Ograniczenie ocieplenia do 2C - nierealny optymizm naukowców

Wiarygodność nauki jest podkopywana, gdy przyjmujemy wątpliwe założenia i szlifujemy nasze analizy tak, by pasowały do oczekiwań polityków i ekonomistów. Przykładem takiego działania jest uporczywe „wkładanie” do modeli klimatu nierealistycznych, ujemnych emisji gazów cieplarnianych w drugiej połowie XXI stulecia. Ma to budować politycznie pożądane wrażenie, jakoby ograniczenie wzrostu temperatury do 2°C było możliwe bez energetycznego „trzęsienia ziemi”.

COP19

Rysunek 1: Przedstawiciele IPCC (J.-P. Ypersele, M. Collins i G.-K. Plattner) podczas wystąpienia na szczycie klimatycznym w Warszawie, 2013. Zdjęcie: A. Kardaś

Na kolejnych spotkaniach negocjacyjnych poprzedzających szczyt klimatyczny w Paryżu powtarzane są jak mantra wnioski z ostatniego raportu IPCC sugerujące, że przeciwdziałanie zmianie klimatu nie będzie wiązać się ze szczególnym wysiłkiem. Jak zauważa Financial Times,

utrzymanie wzrostu temperatury poniżej progu niebezpiecznego ocieplenia o 2°C spowoduje zmniejszenie światowego wzrostu PKB o jedynie 0,06% rocznie.

Brytyjski The Guardian wzmacnia jeszcze przekaz, pisząc, że nawet opóźnienie redukcji emisji do 2030 roku zwiększy te koszty zaledwie o 50%. W podobnie optymistycznym tonie wypowiadają się też US Associated Press i Hindustan Times, pisząc, że „utrzymanie wzrostu temperatury poniżej poziomu który wielu uznaje za niebezpieczny” może wymagać spadku emisji z paliw kopalnych „do zera”, ale nie przed „końcem obecnego stulecia”. The Sydney Morning Herald konkluduje, że pozostanie pod progiem ocieplenia o 2°C będzie wymagać „dość silnych działań w obszarze redukcji emisji”, a China Daily, że w realizacji wymaganych działań „można zastosować wiele rozwiązań pozwalających na dalszy trwały wzrost gospodarczy”.

Słuchając takich opinii można odnieść wrażenie, że odchodzenie od paliw kopalnych powinno być bardziej ewolucją niż gwałtowną rewolucją w wykorzystaniu i wytwarzaniu energii. Co więcej, można dojść do wniosku, że opóźnienie działań do 2030 roku da nam więcej czasu na przyglądanie się dostępnym opcjom, z jedynie marginalnym wpływem na wzrost gospodarczy (zmniejszenie PKB o mniej niż 0,1% rocznie) – może więc czekanie to całkiem niezły interes?

Tymczasem, jeśli chcemy mieć rozsądne szanse na uniknięcie ocieplenia przekraczającego 2°C, konieczne są głębokie i natychmiastowe zmiany w zużyciu i wytwarzaniu energii. Jak stwierdza IPCC, żeby mieć „prawdopodobną” szansę zatrzymania się pod progiem 2°C, sumaryczne emisje CO2 w przyszłości (tzw. „budżet węglowy”), poczynając od 2011 roku, nie mogą przekroczyć 1000 mld ton CO2 (GtCO2).

Rysunek 2: Globalny wzrost temperatury powierzchni Ziemi jako funkcja skumulowanych całkowitych światowych emisji CO2. Rezultaty symulacji wykorzystujących wiele modeli cyklu węglowego dla każdego RCP do 2100 roku są pokazane za pomocą kolorowych linii i średnich dekadowych (kropki). Niektóre średnie dekadowe dla czytelności zostały wyróżnione (np. 2050 wskazuje dekadę 2041-2050). Wyniki symulacji dla okresu historycznego (1860-2010) są pokazane kolorem czarnym. Średnia i zakres symulacji wielu modeli CMIP5, wymuszanych przez wzrost koncentracji CO2 równy 1% rocznie jest pokazana czarną linią i szarym cieniowaniem. Wszystkie wartości są podane względem okresu bazowego 1861-1881. Średnie dekadowe są połączone liniami prostymi. Źródło: IPCC AR5 SPM.

Należy podkreślić, że wzrost temperatury powierzchni planety, do którego doprowadzimy, zależy przede wszystkim od całkowitych skumulowanych emisji - czyli tego, ile w sumie dwutlenku węgla wyemitujemy, a nie od ich tempa.

Rysunek 3: Czarna linia pokazuje roczne emisje do 2014 roku. Czerwona linia, po której jak na razie podążamy, odpowiada scenariuszowi biznes-jak-zwykle (RCP8.5). Linia niebieska to scenariusze emisji pozwalające na powstrzymanie ocieplenia poniżej 2°C. Warto zauważyć, że żadna z niebieskich linii w 2014 roku nie przebiega tak wysoko. Źródło Global Carbon Project.

Niebieskie linie na wykresie powyżej obrazują scenariusze pozwalające na powstrzymanie ocieplenia poniżej 2°C. Niestety wzrost emisji w ostatnich latach był bardzo szybki, co przekłada się na szybsze wyczerpywanie budżetu węglowego, wyżej położony i późniejszy szczyt emisji, a więc w rezultacie konieczność szybszej redukcji emisji po osiągnięciu tego szczytu. Jeśli nastąpi on około 2020 roku, będzie to oznaczać konieczność zmniejszania światowych emisji ze spalania paliw kopalnych od 2025 roku o co najmniej 10% rocznie i całkowite zaprzestanie emisji z produkcji energii do 2050 roku.

Rozwadnianie przekazu

To, jak prasa przedstawia wnioski z raportu IPCC, jest oględnie mówiąc, nierzetelne. To nie tylko porażka dziennikarskiej wnikliwości, ale też rezultat powtarzania wątpliwych merytorycznie komentarzy wygłaszanych przez samych ekspertów uczestniczących w procesie IPCC. Nawet IPCC redagowało swoje notki dla prasy w optymistycznym tonie, cytując na przykład ówczesnego przewodniczącego, Rajendrę Pachauriego:

Aby mieć dobrą szansę na pozostanie pod progiem 2°C i przy umiarkowanych kosztach, nasze globalne emisje powinny spaść o 40-70% w okresie 2010-2050, spadając do zera lub poniżej do 2100 roku” [red.: dodane wyróżnienie kursywą].

Przeczytać można było także wtórujący raportowi The New Climate Economy komentarz współprzewodniczącego sekcji IPCC ds. redukcji emisji, Youba Sokona, według którego koszty mitygacji będą tak niskie, że „globalny wzrost gospodarczy nie będzie nimi istotnie dotknięty”.

Ale czy analiza podstaw fizycznych raportu IPCC daje argumenty dla tak optymistycznego przekazu? Czy rzeczywiście można nastawić się na ewolucję, a nie stanowiącą znacznie większe wyzwanie gospodarczą i społeczną rewolucję?

Wniosek o ewolucyjnym charakterze zmian, jakie trzeba wprowadzić, wspiera wiele złożonych zintegrowanych modeli podsumowujących (integrated assessment models – IAM). Modele te to narzędzia służące do generowania zoptymalizowanych kosztowo scenariuszy emisji na podstawie tego, co wiemy o fizyce zmiany klimatu oraz kształtowaniu się cen, rynków i ludzkich zachowań. Zwykle przedstawiają one mocno optymistyczną wizję przyszłości, ponieważ zakłada się w nich, że umożliwiające negatywne emisje (czyli usuwanie CO2 z atmosfery) technologie będą praktyczne i tanie, dostępne na tak wielką skalę, że ilość usuwanego z ich pomocą za atmosfery CO2 będzie wyższa od emisji (stąd odniesienie do „lub poniżej” w przytoczonej wypowiedzi Pachauriego).

„Geoinżynieria” jako błąd systematyczny

Możliwości zwiększenia dostępnego budżetu węglowego poprzez wykorzystanie technologii „geoinżynierii”, w szczególności tych dających „ujemne emisje” (usuwanie CO2 z atmosfery) jest mocno wątpliwa. Chociaż znajdują się one tylko w stadium koncepcyjnym. (Fuss i in. 2014 [wersja pełna], UNEP – The Emissions Gap Report) w scenariuszach 2°C powszechnie zakłada się ich zastosowanie.

Podstawowym procesem mającym służyć usuwaniu węgla z „szybkiego cyklu węglowego” ma być tzw. BECCS (Bio Energy CCS), czyli uprawa roślin, których materia organiczna byłaby następnie poddawana sekwestracji (czyli wiązana, na przykład przez przerabianie biomasy na biowęgiel). Wymagałoby to przeznaczenia na ten cel olbrzymiego areału, co konkurowałoby nie tylko z koniecznością produkcji żywności w świecie zamieszkałym przez 10 miliardów ludzi, ale też z planowanym znacznym zwiększeniem areału upraw energetycznych.

Co więcej, nadzwyczaj rzadko uwzględnia się w scenariuszach emisji sprzężenia zwrotne ziemskiego systemu klimatycznego, które mogą znacząco uszczuplić dostępny budżet węglowy.

Powszechne powiększanie dostępnego dla utrzymania prognozowanego ocieplenia poniżej progu 2°C budżetu węglowego poprzez wprowadzanie do scenariusza „ujemnych emisji” sugeruje istnienie swoistego błędu systematycznego w tych analizach. Twórcy scenariuszy emisji wydają się przygotowywać je bardziej pod kątem akceptowalności politycznej niż rzetelności naukowej.

Nigdzie chyba nie jest to bardziej ewidentne, niż w samej bazie scenariuszy IPCC. Ze 113 scenariuszy z „prawdopodobnymi” szansami (66% lub więcej) zatrzymania ocieplenia poniżej progu 2°C aż 107 (95%) zakłada, że dostępne będą skuteczne wielkoskalowe technologie ujemnych emisji. Pozostałe 6 scenariuszy przyjmuje globalny szczyt emisji około 2010 roku (co jak już wiemy, nie miało miejsca). Rozszerzając analizę na scenariusze z 50% szans na uniknięcie przekroczenia progu widzimy, że spośród 287 scenariuszy aż w 237 (83%) skorzystano z technologii ujemnych emisji; w pozostałych przypadkach założono skuteczne wprowadzenie w życie zdecydowanej polityki ograniczania emisji od 2010 roku.

Podsumowując, pełny zestaw 400 scenariuszy IPCC z 50% lub lepszą szansą na uniknięcie przekroczenia progu ocieplenia o 2°C zakłada albo zdolność do podróży w czasie w przeszłość albo skuteczne wielkoskalowe wdrożenie technologii ujemnych emisji. Znaczna część scenariuszy zakłada jedno i drugie równocześnie.

Weryfikacja matematyczna

Ponieważ wyniki modeli IAM z reguły prezentują ewolucyjne a nie rewolucyjne tempo zmian, warto zastosować proste obliczenia i zweryfikować te prognozy a także wynikające z nich rekomendacje dla polityk oraz ramy czasowe działań pozwalających uzyskać wystarczające redukcje emisji. Poniżej przedstawiamy punkt po punkcie takie rozumowanie, bazując na koncepcji budżetu węglowego. Wynika z niego, że skala stojącego przed ludzkością wyzwania jest znacznie większa niż prezentowana obecnie w dyskusji o zmianie klimatu (Anderson i in. 2008, Anderson i in. 2010, Frame i in. 2014).

1) Od Porozumienia w Kopenhadze w 2009 roku do Szczytu Klimatycznego w Nowym Jorku w 2014 roku przywódcy polityczni wciąż zapewniali o swoim zaangażowaniu w podjęcie niezbędnych rekomendowanych przez naukę działań, aby „powstrzymać wzrost temperatury globalnej poniżej 2°C”.

2) Piąty raport IPCC powtarza wcześniejsze konkluzje, że „to przede wszystkim skumulowane emisje CO2 określą jaki będzie wzrost średniej temperatury powierzchni do końca XXI wieku i później”.

3) Raport ten stwierdza, że by uzyskać 66% szans na niedopuszczenie do ocieplenia o ponad 2°C, budżet węglowy dla okresu 2011-2100 może wynosić najwyżej 1000 GtCO2 (miliardów ton CO2).

4) Emisje CO2 ze spalania paliw kopalnych w latach 2011-2014 wyniosły około 140 GtCO2.

5) Pozostałe 860 GtCO2 „rozdzielamy” pomiędzy główne źródła emisji CO2 (spalanie paliw kopalnych, wylesianie i proces produkcji cementu), zakładając, że we wszystkich trzech sektorach udaje się wprowadzić daleko idące redukcje.

6) W przypadku wylesiania i zmian wykorzystania terenu przyjmiemy emisje w okresie 2011-2100 takie jak w scenariuszu RCP4.5 (najambitniejszym jeśli chodzi o ograniczenie wylesiania ale nie zakładającym ujemnych emisji netto z wykorzystania terenu). Całkowity budżet węglowy z wylesiania w tym scenariuszu to 60 GtCO2.

7) Emisje CO2 przy produkcji cementu pochodzą z dwóch źródeł: spalania paliw kopalnych w celu pozyskiwania energii do produkcji oraz z reakcji chemicznych w procesie produkcji. Te drugie należy uwzględnić osobno. W ostatnich latach postępująca industrializacja krajów rozwijających się (a także budowa niskoenergetycznej infrastruktury w krajach rozwiniętych) skutkowała wzrostem emisji z tego źródła o 7% rocznie. Agresywne wdrażanie alternatywnych, niskowęglowych technologii (wliczając w to CCS) oraz rozważniejsze stosowanie cementu może ograniczyć ten wzrost. Docelowo konieczne będzie wyeliminowanie także tych emisji. Szacunkowe i bardzo optymistyczne analizy sugerują, że misje z tego źródła mogą zostać ograniczone do 150 GtCO2 od 2011 do końca stulecia.

8) W rezultacie, budżet węglowy pozostający dla emisji związanych ze spalaniem paliw kopalnych dla okresu 2015-2100, dający 66% szans na uniknięcie przekroczenia progu ocieplenia o 2°C wynosi około 650 GtCO2.

9) Niestety, polityczna i fizyczna bezwładność obecnego systemu najprawdopodobniej poskutkuje wzrostem emisji, przynajmniej do 2020 roku. Przyjmując, że w Paryżu dojdzie do bezprecedensowego porozumienia a emisje ze spalania paliw kopalnych w 2020 roku osiągną szczyt na poziomie 37 GtCO2, do tego czasu wyemitujemy 180 GtCO2, pozostawiając na resztę stulecia ok. 470 GtCO2.

10) Będzie to wymagać dramatycznego odwrócenia obecnych trendów we wzroście zużycia energii i emisji. Globalne tempo ich redukcji będzie musiało błyskawicznie wzrosnąć do około 10% rocznie w 2025 roku i utrzymywać się na tym poziomie aż do praktycznej eliminacji paliw kopalnych z miksu energetycznego do 2050 roku.

Jak ma się to do powszechnie cytowanego celu redukcji światowych emisji CO2 o 80-95% do 2050 roku względem poziomu z roku 1990?

Rysunek 4. Światowa emisja dwutlenku węgla dająca 66% szans na zapobieżenie wzrostowi średniej temperatury powierzchni Ziemi o 2°C w porównaniu do stanu sprzed rewolucji przemysłowej. The Copenhagen Diagnosis: Climate Science Report, 2009.

To było możliwe jeszcze kilka lat temu. Jednak już nie jest, bo emisje wciąż rosły i rosną, a budżet węglowy wyczerpywał się i wyczerpuje coraz szybciej. Gdyby szczyt emisji miał miejsce w tym roku, tempo spadku emisji musiałoby wynosić już ponad 5% roczne, a do 2050 roku powinna nastąpić kompletna dekarbonizacja światowej gospodarki. Jeśli ze szczytem emisji poczekamy jeszcze kolejnych 5 lat, to tempo spadku emisji po 2025 roku musiałoby być rzędu 10%, a dekarbonizacja powinna nastąpić w ciągu zaledwie 20 lat.

Co na taki scenariusz powiedzieliby politycy, ekonomiści i właściciele nowych, dopiero co budowanych „efektywnych” elektrowni węglowych, które mają się spłacać przez kolejnych 40 lat?

Nieakceptowalne politycznie reperkusje

Zastosowanie elementarnej matematyki do danych z Raportu Podsumowującego IPCC każe postawić fundamentalne pytanie, na ile realistyczne w tonie i treści są publikacje na temat możliwości ograniczenia zmiany klimatu do względnie bezpiecznych granic. Co prawda prezentują one konieczne zmiany jako wyzwanie dla ludzkości ale nie jako rewolucję, jaka jest konieczna dla osiągnięcia tego celu. Brak głośnego sprzeciwu społeczności naukowej wobec takiego przedstawienia sprawy sugeruje, że grupy interesów i przywiązanie do modelu ekonomicznego, w którym jedynie ciągły wzrost gospodarczy pozwala na uniknięcie kryzysu, mogą blokować otwartość i swobodę wypowiedzi środowiska naukowego.

Możliwość zatrzymania zmiany średniej temperatury poniżej 2°C (wartości uznawanej za próg niebezpiecznej zmiany klimatu) wymaga głębokich i natychmiastowych zmian w naszym zużyciu i produkcji energii. Budżet 1000 GtCO2, nawet przy bardzo optymistycznych założeniach dotyczących ograniczeń wylesiania i produkcji cementu, wymaga globalnych redukcji spalania paliw kopalnych w tempie co najmniej 10% rocznie od 2025 roku, z szybkim spadkiem do zera przed 2050 rokiem. Konieczna skala redukcji emisji w zasadzie wyklucza znaczące wykorzystanie paliw kopalnych w drugiej połowie XXI wieku i później, nawet przy założeniu zastosowania technologii CCS. Nie jest to bowiem technologia pozwalająca na wychwycenie 100% emisji, lecz zaledwie około 80%. Pozostałe 20% trafia do atmosfery, przez co nawet efektywne elektrownie z gazowe miałyby emisyjność około 80 g CO2 na kWh, co z punktu widzenia limitów budżetu węglowego jest zbyt wysoką wartością. Dalsze używanie paliw kopalnych na dużą skalę byłoby dopuszczalne jedynie pod warunkiem dalszego dziesięciokrotnego zmniejszenia emisyjności (co dla spalania gazu wymagałoby procesów CCS o nierealistycznie wysokiej sprawności 98%).

Podążenie ścieżką emisji pozwalającą na ograniczenie ocieplenia do 2°C jest nie do pogodzenia z powtarzanymi stwierdzeniami, że przejście do niskoemisyjnego systemu energetycznego „nie wpłynie istotnie na wzrost gospodarczy”. Rzeczywiście byłoby niewłaściwe poświęcanie wzrostu poziomu życia biednych ludzi, także tych żyjących w bogatszych krajach, w imię redukcji emisji. Odpowiedzialność spoczywa raczej na barkach tej niewielkiej części populacji, która prowadzi bardzo wysokoemisyjny tryb życia. Aby powstrzymać ocieplenie poniżej progu niebezpiecznej zmiany klimatu, niezbędne jest wprowadzenie w tym (także naszym!) stylu życia istotnych ograniczeń. Przy wzroście światowego PKB w tempie 3% rocznie redukcje emisji CO2 przypadających na jednostkę PKB powinny być rzędu 13% rocznie.

Realizacja tego celu nie powinna prowadzić do dyskryminacji energetycznej najuboższych – w ich bowiem przypadku nawet niewielki wzrost dostępu do energii prowadzi do znaczącego wzrostu jakości życia. Tego jednak nie można powiedzieć o tych, którzy zużywają dużo energii. Oznacza to, że tempo redukcji zużycia paliw kopalnych wśród najbogatszych kilku procent ludzkości powinno być znacznie wyższe. Zasadniczy problem polega na tym, że to ta grupa decyduje o sprawach świata.

Konkluzje

Raport podsumowujący IPCC i naukowe opisanie wyzwania redukcji emisji gazów cieplarnianych w języku „dostępnego budżetu węglowego” były ważnymi krokami naprzód. Pomimo tego, nawet część naukowców uczestniczących w ich opracowaniu ma problem z zaakceptowaniem płynących z ich własnych analiz na temat skali koniecznej redukcji emisji. To przykład dysonansu poznawczego: nie jesteśmy gotowi na zaakceptowanie rewolucyjnych implikacji naszych własnych wniosków, a nawet jeśli jesteśmy, to mamy opory przed otwartym tego wyrażeniem, co skłania nas do autocenzury.

Budżet węglowy stanowi dostarczony przez naukę fundament na którym decydenci i społeczeństwo mogą budować przyszłość. Rola naukowców w tłumaczeniu konsekwencji zachowania bądź naruszenia tego budżetu jest kluczowa. Na środowisku nauki spoczywa odpowiedzialność dostarczania społeczeństwom i politykom najlepszej dostępnej informacji, zwracania uwagi na niespójności, korygowania niezrozumień i wychwytywania przypadków celowego wypaczania badań naukowych.

Nie jest obowiązkiem nauki dostosowywanie analiz tak, by były miłe społeczeństwom i decydentom. To, czy wnioski z badań naukowych będą im się podobać czy nie, nie powinno mieć znaczenia. Gdy pudruje się założenia analiz naukowych tak, by pasowały politykom i ekonomistom, a także zwykłym ludziom, wyświadcza się społeczeństwu niedźwiedzią przysługę. Reperkusje takiego postępowania będą nieodwracalne.

Polecamy prezentacje prof. Kevina Andersona oraz dr Glena Petersa dotyczące omawianej tematyki.

Marcin Popkiewicz na podstawie w/w prezentacji oraz Duality in climate science. Konsultacja merytoryczna prof. Szymon Malinowski

Opublikowano: 2015-11-17 16:54
Fundacja UW
Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.