Megjegyzések
a globális felmelegedéshez
Reményi Károly
az MTA rendes tagja
remenyi energia . bme . hu
Gróf Gyula
PhD, BMGE
grof energia . bme . hu
A megfelelő formában rendelkezésre álló energia az emberi civilizáció fejlődésének és fennmaradásának kulcskérdése. Aligha szükséges e kijelentés igazolásához bizonyítékokat felvonultatni. Az energiaigények kielégítését az energiatechnológiák állandó fejlődése a történelem során folyamatosan biztosította. Érdemes emlékeztetni arra, hogy az energetika által okozott vitathatatlan környezeti hatások (például a CO2-kibocsátás) nem az energiaipar öncélú működésének következménye, hanem annak, hogy az energetika valós civilizációs igényeket elégít ki. Kétségtelen, hogy közben a környezetre kedvezőtlen hatást is kifejt, ugyanakkor folyamatos erőfeszítéseket tesz azért, hogy a környezeti károkat mérsékelje. Így, mielőtt az energetika kerülne a vádlottak padjára, a civilizációs lét fenntartásában és a globális felmelegedésben betöltött szerepét tárgyilagosan kell értékelni. A Megjegyzések a globális felmelegedéshez egy hosszabb (negyvenoldalas) tanulmány összefoglalása, mely a jelenség mértékének előrejelzésére vállalkozó modellekkel, a felmelegedés mértéke körüli bizonytalanságokkal és az ezekre alapozott intézkedésekkel foglalkozik. Az olvasó elé a fontosabb megállapításokkal és a felmelegedésre való felkészülés megkezdésének javaslatával állunk.
Alaptételek:
1. A Föld a világűrben termikus egyensúlyban van. A Napból kapott energiát teljes egészében visszasugározza a világűrbe.
2. A monumentális modellek eredményeiben igen nagyok az eltérések (a XXI. évszázadra 1,1–6,4 K felmelegedés, IPCC [Intergovermental Panel of Climate Change]), nagyon bizonytalan intézkedéseket lehet ezekre alapozni.
3. A reális értékekhez való alkalmazkodás tervezése biztonságosabbnak látszik, mint az erőltetett megelőzés. Az energiaforrások eloszlása és a megújulókban rejlő tényleges kapacitások determinálják a lehetőségeket.
A jelenlegi helyzet
Az egész világon a legnívósabb tudományos műhelyek, a politika és a társadalom elsőrendű témájává vált az éghajlatváltozás, és ezen belül is a globális felmelegedés. Közvetlenül mindenki csak a saját lakóhelyének környezetében észleli a jelenségeket. Globálisan csak a Föld teljes megfigyelésének alapján lehet valamit megállapítani. Régiónként van, ahol kedvezőnek érzik a változást, van, ahol kedvezőtlennek. A kérdés az, hogy minden tényezőt figyelembe véve a Föld egészére milyen hatások érvényesülnek, előnyösek vagy előnytelenek. Vannak tények és van a prognózisvita. A tény kevés.
A legfontosabbak:
• az utóbbi kétszáz évben az átlaghőmérséklet emelkedett (közel 1 K),
• a légkör szén-dioxid-tartalma lényegesen emelkedett (280 ppm-ről 385 ppm-re).
• a jégmezőknél némi zsugorodás tapasztalható.
Tény azonban az is, hogy a prognózisok lényegesen eltérnek egymástól. Évszázadunkra 1,1 K-től 6,4 K (IPCC) mértékű globális felmelegedést is jeleznek.
Bizony nem mindegy, melyik érték valósul meg. Az irodalomban a fő kiindulási adatok között igen nagy különbségek vannak. A Nap hőmérsékletére 5700 K és 6100 K között találunk értékeket. A Nap-állandóra 1270-től 1395 W/m2 közötti értékek szerepelnek. Bizonytalan a felhők szerepe (a legfontosabb üvegházkomponens), az albedó (általánosságban az albedó egy felületre érkező elektromágneses sugarak visszaverődési képességének mérőszáma), a növényzet szerepe, a jégmezők és a tengermozgások folyamatai stb. Az „élő” Föld úgy tűnik, komplexen nem modellezhető (az eddigi világmodellek zátonyra futottak). A részletek modellezése ezután is hasznos információkat nyújthat. A globális vizsgálatokhoz ezután is – egyelőre – az egyszerűbb modellek a legmegbízhatóbbak.
A földi albedóval való számítás igen nagy bizonytalanságot jelent. Átlagos értékét az irodalomban 0,2–0,3 között adják meg. Ezért célszerű máshonnan megközelíteni a légkör felmelegedését. A légköri hőmérséklet-változás a sugárzási viszonyok változása és az összetétel-változás oldaláról közelíthető a legegyszerűbben és legbiztonságosabban. A sugárzási viszonyok miatti felszíni felmelegedés jelenti számunkra az átlagos teljes felmelegedést. Ekkor benne foglaltatik az összetétel miatti változás is, ami a gázok sűrűsége és a fajhőjének változása miatt következik be.
A Föld termikus egyensúlyban van a világűrben, tehát ami a világűrből (Napból) a Földre áramlik, az vissza is sugárzódik a világűrbe. Tulajdonképpen egy Föld-állandót is meghatározhatunk. A globális átlaghőmérséklet nem változik, csak a légrétegek hőmérséklet eloszlása rendeződik át, a változások, például a CO2-koncentráció növekedése következtében. A Föld-állandó értéke a műholdakról mért 255 K hőmérséklet alapján:
SF = 5,67 × 10-8 × 2554 = 239,74 W/m2
A CO2-tartalom miatti fajhő és sűrűség okozta hőmérsékletváltozás a légkörben tárolt hőmennyiség állandó értéke alapján számítható, mértéke elhanyagolható, de nem növekedés, hanem csökkenés. A CO2 a levegő oxigénjéből keletkezik, így a térfogat nem változik, de a tömegváltozás miatt a sűrűség igen.
A CO2-koncentráció-változás miatt a és a cp változik, tehát a szorzatuk változását kell figyelembe venni a megváltozott ΔTl kiszámításához.
A CO2-koncentráció növekedése esetén növekszik a CO2 nagyobb sűrűsége miatt, a cp csökken a CO2 kisebb fajhője miatt. A c szorzat növekszik, mert a jobban növekszik, mint ahogyan a cp csökken. A tárolt hőmennyiség állandósága esetén a cp növekedése miatt a légkör teljes tömegének átlaghőmérséklete csökken. A réteghőmérsékletek eltolódása következik be, a felsőbb rétegek tovább hűlnek, míg az alsóbbak hőmérséklete a sugárzási törvényektől vezérelve növekszik.
Az egyszerűbb modellel a légkör határán lévő egyensúlyi hőmérséklet számításával érzékeltethető, mennyire nem mindegy, milyen értéket veszünk fel, amikor következetesen alkalmazzuk a Stefan–Boltzmann-törvényt. A légkör határára számított egyensúlyi hőmérsékletnél az üvegházgázok még nem játszanak szerepet. A Föld felszínre felírt mérlegegyenletnél a Beer-törvény figyelembe vételével a légkörben lévő szén-dioxidot egyenértékű gázrétegként kezeljük. Ez a feltevés az elnyelés esetében helytálló, a kisugárzásnál azonban a paraméterváltozásokat figyelembe kellene venni (az irodalmi modelleknél ennél sokkal erősebb közelítéseket is alkalmaznak).
A Föld felületére írva fel a mérlegegyenletet, a gázréteg közbeiktatása miatt magasabb hőmérséklet adódik. (2. táblázat)
Példaként kiválasztva egy reális értéket, jó prognózist kapunk.
Az CO2-koncentráció 350 ppm-ről 500 ppm-re való növekedése maximum 1 K hőmérsékletemelkedést okozhat!
A Föld energetikai egyensúlyának a hőcsere mellett vele közel egyenértékű számos más összetevője is van. A modellek eredményei közötti nagy eltérés alapján arra a következtetésre lehet jutni, hogy a bonyolult modellekben a sok közelítés az összekapcsolásukat nem teszi lehetővé.
Részletes tanulmányunk számszerűleg bemutatja a felmelegedés szempontjából számba vehető legfontosabb folyamatokat és azok jelentőségét. A vitathatatlan, de egyszerűbb globális számításokkal kapott globális hőmérsékletemelkedés értéke, 1–1,5 K, nem elhanyagolható, de nem ad megoldhatatlan feladatot az emberiség számára. Ez alapján felkészülve koncentrálni lehet az emberiség számára legnagyobb problémákra, a szegénység felszámolására és az életszínvonal globális emelésére.
Tehát a szerzők által alkalmazott modellel – a szerzők véleménye alapján – a szén-dioxid-tartalom kétszeresre való növekedéskor száz év alatt a földi átlaghőmérséklet kb. 1–1,5 K-nel növekszik. Ez uralható változás, de fel kell készülni az ebből adódó következményekre!
Összefoglalás
Tanulmányunk végkövetkeztetéseként reális értékeket elfogadva, érdemesebb a nagy energiákat a változásokra való felkészülésre fordítani, és nem belehajszolni a világot egy finoman szólva is kilátástalan és óriási költségeket felemésztő CO2-kibocsátás elleni küzdelembe. Új elveken alapuló energiafejlesztési módok segíthetnének!
Ki kell mondani, a megújulók (helyesen közvetlen természeti energiák! direct natural energies) csak segítenek, de megoldani a jelentős költségtöbblet árán sem tudják a problémát!
Lehetetlen és erkölcstelen elvárni, hogy a fejlődő országok polgárai (például: Kína, India stb.) ne igényeljék a jelen technikai színvonalnak megfelelő kulturált életszínvonalat és kényelmet maguknak. Ezek a népek jelenleg fajlagosan az üvegházgázok egy tizedét bocsátják ki, a fejlett országok lakosai kibocsátásához viszonyítva. Energiaszükségletük növelését elsősorban fosszilis forrásokból (szén: World Energy Council, 2007. évi konferencia, Róma, november) tudják és fogják biztosítani.
Az üvegházgázmentes atomenergia jelenleg a világ primer energiájának mindössze csak 7 %-át fedezi, tehát jelentős növelése igen nagy tőkeigény mellett sem nyújt megoldást (emellett a jelenlegi, általánosan alkalmazott technológiával az uránkészlet is csak hatvan–hetven évre elegendő !).
A globális felmelegedés korlátozását mindenekelőtt a CO2-kibocsátás csökkentésével kívánják elérni. Ezek a próbálkozások ezideig kevés sikert mutatnak. A csökkentés megkezdését világviszonylatban már 1995-ben tervezték. Ebből semmi nem lett, de az ennél nemzetközileg jelentősen nagyobb súlyú Kiotói egyezmény óta sincs említésre méltó trendváltozás. Az 1997. december 11-én aláírt egyezmény óta eltelt tíz évben a szén-dioxid-tartalom kb. 355 ppm-ről 380 ppm-re változott.
Kulcsszavak: globális felmelegedés, szén-dioxid-növekedés
CO2-koncentráció |
(T) |
lehűlés |
(ppm) |
ΔT şC |
şC |
|
|
|
350 |
33 |
0 |
450 |
32,997 |
-0,003 |
500 |
32,996 |
-0,004 |
600 |
32,994 |
-0,006 |
1. táblázat • A cp változás miatti hőmérsékletváltozás, ahol ΔT – a 350 ppm CO2-koncentrációhoz képesti koncentrációnövekedés miatt kialakult hőmérsékletkülönbség.
S=1385 W/m2 ; Te=279,5 K
CO2 |
|
pl |
ag |
g |
Te |
ppm |
tömeg % |
mbar |
Beer-együttható |
|
K |
|
|
|
|
|
|
280 |
0,0425 |
2,17 |
0,65 |
0,114 |
287,8 |
350 |
0,053 |
2,7 |
0,69 |
0,122 |
288,6 |
450 |
0,068 |
3,5 |
0,736 |
0,13 |
289,4 |
500 |
0,076 |
3,9 |
0,755 |
0,133 |
289,6 |
600 |
0,091 |
4,64 |
0,785 |
0,138 |
290,1 |
2. táblázat • S – a napállandó W/m2 • pl – a Föld felületére redukált CO2-rétegvastagság és a nyomás szorzata mbar • ag – a CO2-rétegen áthaladó sugárzás intenzitásának gyengülése • g – a CO2 relatív emissziós tényezője • Te – a Föld felületén a hőmérséklet, K