Fyzika a klasická energetika

Článků v rubrice: 196

Geoinženýrství – záměrné ochlazování atmosféry

V roce 1892 byl Edvard Munch svědkem krvavě červeného západu Slunce nad norským Oslo. Přírodní úkaz ho inspiroval k vytvoření svého nejslavnějšího obrazu „Výkřik“. Neobvyklý západ Slunce byl pravděpodobně způsoben výbuchem sopky Krakatoa, která do horních vrstev atmosféry vypustila velké množství popela a plynů. V důsledku toho se teplota Země ochladila o více než 1 stupeň Celsia a ochlazovací účinek sopečných výbuchů se stal součástí úvah o záměrné kontrole klimatu.

Fotogalerie (5)
Ilustrační foto

Mnohé kultury měly své „vyvolávače dešťů“, jejichž snahou bylo zajistit přízeň bohů. V moderním světě tuto úlohu přebírají klimatičtí inženýři a obor klimatického inženýrství nebo-li geoinženýrství. Geoinženýři hledají metody boje proti nežádoucím účinkům antropogenních změn klimatu a snaží se přispět v boji proti globálnímu oteplování. Na geoinženýrství jako obor existují zjednodušeně řečeno dva radikálně odlišné názory: je to rychlá a relativně snadná náprava problémů souvisících se změnami klimatu a je to obraz vědců ničících svět.

Obavy z emisí CO2
Již v roce 1965 varovala skupina vědců prezidenta Lyndona Johnsona, že emise CO2 ze spalování fosilních paliv mohou způsobit výrazné změny klimatu s ničivými dopady. Tehdy vědci například uvažovali o rozmístění miniaturních odrazových částic na ploše asi 13 milionů km2 oceánu, které měly odrazit zpět do vesmíru asi 1 % slunečního záření. Podle Davida Keitha, fyzika a odborníka v oblasti energie z University of Calgary (Kanada), to bylo dost bláznivé geoinženýrské řešení a v následujících desetiletích byly podobné nápady odloženy.

Nedávný vývoj v oblasti emisí CO2 je opět vrátil na pořad dne. Důvodů je řada – např. navzdory dlouhým diskusím a mezinárodním úmluvám – emise CO2 i nadále rostou, nebo skutečnost, že led v oblasti pólů taje rychleji než kdykoliv předtím. Proto Paul Crutzen, přední holandský chemik atmosféry, který v roce 1995 získal Nobelovu cenu za chemii za svou práci týkající se destrukce atmosférického ozonu, naléhá, abychom začali o metodách geoinženýrství znovu seriozně uvažovat.

Jak na to

Geoinženýrské návrhy spadají více méně do dvou kategorií, které si lze představit jako knoflíky, jejichž otáčením nastavujeme teplotu Země. Jeden knoflík řídí, kolik sluneční energie dopadne na povrch Země, a druhý, kolik tepla unikne zpět do vesmíru, což závisí na množství CO2 v atmosféře.

K omezení globálního oteplování planety Země vede podle vědců řada způsobů. Patří mezi ně:

  • Vypouštění sulfátových částic do stratosféry, které by napodobilo chladicí efekt sopečných výbuchů.

  • Rozprašování solných částic za účelem bělení mraků, které pak odrážejí do kosmu více slunečního záření.

  • Snižování množství CO2 v atmosféře fertilizací oceánů železem, které by stimulovalo růst fytopklanktonu konzumujícího CO2.

  • Přímá absorbce CO2 z atmosféry.

  • Budování sluneční clony ve vesmíru.

Vypouštění sulfátových částic do stratosféry

Tento geoinženýrský návrh byl vypracován již v roce 1974 ruským fyzikem M.I.Budykem z Hlavní geofyzikální laboratoře v Leningradu. Základní myšlenkou je vstřikovat do stratosféry ročně několik milionů tun oxidu siřičitého. Ten by měl reagovat s kyslíkem, vodou a dalšími molekulami a vytvořit drobné síranové kapénky. Mraky síranových kapének rozptýlí sluneční světlo a díky tomu bude západ Slunce červenější, obloha bledší a povrch Země v průměru chladnější. Všechny tyto účinky se projevily po výbuchu sopky Pinatubo na Filipínách v roce 1991, kdy se do stratosféry dostalo na 20 milionů tun SO2. Země se na rok ochladila o 0,5 stupně Celsia. Podle odhadu zastánců tohoto návrhu by tato metoda ročně spotřebovala 1,5 až 5 milionů tun síry. Náklady se odhadují na 25 až 50 miliard dolarů. Doporučuje se, aby byl oxid siřičitý dopravován do stratosféry balony, a to do výšky alespoň 10 km , letadly poháněnými palivem s vysokým obsahem síry a raketami vypouštěnými z lodí. Vznikající sulfátové částice o velikosti cca 1 mikrometru by odrážely část sluneční energie zpět do vesmíru. Podle příznivců tohoto řešení se jedná o ekonomicky a technicky zvládnutelnou metodu s minimálními komplikacemi, která by byla v případě nouze rychle účinná. Oponenti namítají, že se dosud přesně neví, jaké důsledky by mohl mít takový experiment na globální klimatický systém a jakým způsobem by byly postiženy jednotlivé oblasti světa. Uvedený program by musel být kontinuální, protože v případě jeho přerušení by nastalo velké zvýšení teploty. Tato metoda by rovněž mohla narušit asijské monzuny, na jejichž dešťových srážkách závisí život 2 miliard lidí.

Rozprašování solných částic

Sluneční světlo rozptyluje a existující mraky rovněž rozjasňuje oxid siřičitý ve spodních vrstvách atmosféry. V důsledku toho se planeta ochlazuje. Ilustrují to dlouhá oblaka výfukových plynů z lodních motorů, která přetrvávají několik dní a táhnou se na stovky kilometrů za lodí. Satelitní snímky zaznamenávají sluneční světlo, které tyto lodní stopy odrážejí zpět do vesmíru.

Podle návrhu fyzika Johna Lathama by bylo možné zesvětlit stávající mraky nejen mnoha lodními stopami, ale ekologičtějším způsobem, totiž rozprašováním mikroskopických kapiček mořské vody do vzduchu z flotily plachetnic bez posádky. Jakmile kapky dosáhnou výšky asi 300 metrů, převážná část vody se odpaří a zůstanou krystalky soli. V této výšce se v okolí částic začne opět kondenzovat vodní pára. Nové kapky tak vytvářejí nízká mořská oblaka, která pokrývají asi čtvrtinu světového oceánu. Myšlenkou Lathana je tyto mraky rozjasnit rozprášením solného aerosolu, a tím zečtyřnásobit počet vodních kapiček v mracích. Čím menší jsou kapičky, tím větší je jejich povrchová plocha a tím více slunečního záření se odrazí zpět do vesmíru. Jemnou mořskou mlhu by do výšky rozprašovaly speciální plachetnice, tzv. Flettnerovy lodě bez posádky vybavené svislými rotujícími válci na rozprašování jemné mlhy z mořské vody. Turbíny roztáčené vodou proudící kolem lodi by generovaly elektřinu potřebnou k pohonu rotorů. S koncepcí této lodě přišel Stephen Salter, emeritní profesor techniky na University of Edinburgh. Salter a Lathan odhadují, že pokud by jedna loď v ceně okolo 2 milionů dolarů rozprášila přibližně 30 litrů mořské vody za sekundu, potom by při celkových nákladech 3 miliard dolarů mohlo být odvráceno globální oteplení způsobené zdvojnásobením množství CO2 v atmosféře. Z mnoha geoinženýrských projektů se rozprašování mořské vody z plavidel poháněných větrem zdá být nejméně nebezpečným. Naproti tomu kyselina sírová ve stratostéře zůstává několik let.

Fertilizace oceánů železem

Jednou z metod jak vychytat uhlík z atmosféry je podpořit růst fytoplanktonu rozptýlením železa (jako mikroživiny) v oblastech oceánů chudých na železo.Vzniklý planktonový vodní květ by ze vzduchu sbíral CO2. Dosud však není známo, kolik uhlíku zachyceného organickým materiálem by kleslo do oceánu dostatečně hluboko. Obdobný plán přednesl na konferenci v kalifornském Asilomaru v březnu 2010 Oliver Wingenter z hornického a technologického institutu v Novém Mexiku. Hovořil o ambiciózním plánu na změnu směru západních větrů. Má se za to, že teplotní a tlakové změny nad jižním oceánem posunuly v posledních padesáti letech západní větry o 3 až 4 stupně na jih. Tato změna podle něj posiluje oceánské proudy, které přinášejí teplou slanou vodu na povrch, kde urychluje tání antarktického ledu. Wingenter proto navrhuje vypouštět do jižního oceánu částice železa, které by urychlily růst planktonu. Plankton uvolňuje do atmosféry dimetylsulfid, který pomáhá vytvářet více bělejších mraků odrážejících sluneční záření do vesmíru. Výpočty ukazují, že by tímto způsobem bylo možné ochladit regionální teplotu o 0,5 stupňů Celsia, což by mohlo změnit směr západních větrů na původní pozici. Problém je však v tom, že neznáme vedlejší účinky. Ochlazení malé oblasti o 0,5 stupně Celsia by totiž mohlo změnit chování dešťů. Málo je dosud také známo o vlivu kvetení planktonu na život v oceánu. Počítačové programy by mohly tuto mezeru zaplnit. K prvním pokusům s fertilizací oceánu železem na podporu růstu řas již došlo, ale bohužel se záporným výsledkem. Předpokládalo se totiž, že po uhynutí řas se s jejich zbytky dostane na mořské dno i zachycený oxid uhličitý. Praxe ukázala opak. Během experimentu indicko-německé expedice LOHAFEX, realizovaného Institutem Alfreda Wegenera v Bremerhavenu, byl na ploše 300 km2 v Jižním Atlantiku východně od Falkland vysypán do moře síran železa jako hnojivo pro řasy. Řasám se podle očekávání velmi dařilo. Náhle se ale přihnalo hejno malých hladových korýšů, kteří experiment doslova torpedovali. Nepatrní korýši se živí fytoplanktonem, který uchovává uhlík v potravním řetězci a zabraňuje jeho uložení na dně moře. Malí korýši slouží za potravu větším, kteří jsou zase potravou pro olihně a velryby. Zůstalo proto jen málo zbytků řas, které spolu s CO2 klesly na mořské dno. Výsledek byl stejný, jako kdyby se nepřihnojovalo.

Přímá absorpce CO2 z atmosféry
Jedním ze způsobů jak odstranit CO2 z atmosféry, je zvýšit zásaditost mořské vody rozštěpením chloridu sodného na hydroxid sodný a kyselinu chlorovodíkovou. Kyselina by se ukládala na pevnině a hydroxid sodný by zůstal v oceánu. Díky tomu by se ve vodě rozpustilo více CO2 bez dalšího okyselování oceánu. Uhlík by nakonec skončil na mořském dně jako uhličitan vápenatý. Konstrukce zařízení na úpravu mořské vody by ale byla nákladná a bylo by třeba na 100 velkých úpraven pro pohlcení asi desetiny ročně vypouštěného CO2. Nejslibnější alternativou, jejímiž průkopníky jsou Klaus S. Lackner z kolumbijské univerzity a David W. Keith z univerzity v Calgary, je vybudování praček plynu na pevnině, které by zachycovaly CO2 přímo z okolního vzduchu do speciálně vyvinuté plastické hmoty. Když se tato hmota, obsahující CO2, propláchne vodní parou, vytvoří se proud čistého CO2, který lze izolovat pod zemí nebo jednoho dne dokonce přeměnit zpět na uhlovodíkové palivo. Velký problém však spočívá v tom, že odsávání CO2 z atmosféry je drahé – jedná se o 1 000 dolarů na každou zachycenou tunu CO2. V říjnu 2009 založil David Keith společnost Carbon Engineering , jejímž cílem je vybudovat zařízení na záchyt CO2 při nákladech 100 až 250 dolarů na tunu. S nápadem jak snižovat emise CO2 přišel i významný myslitel a autor teorie Gaia James Lovelock. Jeho návrh spočívá v zaorávání dřevěného uhlí do půdy. Zemědělci by měli veškerý zemědělský odpad obsahující uhlík přeměňovat na biologicky neodbouratelné dřevěné uhlí a zapravovat ho do půdy.

Sluneční clona ve vesmíru

Pro úplnost je možné se zmínit také o jednom více či méně fantastickém návrhu, se kterým přišel J. Rogers P. Angel, z arizonské univerzity. Před několika lety se ho manželka zeptala, zda by mohl něco udělat se změnou klimatu. Jeho reakcí bylo přezkoumání staršího nekonvenční geoinženýrského návrhu. Návrh předpokládal umístění obrovské sluneční clony do tzv. vnitřního Lagrangeova bodu (L1), nacházejícího se ve vzdálenosti asi jeden a půl milionu kilometru od Země. Jde o bod, v němž působí Slunce stejnou přitažlivou silou jako Země. Z bodu L1 by sluneční clona zahalila Zemi rovnoměrným stínem bez nutnosti jakkoli znečišťovat atmosféru planety. Vesmírnou clonou by nebyla jediná kosmická loď, ale biliony mikrolodí, každá v podobě asi půlmetrového talíře z nitridu křemíku o šířce dvou stop, vybaveného vlastním počítačem a navigačním zařízením o hmotnosti ne více než jeden gram. Tyto „létající talíře“ by byly vypouštěny v sadách po milionech rychlostí jedné sady za minutu po dobu celých 30 let pomocí elektromagnetických děl, která by byla umístěna z větší části pod zemí. Vysoce účinné iontové motory by dopravily každou sadu z oběžné dráhy Země do Lagrangeova bodu L1, kde by se jednotlivé talíře zařazovaly do mračna o délce 100 000 a šířce 7 000 kilometrů. Odhadovaná cena je 5 bilionů dolarů, takže místo toho by bylo lépe postavit větrné a sluneční elektrárny, s čím ostatně souhlasí i Angel.


Geoinženýrství – ano, či ne?

Geoinženýrství má své příznivce i odpůrce. V knize „Merchants of Doubt“ od historiků vědy Naomi Oreskese a Erika Conwaye jsou podrobně popisovány metody lobistických skupin pracujících ve prospěch průmyslu fosilních paliv v rámci více než dvacetileté kampaně proti vědě o klimatu a proti klimatologům. Tyto kampaně jsou velmi dobře organizovány, jednou z posledních akcí bylo proniknutí do e-mailové pošty Oddělení klimatického výzkumu univerzity East Anglia ve Spojeném království, odkud byly citovány věty vytržené z kontextu s cílem zabránit jakémukoliv pokroku při snižování emisí CO2 na mezinárodní konferenci v Kodani.

Žádná vláda není dosud ochotna geoinženýrství podporovat, není však vyloučeno, že se tak nestane v budoucnosti. Zastánci geoinženýrství se rovněž ucházejí o přízeň „bohatých sponzorů“. Například Lowell Wood, který stál v pozadí neúspěšného projektu hvězdných válek prezidenta Ronalda Reagena,.pochybuje o tom, že by vlády dosáhly dohody a hodlá se obrátit na miliardáře. Má patrně na mysli Billa Gatese, který geoinženýrský výzkum podporuje již 3 roky. Gates investuje rovněž do firmy Intelectual Ventures, která podporuje projekt StratoShield, v jehož rámci se do horních vrstev atmosféry vypouští oxid siřičitý pomocí hadic, které se udržují ve výšce díky balónům. Na druhé straně známý klimatický skeptik Lee Lane z American Enterprise Institute tvrdí, že přínosy geoinženýrství převažují nad náklady.

Podle zahraničních materiálů zpracoval Václav Vaněk, redakčně kráceno.

Václav Vaněk
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Jak postavit jeřáb ze špejlí

V úterý 5. prosince 2017 proběhlo na Vítkovické střední průmyslové v Ostravě-Hrabůvce 2. kolo badatelské soutěže žáků ve stavění jeřábů ze špejlí. Tato soutěž je sponzorována Statutárním městem Ostrava.

Richard Dinan - první soukromý investor do fúze v Evropě

Jak nazvat současnou kapitolu historie řízené termojaderné fúze? Po kapitole Sluneční fúze (1920-1938), Magnetická fúze (1946-1968), Tokamaková fúze (1969-1984) a ITERová fúze (1985-2040)? Co třeba Soukromá fúze?

Česká kosmická kancelář nabízí a zve

Zajímáte se o kosmické aktivity a rádi byste v tomto oboru nalezli uplatnění? Baví vás kosmický výzkum? Chtěli byste pracovat s kosmickými technologiemi? Rádi byste se dozvěděli o příležitostech, které tento multidisciplinární obor přináší?

Vojtěch Jarník

Koncem letošního roku si v kalendáři české vědy a techniky připomeneme 120. výročí narození významného českého matematika a vysokoškolského pedagoga prof. RNDr. Vojtěcha Jarníka, DrSc., jedné z nejvýznamnějších učitelských a vědeckých osobností na Univerzitě Karlově ve 20.

Kdo jsme a odkud jsme přišli?

Vše, o čem jsme se domnívali, že známe, například kdo jsme, jak dlouho chodíme po Zemi a odkud jsme se vzali, bude nutno znovu radikálně přehodnotit. Nové nálezy a objevy po roce 2000 zpochybňují téměř všechno, co jsme si dosud mysleli o našich praprapředcích.

Nejnovější video

Bomba na kuchyňském stole

Krátké video ke stejnojmennému článku - návodu na pokus. Sestavte si také takový propletený obrazec z jednoduchých pomůcek a překvapte své přátele nečekaným efektem.

close
detail