdrojem energie pro tuto zásadní proměnu lidské společnosti a způsobu života.

Tento poměr je dnes různý v různých dobách a na různých místech světa. Například celá evropská ekonomika je mírně větší než čínská, přesto však produkuje jen přibližně 40 % čínských emisí. Zároveň i mezi evropskými státy jsou výrazné rozdíly v emisní intenzitě. Francie, která má zhruba 80 procent elektřiny z jaderných zdrojů, produkuje 171 gramů emisí na dolar HDP. Výrazně méně než třeba i Česká republika, který na jaderné zdroje spoléhá z cca 40 procent: my na dolar HDP vydáme cca 396 gramů CO2.

V tomto ohledu je jádro téměř ideálním zdrojem. I proto v něm část environmentálních aktivistů pomalu znovu nachází zalíbení. Bohužel, v českých, a obecně evropských podmínkách, to má tento zdroj poměrně těžké. Ceny jsou vysoké a v řadě zemí, včetně České republiky, chybí konkrétní dlouhodobé plány jeho rozvoje, které by je umožnily snížit (už tím, že by se mohlo vytvořit konkurenční prostředí a výrobci mohli lépe plánovat). Říkáme schválně konkrétní plány rozvoje, protože Česko například má jadernou koncepci postavenou na jaderných zdrojích, ale její hodnota je velmi sporná. Posledních několik vláda tomuto dokumentu evidentně nepřikládalo velkou důležitost, protože nepodnikly téměř nic k realizaci jeho obsahu.

Emisní intenzita do velké míry souvisí s energetickým mixem a způsobem výroby elektřiny v daných zemích a regionech. Více než polovina čínské energie pochází z uhlí, proto Čína produkuje relativně vysoké množství emisí na dolar HDP. Podobně i evropské státy s vysokou spotřebou uhlí uvolňují více skleníkových plynů na jednotku HDP. Na opačné straně spektra je právě již zmíněn Francie.

Dalším faktorem ovlivňujícím emisní intenzitu ekonomik je životní úroveň dané země, která souvisí se strukturou ekonomické produkce. Zemědělství, stavebnictví a průmysl produkuje relativně více emisí než služby, v bohatých zemích zpravidla služby představují větší podíl ekonomiky.

Velmi nízké emise na jednotku HDP mají například Švýcarsko, Singapur, Hongkong a Švédsko (méně než 150 gramů na dolar HDP). Více emisí na dolar HDP produkují častěji chudší země (například Etiopie nebo z evropských zemí Ukrajina), avšak relativně vysoké emise na HDP má také bohatá Austrálie.

Snižování náročnosti některých sektorů je opravdu technických oříšek. Ne vždy a všechno jde jednoduše vyřešit vyšším spoléháním na obnovitelné zdroje, a to už proto, že řada procesů vyžaduje také velké množství tepla. Pojďme si problém ilustrovat na jednom konkrétním příkladě, o kterém se tolik nemluví.

Emisní intenzity ekonomik (foto faktaoklimatu.cz)
Emisní intenzity ekonomik (foto faktaoklimatu.cz)

Svět na uhlíkových základech

Kdyby byl cementárenský průmysl státem, byly by jeho emise třetí největší na světě, hned po Číně a USA. V roce 2015 způsobila výroba cementu přibližně 2,8 miliard tun CO2, tedy asi 8 % světových emisí. To je zhruba čtyřikrát více než letecká doprava. Můžeme očekávat, že díky rozvoji měst bude poptávka po cementu a betonu ve světovém měřítku dále narůstat. Pro naplnění cílů Pařížské dohody bude zároveň nutné dramaticky snížit emise z výroby cementu, což se zatím příliš nedaří.

Cement je přitom pohání růst bývalého „třetího světa“. Čína mezi roky 2011 a 2013 spotřebovala více cementu než Spojené státy za celé 20. století. Nejde o omyl, číslo je výsledkem analýz mezinárodních a národních statistik. Mimochodem, veřejnosti ho představil Bill Gates, který ho převzal od Václav Smila, vědce českého původu, který emigroval po roce 1968 a dlouhá desetiletí působí v Kanadě.

Může to být vůbec pravda? Samozřejmě, že čínská ekonomika roste mimořádným tempem. Navíc v této zemi žije čtyřikrát více lidí než v USA. Dvacáté století ale pro Spojené státy znamenalo období rychlé expanze, budovaly se téměř všechny existující silnice, mosty a dálnice, vznikaly přehrady a mrakodrapy. Navíc mají obě země podobně velká území. Přesto Spojené státy mezi lety 1901 a 2000 spotřebovaly 4,5 gigatun cementu, zatímco Čína spotřebovala mezi lety 2011 a 2013 6,6 gigatun.

Rozvoj velkých čínských měst bere dech, ale ještě více to platí o městech menších. V roce 2009 bylo v Číně 160 měst s počtem obyvatel převyšujícím jeden milion. V Evropě je takových měst 35. A čísla o spotřebě cementu jsou nakonec uvěřitelná i díky dalším faktům. Současná čínská populace je asi čtyřikrát větší než populace USA, ovšem ve srovnání s americkou populací z počátku 20. století je 15krát větší.

K tomu se přidává změna ve využívání stavebních materiálů. V padesátých letech se vyrábělo přibližně stejně cementu jako oceli. Výroba oceli se ale do roku 2010 zvýšila osmkrát, zatímco výroba cementu pětadvacetkrát. V USA je také řada domů postavena ze dřeva, jehož je v Číně nedostatek. Tam naopak žije velký počet lidí ve výškových budovách postavených z cementu.

Odvětví výroby cementu bylo v Číně větší, než by mělo být. Řadu společností vlastní stát a těží z vládní podpory a přístupu k levnému kapitálu. Goldman Sachs tvrdí, že asi třetina vyrobeného cementu má nízkou kvalitu a je možné, že řada betonových budov bude v krátké době stržena a nahrazena novými stavbami.

Dostatek stavebních materiálů je ovšem klíčový pro rozvoj chudších zemí. Jeho největším producentem je Čína, kde se vyrábí přibližně 60 % světové produkce. To je ale důsledek poměrně nedávného vývoje – ještě v roce 1990 Čína vyráběla méně než čtvrtinu světové produkce. Další významní producenti cementu jsou Indie, USA a Evropská unie. Zatímco v USA a EU výroba cementu postupně klesá, v Indii a dalších rozvíjejících se ekonomikách očekáváme další růst. Dlouhodobé scénáře vývoje však očekávají, že poptávka po cementu ve světě naroste o 12–23 % do roku 2050. Nejvíce bude zřejmě záviset na míře hospodářského růstu.

Je to v podstatě nevyhnutelné, protože to souvisí se zvyšováním kvality života. Pokud například nahradíme hliněnou podlahu betonovou, zlepší se hygiena. Lepší cesty zase zlepšují zásobování, děti se lépe dostanou do škol, což všechno podporuje ekonomický růst. A teď k cementu samotnému.

Světové emise CO₂ z fosilních paliv a výroby cementu (foto faktaoklimatu.cz)
Světové emise CO₂ z fosilních paliv a výroby cementu (foto faktaoklimatu.cz)

Tuna za tunu

Výroba jedné tuny cementu vytvoří přibližně 1 až 1,2 tuny CO2. Oxid uhličitý přitom vzniká dvěma způsoby: jednak jako produkt chemické reakce, a jednak při spalování uhlí nebo plynu při zahřívání. Cement se vyrábí v pecích, zahříváním směsi rozemletého vápence a jílů na teploty okolo 1450 °C. Působením tepla vápenec rozkládá na oxid vápenatý a oxid uhličitý a tato chemická reakce je zodpovědná přibližně za polovinu emisí CO2 z výroby cementu.

Druhá polovina emisí z výroby cementu je důsledkem spalování uhlí nebo plynu při zahřívání. Zatímco zahřívání je možné provádět i s mnohem nižšími emisemi, například spalováním vodíku, oxid uhličitý z chemické reakce není prakticky možné snížit. Proto je dekarbonizace výroby cementu tak obtížná.

Možných přístupů ke snížení emisí oxidu uhličitého je několik, ani jeden z nich rozhodně nevyřeší vše. Zvýšení efektivity spalování v pecích: odhaduje se, že použití nejnovějších technologií by mohlo snížit emisní intenzitu výroby na 0,8 tun CO2 na tunu cementu.

Další možností je využívání alternativních paliv. Vzhledem k vysoké teplotě nelze k zahřívání použít elektřinu, přichází v úvahu vodík nebo syntetická paliva z biomasy. V této oblasti můžeme v následujícím desetiletí čekat velký pokrok, ale není jasné, jak rychle bude použití alternativních paliv škálovatelné.

Uvažuje se i o snížení množství CaO v cementu a jeho nahrazení jinými sloučeninami. I tento přístup je zatím oblastí vývoje a experimentů. Nemůžeme ale očekávat velké snížení emisní intenzity výroby, protože je potřeba zachovat materiálové vlastnosti betonu.

Velké naděje se vkládají do technologie zachycování uhlíku. Už existují testovací projekty. Není ale zatím jasné, jak drahé a škálovatelné řešení to bude, a odborníci se navíc v hodnocení potenciálu CCS velmi rozcházejí.

Výroba cementu se proto řadí k průmyslovým procesům, jejichž emise sice lze snížit, ale mnohem obtížněji než například v energetice. Takže dnešní scénáře předpokládají, že bezuhlíková výroba cementu je jeden z nejobtížnějších problémů z těch, které se v oblasti nabízejí.

Ale rozhodně to není jediný problém. Pokrok v celé řadě oblastí je opravdu nezpochybnitelný. Například cena lithium-iontových článků za posledních 30 let spadla zhruba třicetinásobně, cena fotovoltaických panelů také. Ale to není univerzální pravidlo, které bude platit u všech technologií a zdrojů energie.

Těžko ovšem v současné době popřít, že přechod na nízkouhlíkovaou ekonomiku s podobnou životní úrovní je z nějakých technických či jiných důvodů nemožný. Je to grandiózní úkol, jak jsme se snažili vysvětlit, ale možný je. Ale bylo by záhodno si co nejlépe vybrat, jaká bude nakonec cena ekonomická, sociální a také politická. Předvídat jistě nelze vše, alespoň rámcově bychom si ale problém měli umět představit. Snad jsme k tomu naším textem také přispěli.

Související články

Vložit komentář...