W tym roku globalna emisja dwutlenku węgla (CO2) ze spalania paliw kopalnych ustanowi nowy rekord: 37,5 miliarda ton. To wzrost o 1% w porównaniu z rokiem 2021. Emisja CO2 związana ze zmianą użytkowania gruntów (na przykład wycinaniem lasów) wyniesie natomiast 3,9 mld ton. W tym tempie w ciągu zaledwie dziewięciu lat ludzkość wpompuje do atmosfery dość CO2, by przekroczyć próg ocieplenia o 1,5°C. Omawiamy budżet węglowy 2022 (Global Carbon Budget 2022).

Zdjęcie: elektrownia Bełchatów.
Ilustracja 1: Elektrownia w Bełchatowie. Zdjęcie: Roman Ranniew (licencja CC BY 2.0).

Dwutlenek węgla (CO2) to gaz cieplarniany, który w największym stopniu odpowiada za współczesne nasilanie się efektu cieplarnianego. Dlatego to, jak szybko będzie rosła temperatura Ziemi, zależy przede wszystkim właśnie od ilości CO2 w atmosferze. Z kolei całkowita ilość (a więc także i stężenie, czyli koncentracja) CO2 w ziemskiej atmosferze wciąż zależy przede wszystkim od tego, ile go emitujemy.

Niestety, najnowsze szacunki nie dają powodów do optymizmu. W tym roku globalna emisja CO2 związana z naszą działalnością (antropogeniczna)   utrzyma się na wyjątkowo wysokim poziomie.

Czasem słyszymy, że to nie CO2, a para wodna jest najważniejszym gazem cieplarnianym. O roli pary wodnej w systemie klimatycznym naszej Planety oraz o tym, czym para wodna różni się od innych gazów cieplarnianych możesz przeczytać w tekstach:
Mit: Para wodna jest najważniejszym gazem cieplarnianym, więc CO2 się nie liczy
oraz Para wodna – klimatyczny „dopalacz”.

Rekordowa emisja CO2 z paliw kopalnych

W roku 2022 światowa emisja dwutlenku węgla związana ze spalaniem paliw kopalnych najprawdopodobniej wzrośnie w stosunku do roku 2021 o 1,0%. Osiągnie tym samym rekordowy poziom 37,5 miliarda ton. Tak wynika z analizy przedstawionej jeszcze podczas szczytu klimatycznego COP27 w Egipcie przez międzynarodowy zespół Global Carbon Project (Global Carbon Budget 2022, Friedlingstein i in. 2022).

Globalny budżet węglowy 2022: wykres zmian emisji CO2 z kopalin z zaznaczonymi spadkami w czasie kryzysów.
Ilustracja 2: Globalna emisja CO2 ze spalania paliw kopalnych i produkcji cementu.
Źródło: Global Carbon Budget./ Robbie Andrew.

Obecne tempo wzrostu emisji CO2 ze spalania paliw kopalnych jest mniejsze niż w roku 2000, kiedy wynosiło ok. 3% rocznie. Jest za to większe niż średnio w zeszłej dekadzie (+0,5% rocznie). Przypomnijmy, że w związku z ograniczeniami spowodowanymi pandemią, w 2020 r. globalna antropogeniczna emisja CO2 spadła o 5,2% w porównaniu z rokiem 2019.

Więcej latamy i spalamy więcej węgla

Jednym z głównych powodów wzrostu emisji w tym roku jest „odbicie się” sektora lotniczego po spadkach związanych z pandemią COVID-19, o czym przeczytasz więcej w tekście Wpływ lotnictwa na klimat – CO2 i inne substancje emitowane przez samoloty.

Innym powodem zwiększonej emisji CO2 w tym roku jest wzrost zużycia węgla, który w przypadku Europy częściowo zastępuje rosyjski gaz ziemny. To oczywiście konsekwencja wojny w Ukrainie. Zapotrzebowanie na węgiel i gaz ziemny w Europie byłoby mniejsze, gdyby kilka krajów – przede wszystkim Niemcy – od lat sukcesywnie nie likwidowały swojej energetyki jądrowej albo nie porzuciły planów jej rozwoju lub budowy. W Polsce zużycie węgla jest tradycyjnie wysokie, co wynika z braku lub zahamowania rozwoju energetyki opartej na innych źródłach energii (jądrowej, wiatrowej) a także z popularności węgla jako paliwa do ogrzewania często słabo ocieplonych domów. 

Emisja CO2 w rozbiciu na spalanie węgla, ropy, gazu i produkcję cementu

Globalny budżet węglowy 2022: wykres zmian globalnych emisji CO2 z ze spalania poszczególnych paliw kopalnych i produkcji cementu.
Ilustracja 3: Globalna emisja CO2 w rozbiciu na różne paliwa kopalne i produkcję cementu.
Źródło: Global Carbon Budget./ Robbie Andrew.

Jeśli popatrzymy na surowce energetyczne to w roku 2022 największa emisja będzie związana ze spalaniem węgla (15,1 mld ton CO2, wzrost o 1%). Na drugim miejscu mamy ropę (12,1 mld ton CO2, wzrost o 2,2%). Na trzecim znajduje się gaz ziemny (7,9 mld ton CO2, spadek o 0,2%). Wartości emisji CO2 ze spalania węgla, ropy i gazu są więc bliskie tym z roku 2019. Do tego dochodzi emisja związana z produkcją cementu, która w 2022 r. będzie równa ok. 1,6 mld ton CO2, co oznacza spadek o 1,6%.

Gdzie wzrost emisji był największy?

Według szacunków zespołu Global Carbon Project w 2022 r. emisja CO2 ze spalania paliw kopalnych spadnie w Chinach (o 0,9%, do 11,4 mld ton) i Unii Europejskiej (o 0,8%, do 2,8 mld ton), ale wzrośnie w Stanach Zjednoczonych (o 1,5%, do 5,1 mld ton), w Indiach (aż o 6%, do 2,9 mld ton) i w reszcie świata (o 1,7%, do 15,4 mld ton).

Warto podkreślić, że w latach 2012-2021 na świecie było 24 krajów, w których emisja CO2 zmniejszyła się, a w tym samym czasie gospodarka rosła. Pokazuje to, że możliwy jest wzrost ekonomiczny i jednoczesna redukcja emisji CO2. W sumie te 24 państwa odpowiadały w ciągu ostatniej dekady za emisję średnio ok. 8,8 mld ton CO2 rocznie – około jednej czwartej światowych emisji CO2 ze spalania paliw kopalnych.

Dokładniej, chodzi tu o tzw. emisje terytorialne, czyli te które mają miejsce na terenie danego państwa. Wspomniane kraje to Belgia, Chorwacja, Czechy, Dania, Estonia, Finlandia, Francja, Holandia, Hongkong (który od ćwierć wieku jest częścią Chin), Izrael, Japonia, Luksemburg, Malta, Meksyk, Niemcy, Norwegia, Singapur, Słowenia, Stany Zjednoczone, Szwecja, Szwajcaria, Urugwaj, Wielka Brytania oraz Włochy. W 15 z tych 24 państw spadła też emisja związana z konsumpcją. 

Zdjęcie: statek - kontenerowiec.
Ilustracja 4: Import towarów oznacza, że emisje CO2 związane z ich wyprodukowaniem powstały w innym kraju.
Zdjęcie za PxHere (domena publiczna).

Różnicę między emisją terytorialną a emisją związaną z konsumpcją na terenie danego kraju tłumaczyliśmy w artykule Jak nam idzie realizacja Porozumienia Paryskiego? Jak pokazuje raport „Emissions Gap”, bardzo źle, gdzie użyto następującego przykładu: „(…) emisje związane z wyprodukowaniem telewizora w Chinach, wyeksportowanego do USA, w przypadku liczenia emisji terytorialnych zostaną przypisane Chinom, w przypadku emisji związanych z konsumpcją – Stanom Zjednoczonym.” W przypadku USA czy Unii Europejskiej całkowita emisja CO2 związaną z konsumpcją jest większa niż emisja terytorialna; w przypadku np. Chin jest na odwrót.

Skąd się biorą wzrosty i spadki emisji?

Przy szacowaniu wielkości całkowitej emisji CO2 danej gospodarki (państwa) i jej zmian w czasie użyteczne jest zapisanie emisji jako iloczynu kilku wielkości, których wyznaczenie może być prostsze niż samej emisji. Nazywamy go tożsamością Kai i jest on wykorzystywany przez autorów Carbon Budget 2022.

Tożsamość Kai

Oznaczmy przez F całkowitą antropogeniczną emisję CO2 danego państwa (lub regionu, czy też nawet całego świata),
przez P – jego populację,
przez G – produkt (krajowy) brutto (PKB),
a przez E – całkowite zużycie energii. 

Możemy wtedy napisać bardzo prostą i użyteczną tożsamość matematyczną:

Jest ona zwaną „tożsamością Kai”, jako że zaproponował ją ćwierć wieku temu japoński ekonomista Yoichi Kaya.

Poza populacją (P), występują w niej jeszcze kolejno:
G/P, czyli PKB/osobę (wskaźnik mówiący o zamożności społeczeństwa),
E/G – parametr opisujący energochłonność gospodarki, mówiący (w pewnym uproszczeniu) jaka ilość energii potrzebna jest do wytworzenia dóbr o danej wartości,
F/E, czyli ślad węglowy jednostki energii, który z kolei mówi nam o tym, jak bardzo produkcja energii w danym kraju uzależniona jest od paliw kopalnych.

Tożsamość Kai pozwala określić i zrozumieć, na ile zmiany w całkowitej emisji zależą od zmiany każdego z czterech czynników występujących po prawej stronie równania.

W USA i Unii Europejskiej spadek emisji CO2 w ostatniej dekadzie (w porównaniu z dekadą poprzednią) spowodowany jest przede wszystkim wzrastającą dekarbonizacją gospodarki, czyli zmniejszeniem czynnika F/E w tożsamości Kai. Ważne jest przy tym, że w Stanach Zjednoczonych i krajach Unii zużycie energii utrzymuje się na mniej więcej tym samym poziomie lub nawet spada. W przypadku Unii Europejskiej pewne znaczenie miały również słabszy wzrost gospodarczy i spadek energochłonności gospodarki, czyli zmniejszenie czynnika E/G.

Zdjęcie: farma wiatrowa na morzu.
Ilustracja 5: Farma wiatrowa na Bałtyku. Energetyka wiatrowa to jeden ze sposobów bezemisyjnej produkcji energii elektrycznej. Zdjęcie: CGP Grey (licencja CC BY 2.0).

Natomiast w krajach nienależących do Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (ang. OECD) emisja CO2 wciąż rośnie, choć coraz wolniej – tempo wzrostu emisji spadło z 6% rocznie w pierwszej dekadzie XXI w. do mniej niż 2% na rok w ciągu ostatniej dekady. 

Za 47% emisji krajów nienależących do OECD odpowiadają Chiny. Chińskie emisje rosły w tempie 10% na rok w pierwszej dekadzie obecnego stulecia oraz 1,5 % rocznie w latach 2012-21. Spowolnienie to wynika zarówno z wolniejszego rozwoju ekonomicznego, szybszego tempa dekarbonizacji jak i spadku energochłonności chińskiej gospodarki w ciągu ostatniej dekady.

Natomiast gospodarki Indii i wielu innych krajów wciąż rozwijają się dynamicznie i, co istotne, szybciej niż następuje ich dekarbonizacja czy spadek energochłonności. Pomimo szybkiego rozwoju odnawialnych źródeł energii w państwach takich jak Indie rośnie też zużycie energii produkowanej z paliw kopalnych, rośnie zatem całkowita emisja CO2

Globalnie tempo wzrostu emisji CO2 ze spalania paliw kopalnych spowalnia, w dużej mierze dzięki polityce klimatycznej i zmianom technologicznym (rozwój źródeł odnawialnych, przejście z węgla na gaz ziemny). Choć coraz wolniej, globalna emisja dwutlenku węgla ciągle jednak rośnie.  

Zmiana użytkowania gruntów a emisja CO2

Spalanie paliw kopalnych to nie jedyne źródło powodowanej przez nas (antropogenicznej) emisji dwutlenku węgla. Innym są zmiany użytkowania gruntów. Pod tym nieco enigmatycznym określeniem kryje się wiele rzeczy. Jednak chodzi tu przede wszystkim o wycinanie i pożary lasów (wylesianie), a także o pożary torfowisk. Te zjawiska i procesy przyczyniają się do ocieplania klimatu. Z drugiej strony, zalesianie prowadzi do wiązania węgla z atmosfery (’ujemne emisje’), zmniejszając tempo zmiany klimatu.

Zdjęcie: dłonie człowieka sadzącego sadzonkę sosny.
Ilustracja 6: Odbudowa ekosystemów to jeden ze sposobów na zmniejszanie ilości Co2 w atmosferze.
Zdjęcie: PSFS USDA (licencja CC BY 2.0).

Przewiduje się, że w 2022 r. globalna emisja CO2 wynikająca ze zmiany użytkowania gruntów wyniesie 3,9 mld ton, czyli ok. dziesięć razy mniej niż emisja ze spalania paliw kopalnych. To jednak nadal bardzo dużo. I choć mamy tu niewielki spadek w ciągu ostatnich dwu dekad, trzeba pamiętać, że emisję CO2 związaną ze zmianą użytkowania gruntów znamy z dużo mniejszą dokładnością niż w przypadku spalania paliw kopalnych.

W latach 2012-2021 trzy kraje: Indonezja, Brazylia oraz Demokratyczna Republika Konga odpowiadały za ponad połowę (58 proc.) całkowitej światowej emisji CO2 związanej ze zmianą użytkowania gruntów. Niestety nie jest to niespodzianką. Chodzi przecież o państwa, na których terytorium znajduje się ogromna część znikających w zastraszającym tempie lasów tropikalnych naszej planety.

Więcej na temat wpływu wylesiania – wycinki i pożarów – na lasy Amazonii znajdziesz w tekście Amazonia w ogniu półprawd. O tym, jak niszczenie lasów tropikalnych wpływa na klimat możesz przeczytać m. in. w artykule Podniebne rzeki: jak wylesianie wpływa na globalny cykl hydrologiczny.

Całkowita globalna emisja CO2

Jeśli dodamy do siebie emisję CO2 z paliw kopalnych i tę ze zmiany użytkowania gruntów, to w 2022 r. dostaniemy 40,6 mld ton. To nieco powyżej poziomu z 2021 r. (40,2 mld ton), ale nadal ciut poniżej wyniku z 2019 r. (40,9 mld ton). Uwaga: emisja CO2 ze spalania biomasy w celach energetycznych jest już brana pod uwagę przy liczeniu emisji związanej ze zmianą użytkowania gruntów.

Emitujemy CO2, więc jego stężenie rośnie

Tak jak przed rokiem, w 2022 r. stężenie dwutlenku węgla w atmosferze najprawdopodobniej wzrośnie o 2,5 części na milion (2,5 ppm), osiągając 417,2 ppm. To wartość średnia dla całego roku, bo na stały wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze nakładają się niewielkie sezonowe oscylacje związane z okresem wegetacyjnym. 

Globalny budżet węglowy 2022: wykres zmian koncentracji dwutlenku węgla.
Ilustracja 7: Stężenie (koncentracja) tła CO2 w ziemskiej atmosferze.
Źródło: Global Carbon Budget / Scripps Institution of Oceanography at UC San Diego.

Co ważne, chodzi tu o tzw. stężenie tła. Jest ono mierzone w miejscach oddalonych od źródeł emisji. W miastach, gdzie mamy wiele różnych źródeł CO2 (np. silniki spalinowe czy urządzenia grzewcze) stężenie tego gazu jest dużo wyższe niż stężenie tła – w niektórych miejscach i porach doby już dziś przekracza 600 ppm.

Jeśli policzylibyśmy, ile CO2 trzeba „wpompować” do ziemskiej atmosfery, by podnieść jego stężenie o 2,5 ppm, wyjdzie nam 19,5 mld ton. Ale to przecież tylko około połowy całkowitej ilości CO2 produkowanego przez nas ostatnio każdego roku. A co dzieje się z resztą?

Pochłanianie CO2 przez lądy i oceany

Okazuje się że wciąż około połowę antropogenicznego CO2 wyemitowanego do atmosfery każdego roku jest pochłaniane przez lądy (przede wszystkim roślinność i gleby, patrz Szybki cykl węglowy, część 1: atmosfera i ekosystemy lądowe) oraz oceany (rozpuszczanie CO2 w wodzie morskiej, patrz Szybki cykl węglowy, część 2: węgiel w oceanach).

W ciągu dekady 2012-2021 rezerwuary lądowe przyjmowały średnio 11,4 mld ton CO2 na rok, zaś oceany pochłaniały w tym samym okresie średnio 10,5 mld ton CO2 rocznie. Wstępne szacunki na 2022 r. przewidują pochłanianie przez lądy na poziomie około 12,4 mld ton i ok. 10,5 mld ton w przypadku oceanów.

Niestety, zmiana klimatu negatywnie wpływa na wydajność procesów usuwających CO2 z atmosfery. Szacuje się, że pochłanianie CO2 przez oceany i lądy zmniejszyło się odpowiednio o ok. 4% i 17% w ciągu dekady 2012-2021.

Warto przypomnieć, że wyemitowany do atmosfery CO2 wpływa na klimat naszej planety przez tysiące lat, dopóki nie zostanie trwale usunięty w działającym w skali geologicznej tzw. wolnym cyklu węglowym (patrz Impuls węglowy i jego usuwanie z atmosfery).

Emisja dwutlenku węgla w Polsce

Jak duża jest emisja CO2 w naszym kraju, i jak zmieniała się w ostatnich latach? W roku 2021 (nie ma jeszcze danych dla 2022) w Polsce wzrosły emisje CO2 ze spalania wszystkich trzech paliw kopalnych: gazu, ropy, a nawet węgla (chociaż przez ostatnie 35 lat emisja z węgla spadała):

Globalny budżet węglowy 2022: wykres zmian emisji CO2 z ze spalania poszczególnych paliw kopalnych i produkcji cementu w Polsce.
Ilustracja 8: Emisja CO2 ze spalania węgla, ropy i gazu oraz produkcji cementu w Polsce w latach 1959-2021. Źródło: Global Carbon Budget/Robbie Andrew.

Natomiast emisja związana ze zmianami użytkowania terenu jest co prawda ujemna (pochłanianie CO2) ale też o rząd wielkości mniejsza niż emisja z paliw kopalnych, choć jest znana z dużo mniejszą dokładnością:

Globalny budżet węglowy 2022: przepływy CO2 do atmosfery związane ze zmianami użytkowania terenu w Polsce.
Ilustracja 9: Emisja (a właściwie pochłanianie) CO2 związane ze zmianami użytkowania terenu w Polsce w latach 1959-2021.
Źródło: Global Carbon Budget/Robbie Andrew.

„Budżet węglowy” bardzo szybko się kurczy

Wróćmy do globalnej emisji CO2. Naukowcy zajmujący się klimatem używają pojęcia „budżet węglowy”. To ilość CO2 którą można „dorzucić” do atmosfery i wciąż mieć nadzieję, że będziemy mieć rozsądnie dużą szansę (np. 50 proc.) uniknięcia wzrostu średniej temperatury Ziemi powyżej pewnego progu (np. 1.5 °C w porównaniu z okresem przed rewolucją przemysłową). Oczywiście, z każdym rokiem ten „ węglowy budżet” się kurczy – ostatnio jak widzimy o jakieś 40 mld ton.

To, jaki był stan „budżetu węglowego” dwa lata temu dobrze obrazuje ta krótka animacja:

Dziś w tym obrazku trzeba by dodatkowo uwzględnić wartość dwuletniej globalnej emisji, czyli kolejne 80 mld ton CO2.

Ile CO2 trafi jeszcze do atmosfery i jakie będą tego konsekwencje?

Okazuje się, że w 2022 r. pozostały budżet węglowy dający 50-procentową szansę ograniczenia globalnego ocieplenia do 1,5°C, 1,7°C i 2°C zmniejszył się już odpowiednio do 380 mld ton, 730 mld ton i 1230 mld ton.

Widać że przy emisji tak dużej jak w 2022 r. wyrzucenie do atmosfery 380 mld ton CO2 zajmie nam jedynie 9 lat. Na początku następnej dekady najprawdopodobniej stracimy więc szansę na utrzymanie globalnego ocieplenia na poziomie poniżej 1,5°C. A to właśnie jest próg wyznaczony w Porozumieniu Paryskim z 2015 r. w celu uniknięcia najpoważniejszych konsekwencji zmiany klimatu.

Dla porównania, zakładane choćby przez Unię Europejską osiągnięcie „neutralności klimatycznej” (zerowej emisji CO2 netto) do roku 2050 w skali globalnej oznaczałoby wyemitowanie jeszcze dodatkowych 560 mld ton CO2. To zaś daje 50 proc. prawdopodobieństwo ograniczenia ocieplenia do około 1,6°C, a wiemy, że powinniśmy uniknąć ocieplenia o 1,5°C. Wbrew pozorom te raptem 0,1°C może mieć ogromne znacznie – choćby ze względu na dodatnie sprzężenia zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym.

Cele emisyjne z każdym rokiem są coraz mniej realne

Bardziej szczegółowe informacje na temat różnych scenariuszy emisyjnych oraz tego, w jakim dokładnie jesteśmy punkcie na „ścieżce redukcji emisji” znajdziemy w raportach „Emissions Gap” przygotowywanych co roku przez UNEP (Program Środowiskowy ONZ, ang. United Nations Environment Programme). Najnowszy taki raport „Emissions Gap Report 2022: The Closing Window” został opublikowany 27 października 2022.

Bodaj najważniejsze dla nas jest tu właśnie zestawienie różnych scenariuszy emisji gazów cieplarnianych (dla prawdopodobieństwa nieprzekroczenia progu równego 2/3):

Emissions Gap Report 2022: grafika pokazująca różnicę pomiędzy scenariuszami emisji pozwalającymi na zatrzymanie ocieplenia na poziomie 1,5, 1,8 i 2 stopnie.
Ilustracja 10: Zestawienie różnych scenariuszy emisji gazów cieplarnianych, wartości emisji podane są w gigatonach ekwiwalentu dwutlenku węgla. Źródło: Emissions Gap Report 2022

Wykres ten pokazuje, jak szybko musiałaby spadać globalna emisja, byśmy mieli 66-procentową szansę uniknięcia wzrostu średniej temperatury Ziemi o daną wartość (1,5°C, 1,8°C i 2°C). Uwaga: emisja podana jest w gigatonach ekwiwalentu dwutlenku węgla, jako że uwzględnia się tu wszystkie gazy cieplarniane a nie tylko CO2

Liczby w pomarańczowych i czerwonych kółkach po prawej stronie wykresu pokazują, o jaką wielkość różnią się scenariusze emisji zgodne z dotychczasowymi zobowiązaniami, deklarowanymi przez poszczególne państwa (Krajowe Deklaracje Ograniczenia Emisji, ang. Nationally Determined Contributions, NDC) i scenariusze pozwalające na wypełnienie postanowień Porozumienia paryskiego. Widać że nawet w przypadku mniej ambitnego celu, jakim jest nieprzekroczenie progu globalnego ocieplenia o 2°C, różnica jest ogromna.

W zeszłym roku w artykule o wiele mówiącym tytule: Jak nam idzie realizacja Porozumienia Paryskiego? Jak pokazuje raport „Emissions Gap”, bardzo źle analizowaliśmy analogiczną sytuację dla roku 2020 (patrz rys. 10). Pisaliśmy wtedy m. in.: 

Kolejny rok upłynął pod znakiem braku zdecydowanych działań dekarbonizacyjnych. To powoduje, że różnica pomiędzy tym, ile możemy wyemitować jeszcze gazów cieplarnianych, żeby nie doprowadzić do katastrofalnego w skutkach ogrzania Ziemi, a ile najprawdopodobniej wyemitujemy wdrażając zaplanowane obecnie działania (tzw. „nadwyżka/luka emisyjna”, ang. „Emissions Gap”), stale się powiększa.

Niestety, ten fragment można dziś zacytować bez żadnych zmian. 

W tekście Jak nam idzie realizacja Porozumienia Paryskiego? Jak pokazuje raport „Emissions Gap”, bardzo źle możesz też przeczytać o konkretnych  działaniach (zarówno indywidualnych, jak i systemowych) jakie musimy podjąć, by wystarczająco szybko zredukować globalną emisję gazów cieplarnianych.

Jakub Jędrak, na podstawie materiałów The Global Carbon Project oraz artykułu Carbon emissions hit new high: warning from COP27. Tekst jest  rozszerzoną wersją artykułu, który ukazał się na portalu smoglab.pl. Konsultacja merytoryczna: dr. Aleksandra Kardaś