Za ocieplenie odpowiada ciepło przemysłowe
„Przyczyną globalnego ocieplenia jest ciepło wytwarzane przez przemysł od XIX wieku, związane z produkcją energii jądrowej i spalaniem paliw kopalnych, zwanych też węglowodorami – węgla, ropy i gazu ziemnego. Gazy cieplarniane, takie jak dwutlenek węgla CO2, grają tu niewielką rolę, choć powszechnie uznaje się je za główną przyczynę ocieplenia”. (Morton Skorodin)

Uśredniony w skali globu strumień ciepła przemysłowego (a ściślej całego ciepła antropogenicznego) wynosi ok. 0,03 W/m2. Dla porównania, efekt związany ze zmianą zawartości gazów cieplarnianych wynosi 3,0 W/m2, czyli 100 razy więcej.

Ciepło przemysłowe: płonący węgiel
Ilustracja 1: Płonący węgiel, drewno, ropa czy gaz uwalniają do otoczenia energię cieplną. Zdjęcie: Alexas Fotos (licencja Pixabay).

Każdy, kto dotknął rozpalonego piecyka węglowego albo silnika samochodu, bezpośrednio doświadczył kontaktu z ciepłem spalania paliw kopalnych. Setki milionów samochodów, grzejników i innych rozpowszechnionych urządzeń wydzielają mnóstwo ciepła. Mnóstwo ciepła wydzielają też bloki elektrowni węglowych czy gazowych, piece hut i cementowni, reaktory jądrowe itd. Ciepło to nazywamy ciepłem odpadowym, przemysłowym lub antropogenicznym (jeśli oprócz źródeł przemysłowych uwzględnimy też np. spalanie drewna używanego w biedniejszych krajach do gotowania). Na potrzeby artykułu będziemy używać tych terminów wymiennie.

Średni światowy strumień ciepła antropogenicznego

Oczywiście „mnóstwo ciepła” to niezbyt precyzyjne określenie na to, ile wydziela się go podczas spalania paliw kopalnych (węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego), biomasy oraz rozszczepiania jąder uranu w elektrowniach atomowych. Dokładniej rzecz biorąc ciepło wyzwalane z tych źródeł w ciągu roku wynosi ok. 550 EJ, albo 5,5·1020 J, albo 550 000 000 000 000 000 000 J.

Ciepło przemysłowe: wykres pokazujący ilość ciepła uwalnianego przy spalaniu poszczególnych surowców.
Ilustracja 2: Ciepło wydzielane podczas spalania paliw kopalnych i biomasy oraz reakcji rozszczepień jąder atomowych od 1850 do 2021 roku z podziałem na źródła energii. Źródła: Vaclav Smil, Energy Transitions: Global and National Perspectives, 2017. via Our World in Data; BP Statistical Review of World Energy 2021, British Petroleum 2021; Global Energy Review: CO2 Emissions in 2021, IEA.

To ciepło, po wykonaniu użytecznej dla nas pracy, nie znika – rozprasza się w otoczeniu. Można więc zadać pytanie, w jak dużym stopniu ciepło odpadowe przyczynia się do ocieplania naszej planety? Przeliczmy te 550 000 000 000 000 000 000 J wydzielanego ciepła rocznie na moc (w watach [W], czyli dżulach na sekundę [J/s]) przypadającą na metr kwadratowy powierzchni Ziemi [W/m2] i porównajmy z wpływem gazów cieplarnianych, wynoszącym ok. 3,2 W/m2 (NOAA).

Najpierw przeliczmy ciepło wydzielane w ciągu roku na ciepło wydzielane w ciągu sekundy, dzieląc rok przez 365,24 dni, 24 godziny w dniu i 3600 sekund w ciągu godziny:

550 000 000 000 000 000 000 J /(365,24 · 24 · 60 · 60 s) ≈ 17 400 000 000 000 W

Powierzchnia Ziemi to 510 000 000 km2, albo 510 000 000 000 000 m2. Wydzielana moc ciepła przemysłowego przypadająca na 1 m2 wynosi więc:

17 400 000 000 000 W/510 000 000 000 000 m2 ≈ 0,034 W/m2.

To mniej więcej 1/100 wpływu gazów cieplarnianych.

Ciepło przemysłowe: infografika zestawiająca strumień ciepła przemysłowego z wymuszaniem powodowanym przez wzrost koncentracji gazów cieplarnianych.
Ilustracja 3: Infografika zestawiająca średni strumień ciepła przemysłowego z wpływem gazów cieplarnianych.

Lokalny strumień ciepła antropogenicznego

To oczywiście średnia światowa. Wydzielanie ciepła na oceanach, stanowiących większość powierzchni Ziemi czy w prawie niezamieszkałych regionach, takich jak Antarktyda, dżungle, tajga czy pustynie, jest bardzo małe – nasza wysokoenergetyczna działalność przemysłowa skupia się bowiem na relatywnie niewielkiej części planety. W tych miejscach nasz lokalny strumień ciepła przemysłowego jest dużo większy.

Ciepło antropogeniczne: mapa strumienia ciepła antropogenicznego na świecie.
Ilustracja 4: Średni strumień ciepła przemysłowego na mapie o siatce 0,5 x 0,5° (Varquez i in., 2021).

Ze szczególnie wysokim strumieniem ciepła antropogenicznego mamy do czynienia w metropoliach, szczególnie w ich centrach, gdzie w wielopiętrowych wieżowcach mieszka i pracuje wielu ludzi.

Ciepło antropogeniczne: mapy pokazujące średni strumień ciepła antropogenicznego w przykładowych metropoliach.
Ilustracja 5: Średnioroczny strumień ciepła antropogenicznego w przykładowych metropoliach w rozdzielczości przestrzennej 1 km x 1 km. Kolor tła obejmuje tereny, na których zużycie energii jest mniejsze niż 1 W/m2 (Varquez i in., 2021).

Na ilustracji wyróżnia się Paryż, ze szczególnie intensywną wyspą ciepła w centrum. To miasto położone w chłodnym klimacie, a zimowe ogrzewanie wielopiętrowych budynków o dużej powierzchni bardzo podbija zużycie energii w stosunku do miast położonych w cieplejszym klimacie.

Porównanie długoterminowe

Spalanie paliw kopalnych czy rozszczepianie uranu jest jednorazowym aktem wydzielenia energii – gdy weźmiemy atom węgla i połączymy z tlenem, wydzieloną energię liczymy tylko w danym roku. Tymczasem będący produktem spalania dwutlenek węgla pozostaje w atmosferze bardzo długo, ogrzewając powierzchnię Ziemi przez wiele tysięcy lat  (Archer i in., 2009, więcej w Impuls węglowy i jego usuwanie z atmosfery).

Tak więc powiedzenie, że strumień ciepła przemysłowego to ok. 1/100 wpływu gazów cieplarnianych jest poważnym niedopowiedzeniem. W rzeczywistości dodatkowa energia pochłonięta przez Ziemię w wyniku spalania paliw kopalnych będzie w sumie miliony razy większa od energii wyemitowanej podczas ich spalania.

Marcin Popkiewicz, konsultacja merytoryczna prof. Szymon P. Malinowski

Opublikowano: 9 maja 2022

Zasady komentowania na Nauka o klimacie

Nasza strona służy popularyzacji nauki. Chętnie odpowiadamy na pytania, ale nie akceptujemy spamu i dezinformacji.