Wszystkie rośliny używane w przemysłowej produkcji biopaliw wymagają odpowiedniej uprawy pozwalającej uzyskać wysokie plony. Uprawa wiąże się w większości przypadków z zabiegami naruszającymi wierzchnią warstwę gleby. Sprzyja to rozkładowi zawartej w niej materii organicznej, czemu towarzyszą emisje CO₂. Im gleba bardziej bogata w materię organiczną, tym te emisje są większe. Na końcu skali znajdują się gleby organiczne np. torfowe. Ich osuszanie na cele rolnicze oraz uprawa, skutkująca dalszą degradacją, wiążą się z bardzo dużymi emisjami CO₂. Na tyle dużymi, że mogą one wielokrotnie przewyższyć ilość CO₂ pobraną z atmosfery przez uprawiane rośliny.

Na ten problem wskazuje m.in. opublikowany w tym roku w Nature Climate Change artykuł pod kierownictwem prof. Chrisa Evansa, specjalisty biogeochemii torfowisk z Brytyjskiego Centrum Ekologii i Hydrologii. Naukowcy przyjrzeli się w nim uprawom kukurydzy na surowiec do produkcji biometanu prowadzonym na osuszonych torfowiskach w Wielkiej Brytanii. Okazało się, że w tym przypadku same emisje z gleby, wliczane do całościowego śladu węglowego biometanu z kukurydzy, mogą przekraczać nawet trzykrotnie ilość CO₂ emitowanego ze spalania równoważnej ilości gazu ziemnego (Evans i in., 2024).

Biodiesel niekoniecznie lepszy od ropy

Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku np. biodiesla uzyskiwanego z owoców palm olejowych uprawianych na osuszonych torfowiskach tropikalnych. Emisje ze spalania takiego biodiesla, gdy uwzględni się emisje z gleby, mogą być od 3 do nawet 40 razy wyższe w porównaniu do diesla „kopalnianego”. Niszczenie głębokich torfowisk, które tworzyły się dziesiątki tysięcy lat, uwalnia „starożytny” węgiel organiczny, co powoduje, że emitowany na skutek tych działań CO₂ jest bardziej podobny pod względem wpływu na klimat do CO₂ z paliw kopalnych niż do tego pochodzącego ze spalania materii organicznej uczestniczącej w bieżącym cyklu węglowym (np. drewna) (Evans i in., 2024) (zobacz też: Torfowiska – kolejne dodatnie sprzężenie zwrotne zmiany klimatu) 

Nie tylko emisje z gleby

Dodatkowymi źródłami emisji gazów cieplarnianych w przypadku wytwarzania biopaliw z roślin są  też np. stosowanie nawozów (emisje N₂O) czy rowy odwadniające (CH₄ z rozkładu materii organicznej zanurzonej w stojącej wodzie). W przypadku produkcji biogazu z kukurydzy uprawianej na glebach organicznych okazuje się, że emisje związane z użyciem nawozów, transportem itp. sumarycznie są i tak niższe od tych z gleby. To pokazuje jak ważne jest uwzględnienie tych ostatnich przy określaniu emisji z całego cyklu produkcyjnego (LCA) biopaliwa. Bez tego jego ślad węglowy może zostać znacznie zaniżony. Podobnie może się stać, gdy potraktuje się wszystkie gleby organiczne jednakowo, bez rozróżniania ich według procentowej zawartości materii organicznej (emisje z tych „bogatszych” mogą być wielokrotnie wyższe od tych z „uboższych”), a także gdy nie wlicza się metanu z rowów odwadniających pola uprawne (Evans i in., 2024, Liang i in, 2024) (zobacz też: Z pól do morza – nawozy a środowisko i klimat).

Biometan nie zawsze może być dobrym rozwiązaniem

Precyzyjne określenie śladu węglowego biopaliw jest konieczne, gdyż często są one uznawane za jedno z ważnych rozwiązań mitygacyjnych. Od 2000 r. produkcja samego biometanu zwiększyła się na świecie czterokrotnie, a szacunki IEA dotyczące dalszego wzrostu są równie optymistyczne. Problem w tym, że jeśli nie będziemy w  stanie wyeliminować biopaliw bardziej emisyjnych niż paliwa kopalne, może się okazać, że trudno jest dzięki nim zbliżać się do celów dekarbonizacyjnych w transporcie czy ogrzewaniu. Szczególnie, że pod uprawy energetyczne potrzebne są tereny, które mogłyby zostać wykorzystane na inne cele: uprawy roślin jadalnych czy zalesianie, a w przypadku gleb organicznych – zostać wycofane z produkcji rolnej i poddane renaturyzacji. Te ostatnie działania mogłyby mieć w wielu miejscach większy wpływ na lokalne ograniczanie emisji gazów cieplarnianych niż wykorzystanie biopaliw (IPCC, 2023, Evans i in., 2024).

Biopaliwa – tak, ale z rozsądkiem

Tymczasem gdyby produkcja biometanu w procesach beztlenowych (fermentacji) miała zaspokoić 6-9% światowego zapotrzebowania na energię pierwotną, czyli ilość możliwą do osiągnięcia według szacunków producentów biopaliw, wymagałoby to znacznego zwiększenia obszaru upraw energetycznych np. kukurydzy, tak aby zajmowały one ok. 7% światowej ziemi rolnej. Biorąc pod uwagę, że ekspansja rolnictwa na tereny naturalne jest jedną z głównych przyczyn wylesiania i związanych z tym emisji CO₂, a także zmniejszania bioróżnorodności, można się zastanawiać czy jest to warte swojej ceny – szczególnie gdy dokładnie policzymy „klimatyczny” bilans produkcji biopaliw z roślinnej biomasy (Ritchie, 2021, Evans i in., 2024). 

The post Klimatyczny koszt biopaliw bywa wyższy niż paliw kopalnych appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Wykres przedstawia redukcję globalnej emisji gazów cieplarnianych wymaganą do osiągnięcia celów paryskiego porozumienia klimatycznego z 2015 roku, oraz emisję wynikającą z wdrożonych i deklarowanych polityk klimatycznych do roku 2035.

Oś pozioma: lata. Oś pionowa: globalna emisja gazów cieplarnianych w miliardach ton ekwiwalentu dwutlenku węgla (uwaga, oś nie zaczyna się od zera).

Kolory: oznaczają różne scenariusze historycznej oraz przyszłej emisji. Ciemnogranatowy – rzeczywista emisja oraz jej przedłużenie, przy założeniu ekstrapolacji już przyjętych polityk klimatycznych. Niebieski – emisja przy założeniu pełnego wdrożenia zgłoszonych, bezwarunkowych celów redukcji emisji. Jasnoniebieski – emisja przy założeniu wdrożenia dodatkowych celów redukcji emisji, warunkowanych uzyskaniem międzynarodowej pomocy finansowej. Pomarańczowy – poziom emisji potrzebny do osiągnięcia zapisanego w porozumieniu paryskim celu ograniczenia wzrostu globalnej temperatury do 2°C ponad poziom przedprzemysłowy (z prawdopodobieństwem co najmniej 66%). Czerwony – poziom emisji niezbędny do osiągnięcia celu 1,5°C (z prawdopodobieństwem co najmniej 50%). Szara linia przerywana przedstawia ekstrapolację trendu sprzed przyjęcia porozumienia paryskiego.

Wykres przedstawia medianę przyszłych projekcji, bez niepewności scenariuszowej związanej z wdrożeniem różnych zestawów instrumentów i technologii mitygacji zmiany klimatu.

Źródło: UNEP Emission Gap Report 2024 za Carbon Brief.

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

Ten wpis sfinansowaliśmy ze środków finansowych pochodzących z 1,5% podatku dochodowego od osób fizycznych przekazanych Fundacji Edukacji Klimatycznej. Dziękujemy!

The post Jak blisko nam do osiągnięcia celów porozumienia paryskiego appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Roczne bezpośrednie emisje gazów cieplarnianych w przeliczeniu na ekwiwalent CO₂, w latach 1990-2019, w podziale na sektory gospodarki.

Oś pozioma: lata. Oś pionowa: emisje gazów cieplarnianych w gigatonach ekwiwalentu CO2 na rok. 

Kolory: niebieski – systemy energetyczne, żółty – przemysł, granatowy – AFOLU, czyli rolnictwo, leśnictwo i inne zmiany użytkowania terenu, szary – transport, czerwony – budynki (gospodarstwa domowe, budynki użyteczności publicznej…).

Źródło: IPCC AR6 WGIII, rozdział 2 

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Emisje gazów cieplarnianych w podziale na sektory, 1990-2019 appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Gdy opublikowałem powyższy krótki tekst w mediach społecznościowych, pojawiła się lawina komentarzy, niektóre kompletnie odjechane, inne merytorycznie ciekawe. Postanowiłem więc zebrać tą dyskusję w uporządkowaną formę, po kolei:

1. Jakie jest zużycie energii podczas jazdy rowerem elektrycznym, zwykłym oraz autem spalinowym i elektrycznym?
2. Jakie są związane z tym emisje CO₂?
3. Co się zmieni, gdy doliczymy emisje związane z produkcją pojazdu?
4. Inne wątki: a co z recyklingiem baterii?

1. Rower elektryczny, zwykłym oraz samochodem spalinowym i elektrycznym – zużycie energii podczas jazdy

Rower zwykły: na przejechanie 100 km rowerzysta spala ok. 2000 kcal = 8,4 MJ pochodzącej z jedzenia energii (przy czym zużycie energii zależy od masy osoby, wiatru, terenu i innych czynników).

Tu pojawia się pytanie: Czy w ogóle powinniśmy liczyć jako koszt energetyczny transportu wysiłek rowerzysty związany z jazdą na rowerze (czy to zwykłym czy elektrycznym), jest to przecież zdrowa porcja ruchu – gdyby nie jazda na rowerze, należałoby pójść na basen lub siłownię. 

Osobiście, jeśli jest to jazda do godziny dziennie (dystans do ok. 20 km), nie postrzegam tego jako wydatku energetycznego związanego z transportem. O ile codzienne doświadczenie podpowiada, że w jakimś stopniu spożycie kalorii jest większe, to brakuje badań, które by to jednoznacznie potwierdzały i określały, o ile to spożycie się zwiększa, a istniejąca literatura daje mieszane wyniki (więcej w Brand 2021). Po konsultacji z ekspertem od tematu, dr Michałem Czepkiewiczem, jako najwłaściwsze oszacowanie przyjmiemy 1/3 z oszacowanych 8,4 MJ, czyli 2,8 MJ.

Na wykresie poniżej ta wartość została zaznaczona ciemnożółtą elipsą, cały zaś przedział 0-8,4 MJ/100 km został oznaczony półprzezroczystym jasnożółtym paskiem.

Rower elektryczny: średnie zużycie energii elektrycznej na 100 km wynosi ok. 0,75 kWh = 2,7 MJ (podobnie jak przy jeździe zwykłym rowerem, zależąc od w/w czynników – mniej więcej w zakresie 0,5-1 kWh/100 km). Dodatkowo, ponieważ w standardowym rowerze elektrycznym moc silnika zależy od siły nacisku na pedały przez rowerzystę, on też zużywa energię – choć typowo zaledwie ok. 1/3 w stosunku do energii zużywanej przy braku wspomagania elektrycznego (czyli na przejechanie 100 km 1/3*2000 kcal = 2,8 MJ). Łącznie zużycie energii związane z normatywnym zużyciem kalorii to 2,7 + 2,8 MJ = 5,5 MJ/100 km, a przy przyjęciu szacowanej konsumpcji dodatkowego pokarmu w wysokości 1/3 spalonych kalorii (zgodnie z opisem w punkcie dot. zwykłego roweru) 2,7+0,9 = 3,6 MJ/100 km.

Podobnie jak w przypadku zwykłego roweru na wykresie wartość ta została zaznaczona ciemnożółtą elipsą, cały zaś przedział 0-5,5 MJ/100 km został oznaczony półprzezroczystym jasnożółtym paskiem.

Samochód elektryczny (klasa średnia): średnie zużycie energii elektrycznej jest na poziomie 18 kWh/100 km, czyli 65 MJ/100 km. W przypadku mniejszego samochodu elektrycznego byłoby to ok. 11 kWh/100 km, czyli 40 MJ/100 km.

Samochód spalinowy z silnikiem diesla (klasa średnia): średnie zużycie paliwa to ok. 7 l/100 km, czyli (przy energii paliwa 37 MJ/l) zużycie energii wyniesie ok. 260 MJ/100 km. W przypadku mniejszego samochodu o spalaniu 4 l/100 km, byłoby to 150 MJ/100 km.

Komentarz 1. Dlaczego zużycie energii przy jeździe zwykłym rowerem jest większe niż w przypadku roweru elektrycznego?

Ponieważ sprawność silnika elektrycznego (przekraczająca 90%), jest dużo większa od sprawności naszego organizmu w przetwarzaniu energii pokarmu na siłę naszych mięśni. 

Komentarz 2. Podane zużycie samochodów nie obejmuje zużycia energii przed tankowaniem/ładowaniem.

W przypadku auta spalinowego jest to energia zużywana podczas poszukiwań ropy i budowy oraz działania instalacji wydobywczych, jej transportu, rafinacji i finalnie dostarczenia na stację benzynową (dodatkowe kilkanaście procent zużycia energii w stosunku do paliwa bezpośrednio spalanego w silniku). W przypadku samochodu elektrycznego nie uwzględniamy tu strat na przesyle (kilka procent), a także zużycia energii na zbudowanie i działanie źródeł energii (kolejne kilka procent w przypadku elektryczności ze źródeł OZE lub kilkanaście procent w przypadku elektrowni węglowych i kopalni pracujących na ich potrzeby).

Komentarz 3. Jeśli samochodem jedzie więcej osób, zużycie energii na osobę znacząco maleje.

To prawda – na wykresie zaznaczyłem kółkami zużycie energii na osobę w sytuacji, gdy samochodem jadą 4 osoby.

Komentarz 4. Podane zużycie paliwa/energii samochodu jest niewłaściwe…

W aucie spalinowym jadącym z umiarkowaną jednostajną prędkością w trasie „na ogonie” tira zużycie paliwa może być wyraźnie niższe od podanego; przy jeździe na krótkich dystansach w miejskich korkach dużo wyższe. W aucie elektrycznym zużycie energii w mieście jest niższe (lepsza praca silnika w szerokim zakresie obrotów oraz odzysk energii przy hamowaniu), może zaś wyraźnie rosnąć w skrajnie niskich temperaturach (potrzeba grzania). Dlatego w oszacowaniach przyjęte zostały wartości średniego rzeczywistego zużycie paliwa (nie w ekstremalnie sprzyjających lub niesprzyjających warunkach) pochodzące z portalu branżowego „Wybór Kierowców”.

2. Jakie są emisje CO₂ związane z jazdą różnymi środkami transportu?

Rower zwykły: 2000 kcal w jedzeniu (spalane przy przejechaniu dystansu 100 km), w zależności od diety odpowiada emisji 3-7 kgCO₂e, ze średnią wartością 5 kgCO₂e.

Podobnie jak w punkcie dotyczącym zużycia energii z dodatkowej konsumpcji pokarmu przez rowerzystę, pojawia się pytanie: Czy w ogóle powinniśmy liczyć jako dodatkowe emisje CO₂ związane z wysiłkiem rowerzysty.      

Odpowiem podobnie jak w przypadku analogicznej kwestii odnośnie zużycia energii: osobiście, jeśli jest to jazda do godziny dziennie (dystans do ok. 20 km), to nie postrzegam tego jako wydatku energetycznego (i emisji) związanego z transportem. Pozostałe rozważania z punktu dotyczącego dodatkowego zużycia energii przez rowerzystę również pozostają w mocy. W związku z tym za najwłaściwsze oszacowanie przyjmiemy 1/3 emisji maksymalnych (1,6 kgCO₂e/100 km), co jest też zgodne z oszacowaniami Czapkiewicz 2021.

Na wykresie ta wartość została zaznaczona ciemnożółtą elipsą, cały zaś przedział 0-5 kgCO₂e/100 km został oznaczony półprzezroczystym jasnożółtym paskiem.

Rower elektryczny: przy średnim zużyciu energii elektrycznej 0,75 kWh/100 km i emisyjności polskiego miksu energetycznego w 2023 r. na poziomie 0,662 kgCO₂/kWh (z energią elektryczną w ok. 2/3 pochodzącą z elektrowni węglowych) emisje związane z wyprodukowaniem energii elektrycznej wynoszą ok. 0,5 kgCO₂. Do tego (patrz komentarz w dot. zużycia energii podczas jazdy rowerem elektrycznym), dochodzą emisje związane z wyprodukowaniem jedzenia rowerzysty (1/3 z 2000 kcal, czyli 1,7 kgCO₂e). Łącznie maksymalne emisje to 0,5+1,7 = 2,2 kgCO₂e, a przy przyjęciu emisyjności związanej z szacowaną konsumpcją dodatkowego pokarmu (zgodnie z opisem w punkcie dot. zwykłego roweru) 0,5+0,53 = 1,03 kgCO₂e/100 km.

Podobnie jak w przypadku zwykłego roweru na wykresie wartość ta została zaznaczona ciemnożółtą elipsą, cały zaś przedział 0-2,2 kgCO₂e/100 km został oznaczony półprzezroczystym jasnożółtym paskiem.

Samochód elektryczny (klasa średnia): przy średnim zużyciu energii elektrycznej 18 kWh i emisyjności polskiego miksu energetycznego w 2023 r. na poziomie 0,662 kg/kWh (z energią elektryczną w ok. 2/3 pochodzącą z elektrowni węglowych) emisje związane z wyprodukowaniem energii elektrycznej wynoszą 12 kgCO₂. W przypadku mniejszego samochodu elektrycznego byłoby to 12 kWh * 0,662 kg/kWh = 8 kgCO₂.

Samochód spalinowy z silnikiem diesla (klasa średnia): spalanie 1 l paliwa (diesel) wiąże się z emisją 2,65 kgCO₂. Przy średnim zużyciu paliwa 7 litrów/100 km oznacza to emisję 18,5 kgCO₂/100 km.

Dodatkowo do porównania dodajmy 12-metrowy autobus, w wersji spalinowej i elektrycznej:

Autobus elektryczny (w 1/4 pełen): zużycie energii na 100 kilometrów to ok. 150 kWh, co przy 20 pasażerach (odpowiada to rzeczywistemu średniemu napełnieniu autobusów w miastach, biorąc pod uwagę wszystkie kursy, w tym nocne i podmiejskie) daje zużycie energii 7,5 kWh/100 pkm. Dla polskiego miksu energetycznego oznacza to emisję 5 kgCO₂/100 pkm.

Autobus spalinowy (w 1/4 pełen): typowe zużycie paliwa w wysokości 40 l/100 km przy 20 pasażerach daje zużycie paliwa 2 l/100 pkm, co oznacza emisję 5,3 kgCO₂/100 pkm.

Komentarz 1. A co by było, gdyby prąd pochodził z samych elektrowni węglowych (emisja na poziomie 1 kgCO₂/1 kWh)?

Jazda rowerem elektrycznym wiązałaby się z emisją 0,75 kgCO₂ ze spalenia węgla (oraz dodatkowe 1,7 kg z produkcji żywności). Jazda średnim samochodem elektrycznym zaś 18 kgCO₂, a mniejszym 11 kgCO₂/100 km. 

Widać, że nawet przy ładowaniu prądem pochodzącym z elektrowni węglowych, rower elektryczny jest bardzo niskoemisyjnym środkiem transportu.

Z drugiej strony, przy ładowaniu zeroemisyjnym prądem, emisje CO₂ związane z jazdą rowerem elektrycznym (a także samochodem elektrycznym) mogą przestać być problemem dla klimatu.

Komentarz 2. Emisje 5 kgCO₂/100 km, związane z produkcją żywności „zasilającej” rowerzystę na dystansie 100 km, są średnią – mogą być one jednak znacząco mniejsze, lub większe.

To prawda – na jednym biegunie będzie osoba żywiąca się własnoręcznie zebranymi dziko rosnącymi roślinami lub z własnego ogródka uprawianego bez użycia pestycydów, nawozów sztucznych itd.; na drugim biegunie będzie ktoś, kto objada się wołowiną lub w jeszcze bardziej skrajnym przypadku, np. świeżym sushi, które przyleciało samolotem z Japonii.

Komentarz 3. A co z innymi zanieczyszczeniami powietrza, takimi jak pyły czy rakotwórcze tlenki azotu (NO_x)?

W tym przypadku rowery są absolutnie bezkonkurencyjne. Samochody elektryczne, nawet zasilane prądem z elektrowni węglowych (wyposażonych w dobre filtry), też są nie najgorsze – problemem pozostaje tylko pył ze startych opon. Samochody spalinowe pod tym względem są najgorsze (szczególnie będące naszą narodową specjalnością diesle z wyciętym filtrem).

Komentarz 4. Jeśli samochodem jedzie więcej osób, emisje CO₂ na osobę znacząco maleją.

To prawda – kółka na paskach emisji przez samochody pokazują zużycie je w sytuacji, gdy samochodem jadą 4 osoby.

3. Co się zmieni, gdy doliczymy emisje związane z produkcją pojazdu?

Rower zwykły: Emisje związane z wyprodukowaniem standardowego roweru to ok. 100 kgCO₂. Przyjmując, że rower służy przez 15 lat, a rowerzysta przejeżdża 10 km dziennie jeżdżąc 250 dni w roku, daje to dystans 15*250*10=37500 km i emisje 0,27 kgCO₂/100 km.

Rower elektryczny: Emisje związane z produkcją baterii zależnie od technologii i miejsca produkcji wynoszą obecnie 45-108 kgCO₂e/kWh, przy czym do 2030 roku możliwe jest zmniejszenie emisyjności do poziomu ok. 12-24 kgCO₂/kg (MacKinsey 2023). Przyjmując emisyjność na poziomie 70 kg kgCO₂e/kWh, emisje związane z wyprodukowaniem baterii o pojemności 0,5 kWh wyniosą 35 kgCO₂e. Do tego dochodzi silnik i reszta układu napędowego, w sumie kolejne 15 kgCO₂e. Łącznie do 100 kgCO₂e zwykłego roweru dochodzi 50 kgCO₂, łącznie 150 kgCO₂e. Daje to emisje związane z produkcją równe 0,4 kgCO₂/100 km.

Samochód elektryczny (klasa średnia): wyprodukowanie takiego samochodu to emisje ok. 8 tCO₂e. Przy dystansie przejeżdżanym w czasie życia 200 000 km oznacza to emisje związane z produkcją pojazdu 4 kgCO₂/100 km.

Samochód spalinowy z silnikiem diesla (klasa średnia): wyprodukowanie takiego samochodu to emisje ok. 6 tCO₂e. Przy dystansie przejeżdżanym w czasie życia 200 000 km oznacza to emisje związane z produkcją pojazdu 3 kgCO₂/100 km.

Komentarz 1. Emisje związane z produkcją (wydobycie i przetwarzanie surowców oraz działanie fabryk) są związane głównie ze spalaniem paliw kopalnych przez maszyny wydobywcze, transport i fabryki. W świecie, w którym wszystkie te sektory będą elektryfikowane w oparciu o bezemisyjne źródła energii spadać będzie też ślad węglowy produktów.

W przypadku pełnej dekarbonizacji energii elektrycznej i ciepła w przemyśle oraz wychwytu (CCS, CCUS) rezydualnych emisji z procesów przemysłowych możliwe jest wręcz wyzerowanie tych emisji.

Komentarz 2. Jeśli rower elektryczny używany jest sporadycznie jako rower rekreacyjny, emisje związane z produkcją roweru w przeliczeniu na kilometr mogą być nawet większe niż z jazdy samochodem.

Można dyskutować, na ile w przypadku takiego wykorzystywania roweru są to emisje związane ze środkiem transportu, ale tym niemniej przeliczmy, przy jakim dystansie przejechanym w czasie życia roweru elektrycznego emisje z przejechania kilometra wzrosną do poziomu naszego referencyjnego samochodu spalinowego (21,55 kgCO₂/100 km) – dla opisanych w tekście założeń jest tak w przypadku dystansu ok. 700 km. Jeśli więc korzystamy z roweru przez 10 lat, wsiadając na niego 10 razy w roku w celu przejechania 7 km (co odpowiada ok. pół godziny prawie bezwysiłkowej jazdy), to faktycznie emisyjność związana z przejechaniem kilometra będzie wyższa niż dla jazdy autem spalinowym.

4. Inne wątki: a co z recyklingiem baterii?

Często spotykamy się z twierdzeniem, że recyklingowi poddaje się raptem 5% baterii litowo-jonowych, reszta trafia zaś na wysypiska.

To nieprawda. Informacja ta pojawiła się w raporcie napisanym w 2011 roku przez organizację ekologiczną 'Friends of the Earth’. Wynik ten uzyskano dzieląc ówczesną wielkość zbiórki baterii przez wielkość produkcji. Ponieważ produkcja baterii z roku na rok bardzo szybko rosła, na rynek wchodziło dużo więcej baterii niż z niego znikało; ponadto wtedy nie było jeszcze strumienia starych wycofywanych z użycia baterii aut elektrycznych.

A jak wygląda obecna sytuacja? Na początek warto zauważyć, że baterie pojazdów elektrycznych są wypełnione cennymi materiałami (odpady akumulatorowe osiągają obecnie ceny od 1000 do 5000 USD za tonę). W odróżnieniu od baterii smartfonów i innej drobnicy elektronicznej – są one duże i ciężkie, a przez to łatwe do zebrania, ich wyrzucanie na wysypisko jest więc po prostu nieopłacalne. O ile w 2019 r. ekspert od recyklingu Hans Eric Melin oszacował poziom zbiórki do recyklingu baterii wycofanych z eksploatacji na 59%, to obecnie szacuje go już na 90% (z prognozami dojścia do 99%).

Oprócz WSKAŹNIKA ZBIÓRKI, ważny jest też WSKAŹNIK ODZYSKU, czyli odsetek odzyskanych materiałów (w szczególności tych krytycznych). Jak wynika z raportów zarówno firm działających w tej branży od dawna jak i startupów, takich jak Redwood Materials, wskaźniki odzysku sięga nawet 95%.
Co to oznacza? Przyjmijmy, że żywotność baterii wynosi 15 lat, a łączne wskaźniki zbierania i odzysku wynoszą 90%. Tak długo, jak gęstość energii baterii w kWh/kg poprawia się o 10% co 15 lat (a warto zauważyć, że w ciągu ostatniej dekady uległa ona podwojeniu) – minerały użyte do wyprodukowania pierwszej generacji baterii będą po recyklingu cały czas pozwalać na wyprodukowanie baterii o takiej samej pojemności.

Dodam jeszcze, że w komentarzach największa troska o poziom recyklingu baterii widoczna była u osób emocjonalnie związanych z samochodami spalinowymi. Aż chce się zapytać:

„A jaki jest poziom recyklingu paliwa spalanego w aucie spalinowym? 

…czy może traktujemy atmosferę jak zwykły (najlepiej pewnie jeszcze darmowy?) ściek dla rury wydechowej?”

Podsumowanie

Rower elektryczny to nadzwyczaj efektywny energetycznie i niskoemisyjny środek transportu, nawet jeśli zasilany jest prądem z elektrowni węglowej (choć zdecydowanie lepiej, gdy zasilany jest prądem z OZE!).

Z punktu widzenia emisji, na których skupia się mem, bardzo istotne jest, jaki środek transportu zastępujemy, wsiadając na rower elektryczny: jeśli zamiast tego pojechalibyśmy zwykłym rowerem – w pierwszym przybliżeniu można powiedzieć, że jest to wszystko jedno; jeśli jednak wsiedlibyśmy do swojego samochodu (czy to spalinowego czy elektrycznego), korzyść jest kolosalna. To absolutnie kluczowe – rower elektryczny może z powodzeniem zastąpić samochód tam, gdzie codzienna jazda do pracy zwykłym rowerem jest zbyt wymagająca ze względu na zbyt duży dystans lub pagórkowaty teren (można się spocić!). W przypadku przesiadki z autobusu korzyści dla emisji są znacznie mniejsze, ale dla zdrowia warto .

Marcin Popkiewicz, konsultacja merytoryczna: dr Michał Czepkiewicz

The post Rower elektryczny a inne pojazdy – zużycie energii i emisje dwutlenku węgla appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Mapa pokazująca, jakie znaczenie dla globalnego klimatu miałyby działania polegające na sadzeniu drzew, zależnie od lokalizacji. Uwzględniono zarówno efekt chłodzący, związany z pochłanianiem dwutlenku węgla przez roślinność, jak i ogrzewający, wynikający ze zmiany albedo (zwiększenia ilości pochłanianego na określonym terenie promieniowania słonecznego). 

Kolory na mapie pokazują efekt wypadkowy, przeliczony na równoważnik (ekwiwalent) pochłoniętego dwutlenku węgla w tonach (megagramach) ekwiwalentu CO₂ na hektar [MgCO₂eha^-1]. Dla ułatwienia porównania z innymi opracowaniami, skalę opisano także w jednostkach pochłoniętego ekwiwalentu węgla [MgCe ha^-1]. Barwy pomarańczowe i czerwone oznaczają wypadkowy wpływ ocieplający, niebieskie – wypadkowy wpływ chłodzący.

Źródło: Hasler i in. (2024)

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Wpływ zalesiania na klimat zależnie od lokalizacji  appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Warszawa, 05 stycznia 2024 roku

Komunikat 01/2024
Komitetu Problemowego ds. Kryzysu Klimatycznego
przy Prezydium PAN
na temat wpływu zmiany klimatu na lasy i lasów na klimat

Podsumowanie

Lasy są zarazem ofiarą zmian klimatu, jak i naszym kluczowym sojusznikiem w walce z nimi.

Las, jaki znaliśmy, zmienia się na naszych oczach. Zmienia się zasięg występowania wielu gatunków, a niektóre stopniowo znikają z naszych lasów. Coraz częstsze susze i huraganowe wiatry osłabiają drzewostany, które następnie padają ofiarą patogenów. Zmiany te będą miały dramatyczny wpływ na wiele obszarów naszego życia, w tym na funkcjonowanie ogromnej gałęzi gospodarki związanej z przemysłem drzewnym.

Jednocześnie Komitet chciałby zwrócić uwagę na kluczową rolę, jaką lasy mogą odgrywać w przeciwdziałaniu zmianom klimatu i łagodzeniu ich skutków. Las przechwytuje z atmosfery dwutlenek węgla, który następnie przechowywany jest w samych drzewach oraz w glebie. Zwiększenie powierzchni lasów nie zastąpi wprawdzie odchodzenia od paliw kopalnych, ale może być jednym z narzędzi kompensowania emisji dwutlenku węgla. Lasy odgrywają też kluczową rolę w stabilizacji obiegu wody, zmniejszając dotkliwość zarówno susz, jak i powodzi.

Warto pamiętać, że nie wszystkie lasy spełniają te funkcje równie dobrze. Powinniśmy mieć na uwadze nie tylko ilość (powierzchnię) lasów, lecz także ich jakość. Stare, bioróżnorodne systemy leśne muszą zostać objęte szczególną ochroną. Należy dbać o zwiększanie obszarów zalesionych (choć nie kosztem innych ważnych ekosystemów m.in. bagiennych) i ochronę tych istniejących.

Funkcje ekologiczne, społeczne i gospodarcze lasów są dziś zagrożone przez kryzys klimatyczny. Jednocześnie lasy odgrywają bardzo ważną rolę w zapewnieniu stabilności środowiska. Przeciwdziałają antropogenicznej zmianie klimatu oraz łagodzą jej skutki. Dlatego istnieje potrzeba podjęcia pilnych działań zmierzających do ochrony polskich lasów dla zachowania korzyści, które jako społeczeństwo czerpiemy z ich istnienia. Kompleksowe działania powinny być wypracowane z udziałem wszystkich grup interesariuszy oraz ekspertów. Musimy uratować nasze lasy, żeby one mogły ratować nas.

Komitet Problemowy ds. Kryzysu Klimatycznego przy Prezydium PAN wzywa do opracowania wielowymiarowej, opartej na dialogu społecznym polityki leśnej, która będzie łączyła szybko rozwijającą się wiedzę naukową na temat tych złożonych ekosystemów z potrzebami i interesami różnych grup społecznych.

Wpływ zmiany klimatu na lasy

Już teraz zmiana klimatu wpływa na funkcjonowanie ekosystemów leśnych na całym świecie, a w przyszłości ten wpływ znacznie się nasili. Zmienia się tempo wzrostu drzew, przesuwają się granice zasięgu gatunków, już dziś inne są struktura i skład drzewostanów oraz runa leśnego. Coraz więcej drzew zamiera w wyniku susz¹, aktywności patogenów grzybowych oraz owadów liściożernych czy żerujących pod korą (takich jak kornik drukarz), a także zjawisk o charakterze ekstremalnym: huraganowych wiatrów, pożarów, powodzi, których częstość i nasilenie wzrasta wraz z ocieplaniem się klimatu². W skrajnych przypadkach na świecie (na przykład w wyniku następujących po sobie intensywnych pożarów oraz zamierania młodych drzew i siewek) dochodzi już do lokalnego zastępowania zbiorowisk leśnych przez zbiorowiska krzewiaste czy nawet przez roślinność trawiastą³.

Powszechne i rozległe zmiany w składzie gatunkowym drzewostanów powodują, że gatunki drzew o dużym znaczeniu gospodarczym ustępują miejsca gatunkom do tej pory mniej rozpowszechnionym i nie odgrywającym ważnej roli w produkcji surowca drzewnego. Zmiany struktury gatunkowej lasów skutkują też zmianami ich różnorodności biologicznej. Ze względu na szybsze tempo wzrostu drzew ^4,5 należy się też liczyć z przyspieszonym rozpadem wielu drzewostanów, szczególnie monokultur iglastych sadzonych niegdyś na wysoko produktywnych siedliskach ^6,7. Procesy takie pojawiły się już kilka lat temu w efekcie suszy na obszarze południowo-zachodniej Polski. Będzie to prowadzić do rozpadu drzewostanów gospodarczych na dużych obszarach, destabilizacji rynku drzewnego oraz problemów logistycznych przy próbach schematycznego uprzątania terenu i sadzenia drzew. Prognozy klimatu wskazują na nasilenie się tego typu zmian w przyszłości.

Rola lasów w mitygacji zmiany klimatu

Podstawowym działaniem mającym na celu spowolnienie i ograniczenie ocieplania klimatu jest redukcja spalania paliw kopalnych, a lasy mogą nam pomóc w tym zadaniu, gdyż węgiel gromadzi się w biomasie rosnących drzew, martwym drewnie i w glebie. Należy jednak przy tym zwrócić uwagę, że pochłanianie CO₂ netto przez ekosystemy lądowe jest znacznie mniejsze niż jego emisja w wyniku spalania paliw kopalnych, które prowadzą do stałego wzrostu koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze. Wykorzystanie procesów opartych o przyrodę (ang. NbS – Nature based Solutions) do kompensacji emisji CO₂ wymaga zatem zwiększenia powierzchni ekosystemów naturalnych, zwłaszcza leśnych i bagiennych, i nie może zastąpić ograniczenia emisji z paliw kopalnych.

Z uwagi na wolniejsze pochłanianie dwutlenku węgla w starych lasach⁸ pojawiają się głosy podające w wątpliwość potrzebę ich ochrony dla celów klimatycznych. Należy jednak uwzględnić nie tylko samo tempo pochłaniania CO₂ przez drzewa, ale również akumulację węgla w glebie – nawet około połowy węgla nagromadzonego przez ekosystemy leśne znajduje się właśnie tam. Podkreślenia wymaga fakt, że przy wycięciu fragmentu starego lasu, wskutek wylesienia i przygotowania gleby pod nowe nasadzenia, w krótkim czasie z gleby i odpadów drzewnych zostaną uwolnione takie ilości dwutlenku węgla, że posadzone w tym miejscu młode drzewa będą potrzebowały co najmniej kilkudziesięciu (a w przypadku niektórych gatunków nawet ponad 100) lat, aby zrównoważyć tę emisję^9,10. Ponadto, wbrew obiegowym twierdzeniom, stare drzewa nadal pochłaniają dwutlenek węgla z atmosfery i czynią to bardzo efektywnie¹¹. Dlatego wycinanie starych drzew i sadzenie w ich miejsce młodych nie jest sposobem na poprawę bilansu węglowego w czasie mierzonym dziesięcioleciami.

Jednym z rekomendowanych rozwiązań jest odtwarzanie lasów na obszarach niegdyś wylesionych, a także w pewnym stopniu sadzenie drzew na innych terenach nieleśnych¹². Zwracamy przy tym uwagę, że w odtwarzaniu lasów, jak w medycynie, obowiązuje żelazna zasada primum non nocere. Należy rozważnie dobierać tereny pod nowe lasy, biorąc pod uwagę wszystkie czynniki przyrodnicze. Na przykład sadzenie lasów na odwodnionych niegdyś mokradłach zamiast zwiększenia pochłaniania dwutlenku węgla może prowadzić do wzrostu jego emisji, przyspieszając rozkład materii w glebach organicznych, w których zakumulowane są ogromne ilości węgla. Odtwarzanie lasów na takich siedliskach może być rekomendowane jedynie pod warunkiem wcześniejszego przywrócenia warunków bagiennych, które ochronią pokłady torfu przed rozkładem, przy czym dotyczy to wyłącznie regeneracji zgodnych z takimi siedliskami lasów i borów bagiennych.

Wreszcie, odtwarzanie lasów, czy też sadzenie drzew w celach klimatycznych nie powinno w żadnym przypadku kolidować z ochroną różnorodności biologicznej w ekosystemach naturalnie nieleśnych (jak np. wspomniane torfowiska) czy w bogatych gatunkowo ekosystemach półnaturalnych, jak murawy czy łąki podmokłe. Wprost przeciwnie: powinniśmy zadbać, by lasy tworzyły wraz z nimi spójny funkcjonalnie system krajobrazowy, w którym efektywnie będą chronione zasoby węgla, wody i przyroda ożywiona.

Według ostatniego raportu IPCC, 30–50% powierzchni ziemi powinno być pokryte ekosystemami o charakterze naturalnym i zbliżonym do naturalnego, aby zapewnić skuteczną adaptację i mitygację systemów społeczno-ekologicznych do zmiany klimatu¹³.

Rola lasów w adaptacji do zmiany klimatu i gospodarce wodnej

Lasy mają duże znaczenie w stabilizacji obiegu wody w krajobrazie. Wzrost udziału powierzchni zalesionych w powierzchni całkowitej zlewni zwiększa intercepcję (zatrzymywanie wody na powierzchni roślin), ewapotranspirację (parowanie i odprowadzanie wody przez rośliny), wsiąkanie, retencję glebową i zasilanie wód podziemnych. Wysoki stopień zalesienia zlewni nawet kilkukrotnie zmniejsza ekstremalne spływy powierzchniowe, stabilizuje ich sezonową zmienność i zmniejsza szkody powodowane przez powodzie¹⁴. Woda miejscowo retencjonowana w lasach nie odpływa ze zlewni, lecz odtwarza wody podziemne oraz wraca do lokalnego obiegu poprzez ewapotranspirację. Jest to kluczowe w kontekście nasilającej się od 15 lat w Polsce suszy, negatywnie wpływającej na produkcję żywności, dostępność wody dla ludności (w ostatnich latach kilkaset jednostek samorządów terytorialnych publikuje każdego roku apele o ograniczenie zużycia wody) i przemysłu. Miejscowa retencja spowalnia też wysychanie rzek, co w ostatnich latach jest zjawiskiem coraz bardziej powszechnym, nawet we wschodnich, najbardziej wilgotnych częściach Polski. Krajobrazowa retencja wody wpływa w końcu pozytywnie na same lasy, redukując stres wodny w okresach bezopadowych i w czasie wysokich temperatur.

Lasy dojrzałe, cechujące się złożonymi biocenozami i wysoką różnorodnością biologiczną, znacznie efektywniej stabilizują cykl obiegu wody w zlewni niż lasy o uproszczonej strukturze, znajdujące się w początkowych stadiach rozwoju lub monokultury. Oznacza to, że lasy bliższe naturalnym skuteczniej chronią i odtwarzają zagrożone zmianą klimatu zasoby wodne, w znaczący sposób decydując o zdolności adaptacji systemów społeczno-ekologicznych.

Dlatego ochrona bioróżnorodności lasów powinna być dla nas ważniejsza niż maksymalizacja ich wydajności produkcyjnej. Jest to szczególnie istotne na terenach górskich i podgórskich zagrożonych powodziami oraz w środkowej Polsce objętej ujemnym bilansem wodnym i wyższym stopniem zagrożenia suszą. Ważną rolę pełnią również lasy o charakterze naturalnym, zlokalizowane w sąsiedztwie większych skupisk ludzkich, np. lasy miejskie, które w okresie fal upałów stanowią ważne obszary wytchnienia dla mieszkańców miast.

W naturalnych kompleksach leśnych kluczową rolę z punktu widzenia gromadzenia wody, a poprzez to również węgla, odgrywają lasy położone na mokradłach, a w szczególności torfotwórcze olsy czy bory bagienne. Gleby torfowe gromadzą nawet kilkadziesiąt tysięcy metrów sześciennych wody na hektar, stanowiąc ważne źródło wody – zarówno dla lokalnego obiegu, jak i regeneracji zasobów podziemnych. Z uwagi na tę rolę lasy i bory bagienne są ważnymi regulatorami lokalnego mikroklimatu, ponieważ ich ewapotranspiracja obniża temperaturę – zwłaszcza w czasie letnich upałów. Dlatego, aby poprawić rolę lasów w adaptacji do zmiany klimatu, musimy zaniechać ich odwadniania. Lasy na glebach organicznych powinny pełnić rolę wodo- i węglochronną, a istniejące w nich systemy melioracyjne należy wyłączyć z użytkowania.

Przystosowanie lasów do zmiany klimatu

Ponieważ zmiana klimatu już wpływa na lasy, a w przyszłości będzie wpływać jeszcze mocniej, potrzebne są szybkie i daleko idące zmiany w zarządzaniu lasami.

Produkcja drewna pozostanie istotnym celem leśnictwa ze względu na ważną rolę tego surowca w transformacji gospodarki i ograniczaniu produkcji energochłonnych materiałów, takich jak stal, beton czy plastik. Musimy jednak przemyśleć hierarchię funkcji lasów i nasz sposób zarządzania nimi. Trzeba pogodzić produkcję drewna z sekwestracją węgla, ochroną zasobów wodnych oraz ochroną bioróżnorodności w ekosystemach leśnych.

Jest to optymalny sposób realizacji Europejskiej Strategii Bioróżnorodności do 2030 oraz Nowej strategii leśnej UE 2030, wskazujących na konieczność pozostawienia części lasów – przede wszystkim starych drzewostanów o charakterze zbliżonym do naturalnego – bez gospodarczej ingerencji. Wprowadzanie ochrony tego typu będzie wiązało się z zaprzestaniem pozyskiwania drewna w danym obszarze leśnym, ale nie będzie stało na przeszkodzie innym sposobom korzystania z lasu (wstęp do lasu, rekreacja, turystyka, nauka i edukacja, zbiór grzybów i owoców runa leśnego).

Wyłączenie kolejnych obszarów leśnych z pozyskania drewna będzie wymagało intensyfikacji jego produkcji w innych miejscach. Duże możliwości w tym względzie stwarza przebudowa zagrożonych gwałtownym rozpadem jednogatunkowych i jednowiekowych drzewostanów iglastych rosnących na żyźniejszych i bardziej wilgotnych siedliskach oraz skrócenie cyklu rotacji drzewostanów w obszarach, gdzie dominować będzie funkcja gospodarcza.

Musimy więc zacząć kształtować drzewostany w sposób odpowiadający na obecne i przyszłe wyzwania klimatyczne. Należy zwiększyć zróżnicowanie składu gatunkowego i struktury młodych lasów, a także oprzeć się na naturalnych procesach odnowieniowych i selekcyjnych. Zrezygnujmy z wypracowanych niegdyś w celu optymalizacji produkcji drewna schematów pielęgnacji drzewostanów oraz z typologii siedlisk nie uwzględniającej w sposób należyty zmian zachodzących w środowisku.

Wskazane jest także szersze wykorzystanie wiedzy naukowej o funkcjonowaniu lasów jako ekosystemów – a więc uwzględnienie ważnej roli, jaką kluczowe gatunki zwierząt odgrywają np. w retencjonowaniu wody (bóbr), regulacji zagęszczenia roślinożerców (duże drapieżniki) oraz owadów żerujących na drewnie, łyku i korzeniach drzew (ptaki owadożerne – szczególnie dzięcioły, nietoperze czy dziki). Zwierzęta i rośliny będące integralną częścią lasu biorą także istotny i niedoceniany udział w obiegu węgla, przyczyniając się do zwiększania całkowitej biomasy ekosystemu oraz jego odporności na zmiany klimatyczne^15,16. Strategie adaptacji lasów do zmian klimatu opracowane przez naukowców i praktyków reprezentujących Państwowe Gospodarstwo Leśne¹⁷ oceniamy jako idące w dobrym kierunku. Musimy jednak pójść znacznie dalej, jeśli chcemy sprostać wyzwaniom klimatycznym i zrealizować cele przedstawione w Nowej strategii leśnej UE 2030 przyjętej przez Parlament Europejski w roku 2022¹⁸.

Najpilniejsze wyzwania

1. Zwiększenie potencjału polskich lasów w zakresie magazynowania węgla i wody, a także ich przystosowanie do zmieniających się warunków klimatycznych to zadania wymagające czasu. Są jednak działania, które trzeba podjąć natychmiast, aby uniknąć nieodwracalnych strat.

Należy zatem:

1. bezzwłocznie ograniczyć lub wyeliminować wycinkę drzew (szczególnie liściastych) w obszarach chronionych i ich bezpośrednim sąsiedztwie, na terenach górskich, w dolinach cieków i w obszarach najcenniejszych przyrodniczo,
2. ustanowić moratorium na wycinkę drzew starych i starodrzewów leśnych do czasu rozpoznania ich zasobów w skali kraju i możliwości objęcia ich ochroną,
3. objąć ochroną i wspierać odtwarzanie mokradeł leśnych oraz wszystkich innych naturalnych form retencji wody na terenach lasów (w tym tam i stawów bobrowych).

2. Aby zwiększyć potencjał adaptacyjny lasów do zmiany klimatu, a także ich wpływ na adaptację innych sektorów gospodarki, zwłaszcza na bezpośrednio zależne od stanu i powierzchni lasów zasoby wodne, należy:

1. zwiększać powierzchnie zalesione – zalecenie IPCC to osiągnięcie progu pokrycia 30–50% terenu obszarami o cechach naturalnych,
2. prowadzić działania w kierunku zwiększania naturalnej retencji leśnej poprzez działania ekohydrologiczne i NbS, oparte głównie o ukształtowanie terenu, ochronę różnorodności biologicznej i odtwarzanie siedlisk bagiennych.

3. W gospodarowaniu lasami o charakterze naturalnym należy wdrożyć podejście ekosystemowe z wykorzystaniem wiedzy o udziale zwierząt kręgowych i bezkręgowych oraz grzybów i roślin innych niż drzewa jako pełnoprawnych elementów lasu, mających wymierny wpływ na procesy akumulacji i dekompozycji węgla w ekosystemie.

4. Rozważając wpływ zmian klimatu na lasy, nie można pominąć ich funkcji zaopatrzeniowej, zwłaszcza w zakresie dostarczania surowca drzewnego. Sektor leśno-drzewny zapewnia wiele miejsc pracy i znacząco przyczynia się do rozwoju gospodarczego kraju, w tym poprzez eksport produktów opartych o drewno. Dlatego też konieczne jest:

1. zapewnienie polskiej branży drzewnej stabilnego zaopatrzenia w surowiec, co w wyniku zmian klimatycznych oraz podejmowanych działań adaptacyjnych i mitygacyjnych może być coraz trudniejsze;
2. wprowadzanie rozwiązań łagodzących ograniczoną podaż drewna surowego – rozwiązania takie powinny obejmować m.in. poprawę systemu recyklingu papieru, wprowadzenie systemu recyklingu drewna, zmianę systemu sprzedaży drewna przez Lasy Państwowe, która ograniczyłaby eksport polskiego drewna poza granice Unii Europejskiej i promowałaby jego przerób w Polsce, a także wyeliminowanie zużycia pełnowartościowego surowca drzewnego w energetyce.

5. Powyższe działania powinny się również znaleźć w wieloletniej polityce leśnej państwa uwzględniającej plan adaptacji lasów do zmian klimatu. Dokument ten powinien zostać w trybie pilnym opracowany poprzez dialog społeczny z udziałem wszystkich grup interesariuszy oraz ekspertów. Koncentracja prawie 80% zasobów leśnych w rękach Skarbu Państwa jest czynnikiem sprzyjającym podejmowaniu szybkich i skutecznych działań związanych z ochroną lasów przed zmianami klimatu. Podejmowane decyzje powinny być jednak wypracowane w ramach partycypacyjnego procesu włączającego wszystkie grupy interesariuszy oraz naukowców zajmujących się tematyką leśną, przyrodniczą i społeczną.

6. Należy również większą niż do tej pory uwagę zwrócić na lasy prywatne, które stanowią prawie 20% powierzchni leśnej Polski. Konieczne jest wprowadzenie działań osłonowych dla lasów prywatnych, wspierających przebudowę i ochronę drzewostanów. Potrzebne są instrumenty ekonomiczne wspierające naturalną sukcesję leśną na gruntach prywatnych. Prywatni właściciele lasów powinni być również objęci systemem szkoleń dotyczących związków pomiędzy zmianami klimatu a gospodarowaniem lasami.

1. Greenwood, S., Ruiz‐Benito, P. & Martínez‐Vilalta, J., Tree mortality across biomes is promoted by drought intensity, lower wood density and higher specific leaf area. Ecology (2017).
2. Allen, C. D. et al., A global overview of drought and heat-induced tree mortality reveals emerging climate change risks for forests. For. Ecol. Manage. 259, 660–684 (2010).
3. McDowell, N. G. et al., Pervasive shifts in forest dynamics in a changing world. Science 368, (2020).
4. Pretzsch, H., Biber, P., Schütze, G., Uhl, E. & Rötzer, T., Forest stand growth dynamics in Central Europe have accelerated since 1870. Nat. Commun. 5, 4967 (2014).
5. Pretzsch, H., Biber, P., Schütze, G., Kemmerer, J. & Uhl, E., Wood density reduced while wood volume growth accelerated in Central European forests since 1870. For. Ecol. Manage. 429, 589–616 (2018).
6. Williams, A. P., Pockman, W. T. & Dickman, L. T., Multi-scale predictions of massive conifer mortality due to chronic temperature rise. Nat. Clim. Chang. (2016).
7. Arend, M. et al., Rapid hydraulic collapse as cause of drought-induced mortality in conifers. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 118, (2021).
8. Pugh, T. A. M. et al., Role of forest regrowth in global carbon sink dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences 116, 4382–4387 (2019).
9. Sterman, J. D., Siegel, L. & Rooney-Varga, J. N., Does replacing coal with wood lower CO2 emissions? Dynamic lifecycle analysis of wood bioenergy. Environ. Res. Lett. 13, 015007 (2018).
10. Mills, M. B. et al., Tropical forests post-logging are a persistent net carbon source to the atmosphere. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 120, e2214462120 (2023).
11. Stephenson, N. L. et al., Rate of tree carbon accumulation increases continuously with tree size. Nature 507, 90–93 (2014).
12. Bastin, J.-F. et al., The global tree restoration potential. Science 365
13. Lee, H. et al., Synthesis Report of the IPCC Sixth Assessment Report (AR6). Summary for Policymakers. (2023).
14. Tyszka, J., Estimation and economic valuation of the forest retention capacities. J. Water Land Dev 13a, 149–159 (2009).
15. Schmitz, O. J. et al., Animals and the zoogeochemistry of the carbon cycle. Science 362, (2018).
16. Hisano, M. & Chen, H. Y. H., Spatial variation in climate modifies effects of functional diversity on biomass dynamics in natural forests across Canada. Glob. Ecol. Biogeogr. 29, 682–695 (2020).
17. Jałoza, I. et al., Kompleksowy program przeciwdziałania procesom zamierania lasów w Polsce oraz działania mitygacyjne w perspektywie do 2030 roku. (2023). Państwowe Gospodarstwo Leśne Lasy Państwowe.
18. Nowa strategia leśna UE 2030 – zrównoważona gospodarka leśna w Europie. Rezolucja Parlamentu Europejskiego z dnia 13 września 2022 r. w sprawie nowej strategii leśnej UE 2030 – zrównoważona gospodarka leśna w Europie (2022/2016(INI)). Parlament Europejski 32 (2022).

Uchwała wyraża opinię Komitetu i nie powinna być utożsamiana ze stanowiskiem Polskiej Akademii Nauk (par. 5 ust. 3 Uchwały nr 1/2023 Prezydium PAN w sprawie utworzenia komitetów problemowych i rad przy Prezydium Polskiej Akademii Nauk na kadencję 2023-2026)

Źródło: Polska Akademia Nauk.

The post Wpływ zmiany klimatu na lasy i lasów na klimat – komunikat ekspertów PAN appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Redukcja kosztów jednostkowych i zwiększenie wykorzystania niektórych szybko zmieniających się technologii wspomagających mitygację zmiany klimatu.

Górny panel pokazuje globalne jednostkowe koszty jednostki energii (USD/MWh), dla wybranych szybko zmieniających się technologii wspomagających mitygację zmian klimatu. Ciągłe niebieskie linie wskazują średni koszt jednostkowy w każdym roku. Jasnoniebieskie zacienione obszary pokazują zakres między 5 a 95 percentylem w każdym roku. Szare cieniowanie wskazuje zakres kosztów jednostkowych wydobywanego paliwa kopalnego (węgiel i gaz) w 2020 r. (co odpowiada 55–148 USD za MWh). 

W 2020 r. uśrednione koszty energii (LCOE, Levelized cost of energy) czterech technologii energii odnawialnej mogą w wielu miejscach konkurować z paliwami kopalnymi. W przypadku akumulatorów podane koszty dotyczą 1 kWh pojemności akumulatora; dla pozostałych koszty to LCOE, w tym montaż, koszty inwestycyjne, operacyjne i serwisowe w przeliczeniu na 1 MWh wyprodukowanej energii elektrycznej. 

Dolny panel pokazuje skumulowaną globalną moc dla każdej technologii, w GW zainstalowanej mocy dla energii odnawialnej oraz w milionach pojazdów w przypadku pojazdów elektrycznych. Pionowa linia przerywana wskazuje 2010 r. (raport AR5). Wskazano także procentowe udziały wyprodukowanej energii elektrycznej w relacji do całkowitej produkcji energii elektrycznej dla poszczególnych źródeł energii oraz udział pojazdów pasażerskich w 2020 r. w globalnej flocie pojazdów, na podstawie wstępnych danych. W danych dotyczących produkcji energii elektrycznej jej udział uwzględnia różne czynniki wydajności; np. przy tej samej mocy zainstalowanej wiatr wytwarza około dwa razy tyle energii elektrycznej, co fotowoltaika.

Technologie energii odnawialnej i akumulatorów zostały wybrane jako przykłady ilustracyjne, ponieważ ostatnio wykazano szybki spadek kosztów i wzrost liczby i zakresu instalacji, a także dlatego, że dostępne są spójne dane dla tych technologii. 

Źródło: IPCC AR6 WG3(2022)

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Zmiany kosztów energetyki odnawialnej i baterii do samochodów elektrycznych appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Średnie emisje dwutlenku węgla na osobę (osobisty ślad węglowy) w 2015 r. w zależności od dochodów. 

Oś pionowa: średnie emisje w tonach CO₂. Oś pozioma: przedziały wysokości dochodów.  Fioletowa, pozioma linia pokazuje jaki poziom powinny osiągnąć średnie emisje na osobę w 2030 r. by prawdopodobne było zahamowanie wzrostu średniej temperatury globalnej poniżej 1,5^oC.

Źródło: raport Emissions Gap 2020 (więcej o raporcie)

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Osobisty ślad węglowy w zależności od dochodów appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Na wykresie zestawiono różne scenariusze emisji gazów cieplarnianych 

• przewidywane na podstawie dotychczas wdrożonych i zapowiedzianych polityk i rozwiązań, 
• takie, które pozwoliłyby na zatrzymanie zmiany klimatu na wybranych poziomach ocieplenia względem czasów przedprzemysłowych,

oraz wskazano luki między nimi.  

Oś pionowa: globalne emisje gazów cieplarnianych związane z działalnością człowieka (w gigatonach ekwiwalentu dwutlenku węgla). Oś pozioma: lata. 

Linia czarna: emisje gazów cieplarnianych zgodne z politykami obowiązującymi w roku 2010. Linia ciemnoniebieska: emisje gazów cieplarnianych przewidywane na podstawie obecnych polityk. Linia pomarańczowa: emisje gazów cieplarnianych w scenariuszu, w którym państwom świata udaje się zrealizować swoje dotychczasowe Krajowe Deklaracje Ograniczenia Emisji (ang. Nationally Determined Contributions, NDC). Linia czerwona: emisje gazów cieplarnianych w scenariuszu, w którym udaje się zrealizować także warunkowe deklaracje ograniczenia emisji. 

Niebieski obszar pokazuje ścieżki pozwalające na ograniczenie wzrostu temperatury do 2℃ z prawdopodobieństwem ok. 66%. Cienka niebieska linia: mediana. 

Żółty obszar pokazuje ścieżki pozwalające na ograniczenie wzrostu temperatury do 1,8℃ z prawdopodobieństwem ok. 66%. Cienka pomarańczowa linia: mediana. 

Zielony obszar pokazuje ścieżki pozwalające na ograniczenie wzrostu temperatury do 1,5℃ z prawdopodobieństwem 66% do roku 2100 oraz przynajmniej 33% w ciągu 100 lat. Cienka linia zielona: mediana.

Liczby w pomarańczowych i czerwonych kółkach po prawej stronie wykresu pokazują, o jaką wielkość różnią się scenariusze emisji zgodne z dotychczasowymi zobowiązaniami i scenariusze pozwalające na zatrzymanie ocieplenia klimatu na wybranym poziomie. 

Źródło: Emissions Gap Report 2022.

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Nadwyżka emisji – obecne i planowane emisje gazów cieplarnianych a cele Porozumienia paryskiego appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Ropy w Polsce prawie nie mamy, własne złoża gazu ziemnego zapewniają nam zaledwie ok. 20% zapotrzebowania, wydobycie węgla energetycznego też jest w epoce schyłkowej i nawet zgodnie z przychylnymi węglowi planami rządowymi ma zostać wygaszone do lat 2040. Niezależnie od tego, czy zależy nam na ochronie klimatu, na bezpieczeństwie energetycznym kraju, czy na bilansie handlowym (przypomnę, w zeszłym roku wydaliśmy na zakup paliw kopalnych za granicą blisko 200 mld złotych), czy na innowacyjności polskiej gospodarki i przyszłościowych miejscach pracy, musimy zaplanować transformację energetyczną.

W jaką stronę miałaby iść transformacja energetyczna?

Najprościej zacząć od pytania: skoro nie paliwa kopalne, to co? Lista źródeł o dużym potencjale, którymi w Polsce dysponujemy jest zaskakująco krótka: turbiny wiatrowe, panele fotowoltaiczne, elektrownie jądrowe oraz trochę biomasy (jeśli myślimy o biomasie w pełni zrównoważonej to niedużo, energetyczny odpowiednik kilku mld m³ biometanu z różnych odpadów (głównie z produkcji rolnej), a jeśli dopuszczamy uprawy energetyczne w umiarkowanej skali, to mówimy o odpowiedniku kilkunastu mld m³ biometanu w porównaniu do obecnego zużycia 20 mld m³ metanu z gazu ziemnego rocznie). Potencjał innych źródeł energii w Polsce jest bardzo mały.

Tu w dyskusjach pojawia się mnóstwo wątków: 

• czy w polskich warunkach pogodowo-klimatycznych da się oprzeć na źródłach pogodozależnych, takich jak wiatr i słońce, czy potrzebne są elektrownie jądrowe oraz ile i w jakich proporcjach;
• co z sektorami, które nie są zelektryfikowane, jak transport drogowy, ogrzewanie domów i przemysł;
• co z sektorami, których w ogóle nie da się w pełni zelektryfikować (jak lotnictwo, żegluga dalekomorska, huty, zakłady azotowe, rafinerie czy ciężki sprzęt wojskowy);
• czy i jaka jest tu rola gazu (i co w ogóle oznacza „gaz” w kontekście transformacji energetycznej);
• jaka jest rola wodoru, baterii, magazynów ciepła itd. i ile tego trzeba (oraz czy to realne ilości);
• …i wiele innych

Najlepiej jest krok po kroku zrozumieć co, jak i dlaczego.

Przyszłość jest elektryczna

Zmiana formy energii wiąże się ze stratami. Dlatego energię najefektywniej jest wykorzystywać w takiej formie, w jakiej mamy ją „na dzień dobry”. Wszystkie źródła energii o dużym potencjale (turbiny wiatrowe, PV, elektrownie jądrowe) dostarczają energii elektrycznej. To duża zmiana w stosunku do paliw kopalnych, które są chemicznym nośnikiem energii – spalając je wydzielamy ciepło, z którym coś robimy: ogrzewamy domy lub procesy przemysłowe, zasilamy cykl termodynamiczny silnika spalinowego lub w elektrowni (np. węglowej lub gazowej) podgrzewamy wodę i robimy parę, która kręci turbiną i dalej generatorem (przy czym sprawność elektrowni węglowej to 30-45%, a gazowej 40-60%).

Po drugie, elektryczność jest bardzo efektywna. O ile typowa sprawność silnika samochodowego to 30-40% (pomijamy tu zużycie energii na wcześniejszych etapach, np. w rafinerii), to silnika elektrycznego już 95% (przy uwzględnieniu innych strat energii w aucie elektrycznym, od ładowania baterii po działanie inwertera ok. 80%) – tak więc już sama zamiana pojazdu spalinowego na elektryczny blisko 3-krotnie zmniejsza zużycie energii (oczywiście jeśli jest to prąd wyprodukowany w elektrowni węglowej pracującej ze sprawnością 30%, to nie ma tu korzyści – jeśli jednak źródło energii dostarcza bezpośrednio prądu – jak wszystkie dostępne w Polsce źródła energii przyszłości o dużym potencjale – korzyści są bezdyskusyjne). W ogrzewaniu sprawność systemu grzewczego bazującego na kotle węglowym to ok. 50%, na gazie ok. 90%, a w przypadku ogrzewania pompą ciepła z 1 kWh energii elektrycznej dostarczamy do domu 3-4 kWh ciepła. 

Po trzecie, po zelektryfikowaniu ogrzewania, transportu i procesów przemysłowych, można je zintegrować w ramach jednego systemu. To duża zmiana w stosunku do stanu obecnego, gdzie mamy rozłączne ścieżki: prąd z elektrowni do odbiorców sobie, paliwo z rafinerii na stacje benzynowe i do baków sobie, a węgiel czy gaz do odbiorców sobie.

A co z sektorami, których nie da się zelektryfikować, takimi jak lotnictwo długodystansowe, żegluga dalekomorska czy ciężki sprzęt wojskowy taki jak czołgi? Oraz takimi, gdzie wykorzystujemy paliwa kopalne (w szczególności gaz ziemny) jako wsad procesowy, np. w procesach rafineryjnych czy przy produkcji nawozów? Tam będziemy potrzebować wodoru – zarówno jako gazu energetycznego jak i wsadu do procesów przemysłowych, łącznie z produkcją amoniaku czy metanolu lub e-paliw. Wodór ten musi być pozyskiwany nie tak jak dzisiaj z paliw kopalnych przy dużych emisjach CO₂, lecz z wody w procesie elektrolizy zasilanej bezemisyjnymi źródłami energii. W ten sposób to, czego się nie zelektryfikuje bezpośrednio, będzie zelektryfikowane pośrednio poprzez wodór z elektrolizy.

„Taki mamy klimat”, czyli wiatr i PV w Polsce tylko razem, i w określonych proporcjach.

W polskich warunkach klimatycznych instalacje fotowoltaiczne dają dużo energii latem, mało zaś zimą. Wiatr ma odwrotnie – mocniej wieje zimą, a słabiej latem. Próba oparcia się tylko na fotowoltaice dałaby olbrzymie niedobory energii zimą, a na wietrze – latem. Za to gdy w polskich warunkach pogodowych połączyć farmę wiatrową produkującą w ciągu roku 2,5-krotnie więcej energii niż farma PV, to miesiąc w miesiąc będzie zbliżona produkcja energii.

Rzecz jasna wciąż trzeba mieć na uwadze, że fotowoltaika o północy 30 czerwca wciąż będzie dawać ZERO prądu, a nawet podczas wietrznej zimy przez wiele dni z rzędu wiatr może wiać bardzo słabo. Czy można sobie z tym poradzić, biorąc pod uwagę, że energię elektryczną, w odróżnieniu od paliw kopalnych, bardzo trudno jest magazynować?

Eksperyment myślowy – zasilanie Polski z pomocą OZE

W obecnym systemie elektrownie wprowadzają do sieci elektroenergetycznej tyle prądu, by zaspokoić bieżące zapotrzebowanie. Polskie zapotrzebowanie na energię elektryczną zmienia się tak, jak na ilustracji 4, pokazującej sytuację w pierwszym tygodniu 2021 roku.

Polskie średnie zapotrzebowanie na energię elektryczną (obciążenie systemu) w 2021 roku wynosiło ok. 20 GW (gigawatów), sumując się do rocznego zużycia energii ok. 175 TWh. Z tego ponad 20 TWh zużywają same górnictwo i elektrownie węglowe, a kolejne 15 TWh tracone było na przesyle.

Zróbmy teraz eksperyment myślowy: jak spisałyby się farmy wiatrowe i fotowoltaiczne w zasilaniu Polski, gdybyśmy rozbudowali je do mocy 50 GW farm wiatrowych na lądzie, 10 GW na morzu oraz 50 GW PV (to w przybliżeniu moc źródeł turbin wiatrowych i fotowoltaiki w Niemczech w 2021 r.). Zauważmy przy okazji, że w takim scenariuszu wyłączylibyśmy kopalnie i elektrownie węglowe wraz z ich zużyciem energii, zmniejszylibyśmy też straty na przesyle – tą drogą redukując zużycie energii ze 175 TWh do ok. 150 TWh. Wykorzystamy w tym celu dostępny na stronie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju Symulator Polskiego Systemu Elektroenergetycznego. Rozważana sytuacja odpowiada predefiniowanemu tam Scenariuszowi 1.

Spójrzmy (w oparciu o rzeczywiste warunki pogodowe w Polsce i wynikającą z nich pracę wiatraków i fotowoltaiki) wygląda sytuacja odpowiednio w styczniu i lipcu.

Widać, że mamy dwa zupełnie różne tryby pracy systemu energetycznego. W zimie fotowoltaika pracuje bardzo słabo, wiatr zaś (w miarę jak przez Polskę przechodzą układy pogodowe) przez kilka dni wieje mocno, a potem (też nawet przez kilka dni) słabo. W lecie zaś wiatr wieje znacznie słabiej, zaś fotowoltaika codziennie w godzinach dziennych daje nadprodukcję energii, w nocy zaś nie pracuje. W sumie można się było tego wszystkiego spodziewać.

Spójrzmy na roczny bilans energetyczny.

Potrzebujemy 150 TWh energii elektrycznej, podczas gdy OZE dają nam w sumie 236 TWh, czyli o ponad 2/3 więcej niż potrzeba.

Ale są tu dwa problemy: po pierwsze 108 TWh się marnuje. Jeśli jest to tania energia, można na to machnąć ręką. Ale drugi problem jest poważniejszy: czasem mamy poważne niedobory energii – ma to miejsce zarówno letnimi nocami jak i zimą, np. 8 stycznia widzimy, że Polska potrzebuje 20 GW, a wiatr i fotowoltaika dostarczają zaledwie ok. 5 GW, czyli brakuje aż 15 GW!

Ponieważ nie można odłączyć ludziom i firmom prądu, w ramach eksperymentu myślowego zróbmy najprostszą rzecz: uzupełnijmy te brakujące w danej godzinie 15 GW z dyspozycyjnie włączanych elektrowni gazowych. Przez tę godzinę działania elektrownie gazowe dostarczą 15 GWh energii elektrycznej. Gdyby w ten sposób uzupełnić wszystkie niedobory w ciągu roku (ciemnoszare pola na ilustracji 5), potrzeba by w tym celu spalić 4 mld m³ gazu. Dla porównania – to poziom własnego polskiego wydobycia gazu ziemnego, przy całkowitym zużyciu ok. 20 mld m³ rocznie. Gdyby paliwem dla elektrowni gazowych był gaz ziemny, z jego spalaniem związane byłyby emisje 8 mln ton CO₂ (dla porównania obecnie produkcja energii elektrycznej w Polsce odpowiada za emisję ok. 130 mln ton CO₂). Całkiem nieźle, a zrobiliśmy to w sposób ekstremalnie prosty – bez magazynowania energii, zarządzania popytem i sieci inteligentnych czy innych zaawansowanych rozwiązań.

Magazynowanie energii

Wykonajmy kolejny krok: skoro sporo energii się marnuje, to zmagazynujmy ją – czy to w elektrowniach szczytowo pompowych czy w bateriach. Jedno i drugie jest dość kosztowne, ograniczmy więc skalę do magazynowania na nocne godziny w lecie. Jeśli chcemy zmagazynować 15 GW na 10 godzin, to potrzebujemy magazynów na 150 GWh. Na razie nie wnikając, czy to dużo czy mało, zobaczmy, co by to dało. Spójrzmy na sytuację w styczniu i lipcu – tam, gdzie są pola jasnoniebieskie, tam czerpiemy energię z baterii.

Widać, że latem prawie nie trzeba uruchamiać elektrowni gazowych, lecz są one niezbędne zimą podczas kilkudniowych okresów słabej wietrzności. W takim scenariuszu zapotrzebowanie na energię z elektrowni gazowych spada do zaledwie 8 TWh, do czego wystarcza zaledwie 1,6 mld m³ CH₄ rocznie, co odpowiada raptem kilku procentom obecnego polskiego zużycia. Co najważniejsze – jest to już na tyle niewiele, że w zupełności może do tego wystarczyć biometan z samych odpadów (z punktu widzenia elektrowni gazowych, sieci przesyłowych i magazynów gazu jest to chemicznie CH₄ takie samo jak w gazie ziemnym).

Elektryfikacja gospodarki – duży wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną…

Niby pięknie, ale co będzie, jak zelektryfikujemy transport drogowy, ogrzewanie budynków i procesy przemysłowe?

Zobaczmy… Gdyby zelektryfikować transport taki jaki jest (każde auto osobowe i ciężarówkę spalinową 1:1 zamieniamy na elektryczne) oraz ogrzewanie budynków (we wszystkich budynkach przechodzimy na elektryczne ogrzewanie farelkami i matami podłogowymi) zużycie energii radykalnie by wzrosło: sam transport pochłonie ok. 100 TWh rocznie, a ogrzewanie budynków 210 TWh, a do tego dojdzie jeszcze ok. 70 TWh w przemyśle.

Zapraszam do sprawdzenia tego, co się dzieje, w symulatorze – tu zobaczymy tylko bilans.

W rozpatrywanym scenariuszu konieczne byłoby uruchamianie źródeł dyspozycyjnych zapewniających 224 TWh, co w przypadku wykorzystania do tego celu elektrowni gazowych oznaczałoby konieczność spalenia ponad 45 mld m³ metanu. Nie ma możliwości, żeby do tego celu wystarczył biometan z odpadów… To się po prostu nie spina: widać, że niemieckie OZE z 2021 roku kompletnie nie radzą sobie z zasilaniem gospodarki mającej zapotrzebowanie na energię na poziomie 500 TWh rocznie. Przy okazji: 500 TWh rocznie to mniej więcej poziom zapotrzebowania na energię elektryczną gospodarki niemieckiej – niemieckie OZE są dalece niewystarczające do zaspokojenia zapotrzebowania o tej skali – dlatego Niemcy muszą „dopalać” gazem, węglem czy wcześniej atomem.

Więcej źródeł energii

Co można zrobić w obliczu wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną? Rzecz jasna, można wybudować więcej źródeł turbin wiatrowych i fotowoltaiki, możemy też sięgnąć po elektrownie jądrowe. Gdybyśmy w Polsce zbudowali tyle fotowoltaiki i farm wiatrowych na km² ile Niemcy planują do 2030 roku, mielibyśmy 175 GW w PV (to 4,6 kWp, zajmujące ok. 30 m² na Polaka) i 90 GW w farmach wiatrowych  na lądzie. Do tego dodajmy 30 GW w farmach wiatrowych na morzu oraz 10 GW w elektrowniach jądrowych (przy czym w ramach rządowego programu jądrowego planowane jest wybudowanie 6-9 GW). Co w sumie z tego wychodzi?

W rozpatrywanym scenariuszu konieczne byłoby uruchamianie źródeł dyspozycyjnych zapewniających 65 TWh, co w przypadku wykorzystania do tego celu elektrowni gazowych oznaczałoby konieczność spalenia ok. 13 mld m³ metanu. Nie jest najgorzej, ale… skala wymaganych źródeł energii jest naprawdę duża. Co można z tym zrobić?

Usługi energetyczne, a nie gigawaty

Poprawić efektywność energetyczną oczywiście.

Nasze domy to wampiry energetyczne zżerające absurdalne ilości energii – nikomu nie zależy na tym, żeby mieć ileś gigadżuli ciepła, każdemu zaś na komforcie termicznym. W domu efektywnym energetycznie mamy taki komfort, zużywając duuużo mniej energii. Spójrzmy, co można w Polsce zrobić w tym zakresie, cytując rządowy dokument z 2022 r. „Długoterminowej Strategii Renowacji Budynków”. Na poniższej ilustracji widzimy (bynajmniej nie maksymalnie ambitny) rekomendowany scenariusz, zgodnie z którym na kolejnych etapach renowacji (lata 2021, 2027, 2035, 2045 i 2050) powinny zmieniać się odsetki budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej o najmniejszym (kolor zielony) i większym (kolory od żółtego do czerwonego) rocznym zapotrzebowaniu na energię.

Stosując rozwiązania takie, jak izolacja termiczna („ocieplanie”), wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (rekuperacja), ogrzewanie pompami ciepła i in., możemy zmniejszyć zużycie energii w budynkach do ¼ obecnego. 

W transporcie też można zmniejszyć zużycie energii, zarówno przez zmiany systemowe takie jak czynienie miast bardziej dostępnymi i przyjaznymi dla rowerzystów i pieszych oraz mniej zależnych od samochodów, eliminacja wykluczenia transportowego na prowincji czy przeniesienie TIRów na tory, jak i przez zwykłe zmniejszenie samochodów (duży samochód elektryczny, taki jak Tesla 3, zużywa ok. 20 kWh/100 km; mniejszy ok. 10 kWh/100 km). Więcej na ten temat przeczytasz w tekstach Jak zmienić transport z myślą o klimacie? oraz Popularność SUV-ów (także elektrycznych) to zła wiadomość dla klimatu. 

Warto jednak pamiętać, że istotne jest też zużycie innych surowców, a elektromobilność nie jest czymś zerojedynkowym: przyjrzyjmy się temu na przykładzie transportu indywidualnego w Polsce. Po polskich drogach jeździ ok. 22 mln aut osobowych. Gdybyśmy w ramach dalszej motoryzacji społeczeństwa chcieli mieć w Polsce 25 mln samochodów, z dużymi bateriami o średniej pojemności 100 kWh, potrzebowalibyśmy na to w sumie baterii o pojemności 25 mln · 100 kWh = 2500 GWh. Gdyby cały świat chciał pójść w tym kierunku, pozyskanie surowców do produkcji baterii stałoby się bardzo problematyczne środowiskowo.

Jeśli w wyniku zmian systemowych (poprawa warunków dla pieszych i rowerzystów w miastach, eliminacja wykluczenia transportowego na prowincji itd.) zredukowalibyśmy liczbę aut o połowę – do 11 mln, i byłyby to mniejsze pojazdy, o bateriach 50 kWh (ze względu na mniejsze zużycie energii ich zasięg wcale nie byłby znaczą o mniejszy i wynosiłby ok. 500 km), to potrzebowalibyśmy w sumie baterii o pojemności 11 mln · 50 kWh = 550 GWh.

Gdybyśmy zaś każdemu Polakowi, który ze względu na wiek i stan zdrowia jest w stanie jeździć rowerem (powiedzmy 30 mln osób) dali rower elektryczny z baterią 0,5 kWh (pozwalającą na przejechanie 50-100 km), to na taką elektromobilność potrzebowalibyśmy 30 mln · 0,5 kWh = 15 GWh baterii. W tym przypadku zapewnienie surowców do produkcji baterii nie byłoby żadnym problemem.

Rzecz jasna, nie każdemu wystarczy rower elektryczny czy mały samochód – ekipa serwisowa czy handlowiec odwiedzający 20 klientów dziennie ze 100 kg towaru, będzie potrzebować większego samochodu, ale im bardziej pójdziemy w stronę efektywności, tym mniej surowców i energii zużyjemy. 

Wstawmy do symulatora zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło do 40% (oraz dostarczenie go w 80% z pomp ciepła), w transporcie do 50%, a w innych sektorach do 2/3 i (zostawiając źródła energii bez zmian) zobaczmy, jak wpłynie to na bilans energetyczny.

Mamy teraz tak dużą nadprodukcję energii elektrycznej, że dyspozycyjne elektrownie gazowe dostarczają zaledwie 3 TWh rocznie, spalając przy tym 0,6 mld m³ metanu.

Wodór w gospodarce

Nadwyżka energii może nam się przydać, wciąż bowiem mamy „zamiecione pod dywan” sektory, których nie da się bezpośrednio zelektryfikować i gdzie potrzebny jest wodór jako wsad do procesów przemysłowych (np. produkcji amoniaku do nawozów azotowych czy w procesach rafineryjnych). Obecnie Polska zużywa 1,3 mln ton wodoru, uzyskiwanego głównie z gazu ziemnego w wysokoemisyjnym procesie reformingu parowego. Gdybyśmy chcieli taką ilość wodoru dostarczyć z elektrolizerów, potrzeba by na to (przy sprawności elektrolizerów 75%) blisko 60 TWh energii elektrycznej. Rzecz jasna, przy obecnym polskim prądzie pochodzącym głównie z elektrowni węglowych nie ma to żadnego sensu.

Gdybyśmy chcieli zapewnić dodatkowo wodór do celów lotnictwa dalekodystansowego, żeglugi dalekomorskiej, wojska i hutnictwa (zależnie od sektora czy to bezpośrednio jako wodór, czy też jako zrobione z niego e-paliwa), potrzeba by na to, w zależności od efektywności energetycznej i różnych założeń (ze szczegółami oszacowań odsyłam do książki „Zrozumieć transformację energetyczną”) 120-200 TWh energii elektrycznej, co odpowiada mniej więcej całości jej obecnej polskiej produkcji. Oczywiście, alternatywnie można przyjąć, że nawozy, stal czy e-paliwa nie będą robione w Polsce, lecz sprowadzimy je z regionów dysponujących tanią energią słoneczną – tu jednak załóżmy, że będziemy chcieli utrzymać produkcję w Polsce.

Aby mogło się to spinać ekonomicznie, potrzebny jest tani prąd. Elektroliza byłaby więc prowadzona w okresach nadprodukcji energii. Żeby w ogóle był sens myśleć w Polsce o produkcji wodoru, muszą być dostępne duże i tanie moce OZE. Co więcej, zanim zaczniemy myśleć o produkcji wodoru na potrzeby transportu czy innych sektorów, gdzie dostępne są alternatywne (lepsze!) opcje (w szczególności elektryfikacja), konieczne jest zaspokojenie zapotrzebowania w kategoriach A i B.

Na razie nie będziemy robić osobnej symulacji z uwzględnieniem wodoru, ale wprowadzimy najpierw jeszcze jeden element układanki systemu energetycznego.

Magazynowanie ciepła

O ile do magazynowania energii elektrycznej czy bezemisyjnego wytwarzania wodoru wymagana jest budowa kosztownych instalacji, to magazynowanie ciepła jest dużo tańsze i prostsze. Może ono przyjmować różne formy: od prostych bojlerów na ciepłą wodę, przez duże sezonowe magazyny ciepła, po magazynowanie energii w cieple przejścia fazowego. Istotną zaletą magazynów ciepła jest możliwość grzania ich za pomocą prądu: czy to w najprostszej wersji grzałkami, czy w bardziej zaawansowanej – pompami ciepła. W ten sposób można wykorzystać dowolną ilość prądu, zupełnie eliminując problem nadprodukcji przez instalacje OZE.

Zwykle dużo łatwiej jest zrozumieć coś na przykładzie. Dziś działanie ciepłowni jest „sterowane” zapotrzebowaniem na ciepło – grzejemy domy, gdy jest zimno. W przyszłym systemie energetycznym, bazującym na prądzie z tanich źródeł pogodozależnych podejście będzie inne.

Sercem ciepłowni przyszłości jest magazyn ciepła. Jaka powinna być skala magazynów? Ciepła do ogrzewania potrzebujemy zimą. Jakie źródło energii dobrze pasuje do takiego profilu zapotrzebowania? Wiatr oczywiście, który mocno wieje właśnie w miesiącach zimowych. Oczywiście wiatr ma tak, że kilka dni wieje, a później kilka dni może nie wiać. Gdy wieje, za pomocą pomp ciepła i grzałek ładujemy ciepłem magazyn. Gdy nie wieje – korzystamy z ciepła z magazynu. Tak więc magazyny ciepła na kilka dni będą zupełnie wystarczające. Taki magazyn ciepła, pozwalający magazynować ciepło na kilka dni stabilizuje sieć elektroenergetyczną, zapewniając stabilne ciepło odbiorcom. 

Pierwszy system ciepłowniczy tego typu w Polsce powstaje w Lidzbarku Warmińskim w ramach konkursu NCBR na Ciepłownię Przyszłości. Ta przebudowa istniejącego typowego polskiego systemu ciepłowniczego zasilanego ze starej elektrowni węglowej od uzyskania pozwoleń do uruchomienia zajmuje raptem kilkanaście miesięcy.

Dodajmy teraz kolejny element: dyspozycyjne źródło energii (będzie ono potrzebne, gdy wiatr i słońce nie wytwarzają wystarczającej ilości energii). Powiedzmy, że będzie to kogeneracja gazowa (czy to w oparciu o CH₄ czy też o H₂ wytwarzany na miejscu z nadwyżek prądu), uruchamiana wtedy, gdy potrzebne będą dodatkowe dostawy energii elektrycznej. Ciepło odpadowe będzie zaś kierowane do odbiorców i magazynu.

Czas na finał

Wstawmy to wszystko, łącznie z produkcją wodoru (i związków wodoropochodnych takich jak amoniak czy e-paliwa) oraz magazynami ciepła do symulatora. Przy okazji, za jednym zamachem, zmniejszymy moce źródeł energii (wiatr na morzu do 25 GW, wiatr na lądzie do 70 GW, PV do 125 GW, EJ do zera) oraz skalę magazynów energii elektrycznej, dodamy też wpływ sygnału cenowego taryf dynamicznych (gdy energii jest dużo, jest ona tania, droższa zaś gdy jest jej mniej). Finalne parametry symulacji widzimy na Ilustracji 16.

Do dyspozycyjnego uzupełnienia niedoborów energii z OZE trzeba wygenerować 5 TWh energii elektrycznej, zużywając przy tym 1 mld m³ metanu (czerwona ramka na ilustracji 15). To tak niewielka ilość gazu, że w zupełności wystarczy do tego mała część biometanu z odpadów.

Dzięki dyspozycyjnej pracy elektrolizerów i magazynom ciepła udało się jednocześnie zmniejszyć straty energii (jak widać w bilansie są na poziomie 51 TWh z dostarczonych 430 TWh, czyli zaledwie 12%). 

Pojemność magazynów energii elektrycznej wynosi 150 GWh, z czego 30 GWh będzie przypadać na istniejące i planowane elektrownie szczytowo-pompowe) – dzieląc pozostałe 120 GWh po połowie na dedykowane baterie stacjonarne i wykorzystywane w sieci inteligentnej baterie samochodowe, widać, że do celów sieciowych wystarczy ok. 60 GWh. Nie bez powodu wcześniej zatrzymaliśmy się na dłużej przy temacie baterii samochodowych (których pojemność dla samych samochodów osobowych oszacowaliśmy na 550 GWh) – te 60 GWh to nie raptem niecała wkrótce kwartalna produkcja baterii w jednej fabryce pod Wrocławiem.  Co więcej, właściwie to baterii tych w większości nie trzeba będzie nawet specjalnie produkować, bo do celów stabilizacji sieci mogą zostać wykorzystane starsze baterie samochodowe, których pojemność spadnie o 20-30% (co zmniejszy zasięg pojazdów, lecz nie stanowi problemu w zastosowaniach stacjonarnych).

A czy można połączyć OZE z atomem? Można. Co ważne, niezależnie od tego, czy system będzie oparty na OZE czy elektrowniach jądrowych, większość działań jest taka sama: elektryfikacja wszystkiego co się da, łącznie z pompami ciepła w domach i elektromobilnością, ambitny program poprawy efektywności energetycznej oraz wodór z elektrolizy tam, gdzie inaczej się nie da (produkcja nawozów itd.). W szczególności, gdybyśmy chcieli zaspokoić całość potrzeb energetycznych i  mieć tyle wodoru z elektrolizy co w pokazanym scenariuszu 100% OZE (blisko 130 TWh energii elektrycznej do tego celu), musielibyśmy zbudować w Polsce ok. 50 GW mocy elektrowni jądrowych, co z grubsza odpowiada skalą całej obecnej chińskiej energetyce atomowej. Można też „wymieszać” OZE z atomem w różnych proporcjach. Takie scenariusze również znajdziecie już gotowe w Symulatorze systemu energetycznego.

Podsumowanie

Nie da się w krótkim artykule pokazać wszystkich możliwych scenariuszy, które mogą Cię interesować i odpowiedzieć  na każde Twoje pytanie. Korci Cię, żeby dalej poeksperymentować ze źródłami energii – dołożyć (albo zabrać) trochę wiatraków, reaktorów, magazynów lub czegoś innego? A może nie cierpisz fotowoltaiki i chcesz zobaczyć, jak spisze się system bez niej, za to z rozbudowanym atomem i wiatrem? Albo atom z PV? A może chcesz zmodyfikować skalę działań na rzecz poprawy efektywności, bo uważasz zaproponowane przeze mnie za zbyt mało ambitne (lub wręcz przeciwnie – za zbyt daleko idące)? 

Wszystko to możesz sprawdzić z pomocą Symulatora Bezemisyjnego Systemu Energetycznego dostępnego na stronie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.

Marcin Popkiewicz, Przewodniczący Komitetu Monitorującego projektów z zakresu Europejskiego Zielonego Ładu w Narodowym Centrum Badań i Rozwoju. Konsultacja merytoryczna: Kacper Szulecki, profesor polityki klimatycznej w Norweskim Instytucie Spraw Zagranicznych i na Uniwersytecie w Oslo

The post Jak zbudować system energetyczny bez paliw kopalnych? Sprawdź w symulatorze! appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.