Leśne gospodarstwa węglowe pod lupą: listek figowy czy realne rozwiązanie? (cz. 1/2)

Tak zwane Leśne Gospodarstwa Węglowe (LGW), mające magazynować dwutlenek węgla w drewnie polskich lasów, przedstawia się jako polską receptę na ochronę klimatu. Niestety, informacje, jaki jest rzeczywisty potencjał pochłaniania dwutlenku węgla przez polskie lasy, ile CO2 mogą zmagazynować Leśne Gospodarstwa Węglowe i jak to się ma do całości naszych emisji oraz konieczności osiągnięcia zera emisji CO2 netto do połowy stulecia, nie są dostępne. Postanowiliśmy więc to wszystko przeliczyć.

Zdjęcie: Adam Florczak (licencja CC BY 2.0).

W niniejszym artykule przedstawimy skalę niezbędnych redukcji emisji z perspektywy globalnej, analizę funkcjonowania cyklu węglowego w ekosystemach lądowych oraz możliwą skalę pochłaniania CO2 przez ekosystemy lądowe z perspektywy globalnej.

W drugim artykule przedstawiamy oszacowania możliwej skali pochłaniania CO2 przez polskie lasy w zestawieniu ze skalą niezbędnych redukcji emisji.

Skala niezbędnych redukcji emisji z perspektywy globalnej

Zapobieżenie niebezpiecznej zmianie klimatu wymaga szybkiej redukcji emisji gazów cieplarnianych. Biorąc pod uwagę, że z punktu widzenia finalnego wzrostu temperatury prawie nie ma znaczenia tempo emisji CO2, lecz przede wszystkim to, ile wyemitujemy w sumie (co jest związane z bardzo długim „czasem życia” dwutlenku węgla w środowisku), mamy do dyspozycji pewną pulę sumarycznych emisji, zwaną „budżetem węglowym”.

Rysunek 1. Budżet sumarycznych emisji według stanu na koniec 2018 r., pozwalający z 66% prawdopodobieństwem utrzymać wzrost średniej globalnej temperatury poniżej progu 2°C (~720 GtCO2) przy obecnym tempie emisji (~42 GtCO2) zostałyby wyczerpany w 17 lat. Źródła Peters i in. 2015, Global Carbon Budget 2016, aktualizacja stanu na koniec 2018 r.

Przykładowo, jak pokazuje rysunek 1, w celu ograniczenia wzrostu średniej globalnej temperatury powierzchni Ziemi do 2°C z prawdopodobieństwem 66% od chwili obecnej do 2100 roku możemy wyemitować jeszcze ok. 720 miliardów ton CO2 (GtCO2).

Jeśli chcemy zrealizować cel Porozumienia Paryskiego – ograniczenie ocieplenia znacznie poniżej 2°C, najlepiej do 1,5°C – to pozostający do naszej dyspozycji budżet węglowy jest jeszcze mniejszy – zgodnie ze specjalnym raportem IPCC z listopada tego roku (IPCC SR1.5) dla prawdopodobieństwa 66% wynosi on ok. 400-500 GtCO2. Przy obecnych globalnych emisjach na poziomie 42 GtCO2/rok, powinniśmy – zgodnie z rekomendacjami IPCC – zredukować emisje o połowę w ciągu 12 lat oraz do zera kilkanaście lat później, do tego prowadząc później długotrwałe usuwanie CO2 z atmosfery.

Rysunek 2. Po prawej: scenariusze globalnych emisji CO2 netto, po prawej emisje skumulowane. Źródło IPCC SR1.5

Podsumowując: naszym celem powinno być osiągnięcie zerowych emisji netto do połowy stulecia, a najlepiej jeszcze wcześniej.

Biorąc pod uwagę, że przez ostatnie 20 lat polskie emisje gazów cieplarnianych utrzymują się na mniej więcej stałym poziomie (rysunek 3), konieczność zmniejszenia emisji o połowę w ciągu 12 lat i do zera kilkanaście lat później oznacza konieczność szybkiej zmiany trendu.

Rysunek 3. Polskie emisje gazów cieplarnianych w ekwiwalencie CO2e. Polskie emisje CO2 (bez uwzględnienia lasów) wyniosły 321 mln ton. Polskie lasy w 2016 roku pochłonęły netto 28 mln ton CO2. Skrót LULUCF oznacza użytkowanie terenu, zmiany użytkowania terenu i leśnictwo (ang. Land Use, Land-Use Change and Forestry). Źródło: UNFCC

Polskie emisje CO2 (czerwone słupki na rysunku 3) w 2016 roku wyniosły 321 mln ton (MtCO2). Jednocześnie nasze lasy kompensują część tych emisji (zielone słupki na rysunku 3) – w 2016 roku pochłaniając 28 mln ton CO2 (sektor LULUCF – patrz opis pod rysunkiem).

ABC funkcjonowania cyklu węglowego w ekosystemach lądowych

Węgiel w środowisku krąży między rezerwuarami: atmosferą, ekosystemami lądowymi (organizmy żywe i gleby) oraz oceanami – to tzw. szybki cykl węglowy. Ilość węgla obecnego w tych rezerwuarach w skalach czasowych krótszych od geologicznych jest praktycznie stała: emisje wulkaniczne wprowadzają do atmosfery i oceanu dwutlenek węgla w ilości ok. 0,1 GtC rocznie (0,36 GtCO2), jednocześnie jednak zbliżona ilość węgla jest usuwana z powietrza i wód przez procesy geologiczne, takie jak wietrzenie skał. Wydobywając i spalając węgiel, ropę i gaz wprowadzamy do szybkiego cyklu węglowego nowe atomy węgla (w postaci CO2), zwiększając w nim tym samym ilość węgla.

Na rysunku 4 przedstawiony jest uproszczony model obiegu węgla w środowisku lądowym (kolor czarny) i przepływającego przez niego strumienia energii (kolor czerwony).

Rysunek 4. Uproszczony schemat obiegu węgla w środowisku i przepływ przez nie energii. Kolor czarny – strumień węgla, kolor czerwony – strumień energii, PROD – producenci (rośliny), KONS – konsumenci (zwierzęta), MMO – martwa materia organiczna, RED – reducenci, ATM - atmosfera (Autor K. Harenda).

Rośliny (producenci - PROD) pobierają dwutlenek węgla z atmosfery (ATM), przekształcając go w procesie fotosyntezy w węglowodany, stanowiące podstawę łańcucha pokarmowego. Węgiel w materii organicznej znajduje się w „wysokim stanie energetycznym”, jak naładowana bateria. Energia zawarta w masie roślinnej zasila nas, ludzi, i inne zwierzęta (konsumenci – KONS). W organizmach konsumentów wyprodukowana przez rośliny masa łączona jest z molekułami tlenu (to proces oddychania), a CO2 będący produktem tego procesu jest uwalniany (wydychany) z powrotem do atmosfery. Pozostałymi po tym procesie częściami biomasy oraz martwymi resztkami roślin i zwierząt (martwa materia organiczna – MMO) zajmują się reducenci (RED), którzy pozyskują zawartą w martwej masie energię zamieniają ją w dwutlenek węgla (warunki tlenowe) lub metan (warunki beztlenowe) – w ten sposób reszta C wraca do atmosfery.

Kolejnym sposobem powrotu węgla znajdującego się w biomasie jest spalanie, np. pożary lasów (producenci) czy torfowisk (martwa materia organiczna). Gdy jednak po jakimś czasie (kilkadziesiąt-kilkaset lat) roślinność i torf odtworzą się, to wyemitowany wcześniej do atmosfery węgiel z powrotem znajdzie się w biomasie lądowej. Część martwej materii organicznej nie ulega od razu rozkładowi, ale gromadzi się w glebach. W ten sposób są one dużym rezerwuarem węgla, w warstwie do 1 metra jest go dwukrotnie więcej niż w atmosferze.

W cyklu rocznym obserwujemy znaczące przepływy węgla między atmosferą i roślinnością. W naszej strefie klimatycznej, latem, rozrastające się rośliny akumulują węgiel w swoich organizmach, zmniejszając koncentrację CO2 w powietrzu. Jesienią rośliny jednoroczne umierają, drzewa zrzucają liście, a węgiel w nich zawarty uwalniany jest w procesie rozkładu, z pewnym opóźnieniem, do atmosfery. Jednak średniorocznie, w stabilnym stanie klimatycznym zawartość węgla w ekosystemach lądowych jest stała, a dopływ (proces fotosyntezy) i utrata (rozkład i spalanie) węgla się równoważą.

Stabilny ekosystem, taki jak naturalny las utrzymuje w sobie stałą ilość węgla – ilość znajdującego się w nim węgla ani nie przyrasta, ani nie maleje. Sytuacja wygląda oczywiście inaczej, kiedy zachodzą w nim zmiany. Przykładowo, gdy na terenie uprzednio niepokrytym roślinnością, takim jak np. teren poprzemysłowy czy ugór, zaczyna rosnąć las, wzrasta ilość biomasy zarówno w samej roślinności (w skali czasowej kilkuset lat), jak i w glebach (w skali czasowej tysięcy lat) – dopiero w takim horyzoncie czasowym taki rezerwuar węgla się stabilizuje.

Od zasady „stabilny ekosystem – stabilny magazyn węgla” bywają wyjątki. Przykładowo, torfowisko jest ekosystemem prowadzącym efektywną sekwestrację (czyli usuwanie) dwutlenku węgla z obiegu. Możliwość gromadzenia węgla ma związek ze specyficznymi warunkami, w jakich powstają i rozwijają się torfowiska. Kluczowa jest w tym przypadku duża wilgotność wynikająca z położenia lustra wody gruntowej blisko powierzchni terenu. Powyżej poziomu wody pojawia się cienka, biologicznie aktywna strefa tlenowa, a poniżej – zwykle grubsza, strefa beztlenowa. Szczątki roślinne oraz zwierzęce ulegają w większości rozkładowi w górnej, natlenionej warstwie, ale w sprzyjających warunkach nawet 20% biomasy trafia do nasączonej wodą warstwy beztlenowej i jest ona odkładana jako torf – masa organiczna złożona z niecałkowicie rozłożonych szczątków roślin. W sprzyjających warunkach torf może stopniowo ulec przemianie w węgiel brunatny i kamienny, w ten sposób powodując usunięcie węgla (ponownie w rozumieniu węgla pierwiastkowego) z szybkiego cyklu węglowego.

Mówiliśmy dotychczas o magazynowaniu węgla przez stabilne ekosystemy. Dynamika się zmienia, gdy na przykład wycinamy naturalny las, aby na jego miejscu posadzić nowe drzewa – choćby plantację palmy olejowej lub eukaliptusa w miejscu lasu deszczowego. W takiej sytuacji z ekosystemu w bardzo krótkim czasie znika biomasa roślinna: najszybciej, jeśli dżungla zostaje wypalona (w przeciągu godzin i dni), wolniej, jeśli drzewa zostają wykarczowane, a później przerobione na opał, papier, meble czy materiały budowlane (rozkład tych materiałów następuje wtedy w czasie od miesięcy do dziesięcioleci). Po usunięciu drzew postępuje utrata materii organicznej z odsłoniętych gleb – proces ten jest szczególnie intensywny na początku, ale może trwać przez dekady. Jest on istotny zwłaszcza w przypadku torfowisk tropikalnych, gdzie dodatkowo przyspiesza go osuszanie mokradeł, sprzyjające ich pożarom. Gdy na terenie, z którego został usunięty las, sadzi się nowe uprawy, pobierają one stopniowo dwutlenek węgla z atmosfery. Jednak w porównaniu z lasem pierwotnym jest to ekosystem bardzo ubogi (mniej gatunków i pięter roślinności oznacza mniejsze możliwości pobierania i składowania węgla), więc pochłanianie przez niego CO2 z atmosfery, nawet przez stulecia, nie rekompensuje utraty węgla towarzyszącej usunięciu naturalnego ekosystemu.

Możliwa skala pochłaniania CO2 przez ekosystemy lądowe z perspektywy globalnej

Myśląc o lasach trzeba przede wszystkim myśleć o ilości zmagazynowanego w tym rezerwuarze (roślinach i glebach) węgla, a nie o chwilowych przepływach między tymi ekosystemami a atmosferą.

Tak więc przywrócenie stanu lasów do sytuacji np. z czasów Mieszka I oznaczałoby zaledwie odwrócenie skutków przeprowadzonego przez nas wcześniej wylesiania i innych zmian użytkowania terenu: do ekosystemów lądowych po prostu wróciłby węgiel, który wcześniej był w nich zgromadzony. Pozostała nadwyżka CO2, wprowadzona przez nas do szybkiego cyklu węglowego w wyniku spalania paliw kopalnych, pozostanie w nim – w atmosferze, ekosystemach lądowych i oceanach.

Należy podkreślić, że zwiększając zasobność środowisk leśnych „przerzucamy” tylko węgiel w ramach rezerwuarów szybkiego cyklu węglowego, natomiast wydobywając i spalając paliwa kopalne zwiększamy całkowitą ilość węgla w szybkim cyklu węglowym. Nie da się rozwiązać problemu wzrostu stężenia CO2 w atmosferze poprzez próby zwiększania ilości węgla magazynowanego w lasach.

Biorąc pod uwagę, że nasze emisje spowodowały wzrost atmosferycznej koncentracji CO2 o 130 ppm (z 278 do 410 ppm), a z wylesiania pochodziło ok. 30% całości skumulowanych emisji, przywrócenie lasów do stanu z 1000 r.n.e. pozwoliłoby na zmniejszenie koncentracji CO2 o ok. 40 ppm. Należy tu dodać, że powrót do stanu sprzed rewolucji przemysłowej musiałby także skutkować silnym ograniczeniem lub całkowitym odstąpieniem od użytkowania gospodarczego lasu.

Dla porównania, w wyniku globalnych emisji z paliw kopalnych możemy doprowadzić do wzrostu stężenia CO2 w atmosferze o setki a nawet tysiące ppm. Cały zaś tak szeroko zakrojony program zalesiania (przywrócenie stanu ekosystemów sprzed tysiąca lat) skompensowałby zaledwie kilkunastoletnie emisje ze spalania paliw kopalnych na obecnym poziomie zarówno w Polsce, jak i na świecie.

Jaka byłaby niezbędna skala zalesiania, żeby usunąć z atmosfery dwutlenek węgla wprowadzony do niej wcześniej w wyniku wylesiania? Przytoczone na rysunku 1 historyczne emisje CO2 z wylesiania, równe 550 GtCO2 (150 GtC) prawie dokładnie odpowiadają ilości węgla zmagazynowanego na 7 mln km2 lasu deszczowego Amazonii. Niestety, nie może to być jakiekolwiek 7 mln km2 – na nieurodzajnych terenach półpustynnych nie dałoby się wyhodować tak zasobnego lasu. W praktyce musielibyśmy wtórnie zalesić tereny, na których lasy i mokradła znajdowały się już wcześniej. Polska wyglądałaby jak w czasach Mieszka I – w większości pokrywałyby ją bory, puszcze i mokradła. Taka propozycja jest niemożliwa do realizacji, a przyczyna tej niemożności tkwi w zasadzie, która leży u podstaw nowoczesnej gospodarki. Obowiązująca strategia tworzenia terenów leśnych powstawała bowiem przy założeniu, że gospodarką leśną obejmuje się przede wszystkim tereny nieprzydatne rolniczo. W obecnej sytuacji zwiększenie lesistości Polski musiałoby odbyć się kosztem redukcji terenów, na których produkowana jest żywność. Dodatkowym utrudnieniem w realizacji planu powiększania powierzchni leśnej jest intensywnie rozwijająca się nasza infrastruktura.

Co więcej, posadzone dziś drzewa za kilka dekad mogą znaleźć się w nieodpowiedniej dla siebie strefie klimatycznej (spróbuj wyobrazić sobie Puszczę Białowieską w klimacie Grecji…). Zgromadzony w lasach węgiel wróci wtedy do atmosfery – w rezultacie fal upałów, pożarów czy inwazji szkodników. A jeśli będziemy wycinać drzewa i pozyskane w ten sposób drewno wykorzystywać gospodarczo? Jeśli je spalimy, węgiel od razu wróci do atmosfery. Jeśli przerobimy je na papier, stanie się to w przeciągu kilku lat. Jeśli zrobimy z niego meble, deseczki do krojenia lub inne przedmioty codziennego użytku, węgiel po kilku dziesięcioleciach też w większości powróci do cyklu węglowego; w przypadku materiałów budowlanych zajmie to około stulecia. Krótko mówiąc, to nie są sposoby na trwałe usunięcie dwutlenku węgla z obiegu. Wyprodukowane drewno trzeba by bezpiecznie zmagazynować: jeśli spłonie lub się rozłoży, zwróci węgiel do atmosfery. Biorąc pod uwagę długość czasu życia dwutlenku węgla w środowisku, czas uwięzienia w drewnie powinien być obliczony na dziesiątki tysięcy lat (w zasadzie kryterium to spełnia tylko biowęgiel lub zakopywanie na dużej głębokości).

Czy więc ochrona istniejących lasów i zalesianie nie mają znaczenia? Mają, i to całkiem spore: choć zwiększanie zasobności środowisk leśnych samo w sobie nie rozwiąże problemu i nie pozwoli na dalsze spalanie paliw kopalnych, to jest istotną częścią działań na rzecz ograniczenia zmiany klimatu. Działania te pomogą też skompensować „resztkowe”, trudne do wyeliminowania emisje CO2, takie jak na przykład te mające miejsce przy produkcji cementu lub stali (patrz rysunek 5).

Rysunek 5. Charakterystyka czterech przykładowych scenariuszy modelowych, odpowiadających globalnemu ociepleniu o 1,5°C. Scenariusze zostały wybrane w celu zaprezentowania zakresu potencjalnych podejść mitygujących i różnią się znacząco pod względem przewidywanego zużycia energii i wykorzystania gruntów, jak również założeniami odnośnie przyszłego rozwoju społeczno-gospodarczego, w tym wzrostu gospodarczego i liczby ludności, stopnia nierówności społecznych i zrównoważonego rozwoju. Pokazany jest podział globalnej antropogenicznej emisji CO2 netto na udziały ze spalania paliw kopalnych i przemysłu, rolnictwa, leśnictwa i innego użytkowania gruntów (ang. Agriculture, Forestry and Other Land Use, AFOLU) oraz bioenergii z wychwytywaniem i składowaniem dwutlenku węgla (ang. Bioenergy with Carbon Capture and Storage, BECCS).

Po tym wprowadzeniu, przedstawiającym kontekst koniecznych redukcji emisji i podstawy obiegu węgla w ekosystemach lądowych, jesteśmy już gotowi do wzięcia pod lupę potencjału Leśnych Gospodarstw Węglowych.

Czytaj dalej: Leśne gospodarstwa węglowe pod lupą: listek figowy czy realne rozwiązanie? (cz. 2/2)

Marcin Popkewicz i dr hab. Bogdan H. Chojnick, konsultacja merytoryczna: dr hab. Zbigniew Karaczun, prof. dr hab. Tomasz Wesołowski

Opublikowano: 2018-11-27 11:49
Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.