To nie Prima Aprilis. Są takie sposoby na powstrzymanie zmian klimatu. I są skuteczne

Jak walczyć z globalnym ociepleniem? Są odkrycia i technologie, które brzmią jak primaaprilisowy żart. Zapewniamy, że nie są - w tekście podajemy linki do naukowych publikacji.

Cykl „SOBOTA PRAWDĘ CI POWIE” to propozycja OKO.press na pierwszy dzień weekendu. Znajdziecie tu fact-checkingi (z OKO-wym fałszometrem) zarówno z polityki polskiej, jak i ze świata, bo nie tylko u nas politycy i polityczki kłamią, kręcą, konfabulują. Cofniemy się też w przeszłość, bo kłamstwo towarzyszyło całym dziejom. Rozbrajamy mity i popularne złudzenia krążące po sieci i ludzkich umysłach. I piszemy o błędach poznawczych, które sprawiają, że jesteśmy bezbronni wobec kłamstw. Tylko czy naprawdę jesteśmy? Nad tym też się zastanowimy.

Zwykle, gdy myślimy o rosnącym poziomie dwutlenku węgla w atmosferze, na myśl przychodzą nam drzewa, które go pochłaniają. Naukowcy z Yale University postanowili policzyć, czy na poziom cieplarnianych gazów mają także wpływ także zwierzęta.

W pracy opublikowanej 27 marca w “Nature Climate Change” przedstawiają zaskakujący wniosek. Wystarczy, że na Ziemi przywrócimy liczebność kilku kluczowych gatunków zwierząt, by osiągnąć zakładany klimatyczny cel - jest nim zatrzymanie globalnego ocieplenia na bezpiecznym poziomie (temperatury o 1,5 stopnia wyższej od czasów sprzed rewolucji przemysłowej, czyli końca XIX wieku).

Żeby to osiągnąć, z atmosfery musiałoby znikać rocznie 6,5 miliarda ton (czyli gigaton) dwutlenku węgla. Szkopuł w tym, że nawet jeśli obejmiemy ochroną wszystkie lasy, mokradła i łąki - rośliny pochłaniać będą maksymalnie 1,5 gigatony CO2 rocznie. Do celu brakuje nam ponad trzy razy tyle (stąd i konieczność ograniczenia spalania paliw kopalnych do zera do połowy tego wieku).

Wydry, woły, słonie...

Badacze wyliczają, że ten cel można osiągnąć przez objęcie ochroną sześciu grup zwierząt i przywrócenie liczebności kolejnych trzech. Wystarczy, że populacje żarłaczy grubych, wilków szarych, wydr morskich, wołów piżmowych i ryb morskich pozostaną na dzisiejszych poziomach, zaś słoni afrykańskich wzrosną do 500 tysięcy, bizonów do 2 milionów, a fiszbinowców do 188 tysięcy. Ich populacje przyczynią się do pochłaniania 6,41 gigaton CO2 rocznie.

Zwierzęta pochłaniają dwutlenek węgla pośrednio - przez zjadanie roślin. Ale ich wpływ na obieg węgla w ekosystemie jest większy. Gdy stada bizonów pasą się na preriach, trawy stale odrastają, więc pochłaniają więcej dwutlenku węgla.

Odchody roślinożerców (zarówno bizonów, jak i słoni) rozsiewają też nasiona krzewów i drzew, które magazynują ten cieplarniany gaz na dekady. Nie bez znaczenia jest też sama masa zwierząt - ubita gleba wiąże organiczny węgiel na dłużej.

...wieloryby

Z kolei wieloryby żywią się morskim fitoplanktonem, który pochłania dwutlenek węgla. Gdy go strawią, z odchodami węgiel opada na dno. Trafia tam też wraz z martwymi ciałami zwierząt. I pozostaje na stulecia.

Nieco bardziej złożony jest wpływ drapieżników - takich jak wilki. Tu warto opowiedzieć historię parku narodowego Yellowstone w USA. Do lat 90. ubiegłego wieku żyjącym tam zwierzętom nie zagrażały żadne duże drapieżniki. Jedynym były kojoty, polujące na mniejsze ssaki (w tym bobry), jeleniowate rozmnażały się w zasadzie bez ograniczeń. Zjadana przez nie szata roślinna się kurczyła. Gdy zaś brakowało krzewów i drzew porastających brzegi rzek, te ulegały szybszej erozji.

Wilki w Yellowstone

W 1995 roku postanowiono do Yellowstone sprowadzić wilki (które żyły tam do początków ubiegłego wieku). Ograniczyło to liczebność jeleniowatych, które podgryzają młode drzewa. Zmniejszyło też – poprzez konkurencję – liczbę kojotów, które polują (między innymi) na bobry. Gdy przybyło bobrów, których żeremie zatrzymują wodę w rozlewiskach, a brzegi rzek znów zaczęły znów porastać zarośla, zwiększyła się liczebność ptaków wodnych, wydr, płazów i ryb.

To tak zwana kaskada troficzna. Jeden gatunek może zmienić cały ekosystem.

Zmiany zachodzące w ekosystemach nie muszą trwać dekady (w Yellowstone zajęły jedną). Nie oznacza to, że możemy krzyknąć „hurra, jesteśmy uratowani” i jak dotychczas spalać węgiel, ropę i gaz na potęgę.

Po pierwsze, sugerowane przez naukowców zmiany wymagałyby objęcia ochroną znacznych powierzchni lądów i oceanów. Po drugie, to jednak tylko teoretyczne wyliczenia. Nie ma gwarancji, że gdy to wszystko zrobimy, z atmosfery będzie znikać właśnie 6,5 gigatony dwutlenku węgla rocznie. Co, jeśli naukowcy mocno przeszacowali?

Lepiej jednak ograniczyć spalanie paliw kopalnych, a ten sposób zostawić w zanadrzu.

Technologie niczym żart

Inne sposoby na walkę z globalnym ociepleniem, które brzmią trochę primaaprilisowo, to już nie są teoretyczne wyliczenia, lecz konkretne technologie. Większość z nich jest zaskakująco prosta i tania.

Teoretycznie moglibyśmy zazieleniać pustynie. Nawet na nich wilgotność rzadko spada poniżej 15 proc. (a i to zwykle w ich głębi), w suchych i gorących klimatach (i na obrzeżach pustyń) jest to przeciętnie 30 proc. Ta procentowa wartość to wilgotność względna.

Względna, bo mówi nam, ile jest pary wodnej względem tego, ile mogłoby się maksymalnie w powietrzu “zmieścić”. Przy wilgotności 30 proc. i temperaturze 30 stopni w powietrzu jest nieco ponad 10 gramów pary wodnej w metrze sześciennym powietrza.

Naukowcy od lat szukali materiałów, które będą pochłaniać parę wodną i z których będzie można ją odzyskać. Bardzo skuteczne okazały się kompleksy metaloorganiczne (tak zwane MOF-y, od metal-organic framework), połączenia organicznych molekuł z atomami metali. Związek pochłaniający parę wodną opisywali naukowcy w „Science” już 2014 roku.

Niestety wymagał dość drogiego metalu, cyrkonu. Pięć lat później ci sami badacze (pod kierunkiem Omara Yaghiego, chemika z University of California w Berkeley) odkryli, że tak samo działa MOF zawierający atomy taniego glinu.

W maju 2022 roku okazało się też, że znacznie lepiej pochłania wodę inny materiał powstały z hydroksypropylcelulozy i gumy konjakowej z dodatkiem chlorku litu. Wszystkie te składniki są łatwo dostępne i tanie (wykorzystywane są na przykład w przemyśle spożywczym). Koszt produkcji kilograma takiego materiału nie przekracza dwóch dolarów. Może pochłonąć z powietrza na dobę nawet 13 litrów wody, którą można łatwo odzyskać.

Tona takiej mieszaniny pozwoliłaby produkować z powietrza 13 tysięcy litrów wody na dobę. Aż dziw bierze, że ten sposób nie przyjął się jeszcze w Andaluzji, Algierii i Arizonie. Pola uprawne mogłyby się podlewać same.

Chłodzenie bez prądu

Globalne ocieplenie oznacza też więcej uciążliwych upałów. Temperatury w miastach latem już dziś bywają nie do zniesienia. Niestety klimatyzatory zużywają całkiem sporo prądu. I oddają ciepło do otoczenia, więc chłodzą wnętrza, a otoczenie tylko podgrzewają.

Ciepłe obiekty emitują część energii (zwanej cieplną) w postaci promieniowania podczerwonego. Większość tego ciepła niestety zatrzymuje atmosfera (pochłaniają je głównie cząsteczki pary wodnej), przepuszcza jednak pewien wąski zakres tego promieniowania w kosmos. A kosmiczna próżnia, ze względu na bardzo niską temperaturę (około 250 stopni Celsjusza poniżej zera) jest znakomitym odbiornikiem ciepła.

A gdyby istniał materiał, który przetwarza szeroki zakres promieniowania podczerwonego, emitowanego na przykład przez nagrzany budynek, na ten wąski zakres, który ucieknie w kosmiczną przestrzeń?

Inżynierowie szukali i znaleźli kilka takich sposobów. Pierwsze z nich były skomplikowanymi lustrami pokrytymi warstwami drogich metali. Jednym z przełomów było odkrycie, że taką własność ma polietylenowa folia, w której zatopione zostaną mikroskopijne szklane granulki.

Taka folia nawet w pełnym słońcu sprawia, że pokryte nią powierzchnie są chłodniejsze aż o 5 stopni. No, ale to polietylenowa folia, która nie jest szczególnie trwałym materiałem. Trudno sobie wyobrazić zrobione z niej rolety, jeszcze trudniej - pokrywanie nią dachów.

W 2021 roku badacze z UCLA (University of California in Los Angeles) znaleźli inny materiał, dostępny w zasadzie dla każdego i od ręki. Wystarczy bowiem nakleić taśmę klejącą na aluminiową folię. To nie żart - oto praca badaczy. Ten sposób pozwala schłodzić przedmioty o 7 stopni poniżej temperatury otoczenia (dodatkowa warstwa plastiku nawet o 11 stopni).

To metoda na szybkie schłodzenie dachu czy ściany gdy słońce już zajdzie. W dzień aluminiowa folia (choć odbija światło widzialne) pochłania za dużo promieniowania podczerwonego i jednak się nagrzewa. Badacze z UCLA na taśmę klejącą nanieśli więc warstwę drobno sproszkowanego srebra - bowiem odbija ono więcej podczerwieni niż aluminiowa folia. Okazało się, że schładza pokryte nią powierzchnie o 3 stopnie poniżej temperatury otoczenia nawet w pełnym słońcu.

Dlaczego nie mamy jeszcze chłodzących ścian i dachów? Cóż, w naszym klimacie trzeba by takie chłodzące pokrycia zdejmować na zimę, by nie uciekało przez nie ciepło. Nie jest jednak wykluczone, że te proste - i przede wszystkim tanie - sposoby znajdą szersze zastosowanie w cieplejszych klimatach.

Podobny problem trapi chłodzącą farbę - bo taką również opracowano. Powstała na bazie taniego siarczanu baru, który stosowano już w białych farbach dekady temu (wyparł go z czasem bielszy tlenek tytanu). Pomalowane nią domy są o 4,5 stopnia chłodniejsze niż powietrze na zewnątrz. Ale farby nie da się zdjąć na zimę, więc to sposób na chłodzenie z ciepłych klimatach.

Powstają też chłodzące tkaniny, ale to już bardziej skomplikowane. Ubrania nie mogą być sztywne, a do tego muszą znieść przynajmniej kilkadziesiąt cykli prania bez utraty pożądanych właściwości. Na razie nie znaleziono nic taniego i trwałego.

Dwutlenek węgla do morza

To chyba najbardziej obiecujący sposób walki z globalnym ociepleniem. Dwutlenku węgla możemy się pozbyć w morzach, o czym pisałem całkiem niedawno.

W „Science Advances” w pierwszych dniach marca, naukowcy opisali, jak można związać dwutlenek węgla trwale, łatwo i tanio. I jest to metoda - bez żadnej przesady - potencjalnie rewolucyjna.

Zaletą jest to, że związek, który pochłania dwutlenek węgla (sorbent), powstał z dostępnych na rynku amin oraz miedzi. To oznacza, że łatwo będzie można ten sposób przeskalować, czyli przejść od laboratoryjnego eksperymentu do skali przemysłowej.

Sorbent opracowany przez badaczy wiąże CO2 aż pięć razy chętniej niż dotychczasowe takie związki. A to oznacza, że opłacalne może się stać pochłanianie dwutlenku węgla prosto z powietrza, nie tylko z kominów elektrowni.

Pod wpływem zwykłej, słonej wody (na przykład morskiej), zawarty w niej chlorek sodu reaguje z wyłapanym dwutlenkiem węgla. Powstaje węglan sodu (czyli soda oczyszczona). Potem można sorbent zregenerować, ale dzieje się to w niskich temperaturach. Nie wymaga więc wiele energii, tyle, co do pompowania wody.

Praca została opublikowana w marcu, ale od trzech miesięcy jest testowana w praktyce na brytyjskim Uniwersytecie Lancaster. Być może niebawem powstaną instalacje pompujące do morza rozcieńczony roztwór sody oczyszczonej.

Co najciekawsze, gdy w wodzie rozpuszcza się dwutlenek węgla, ulega ona zakwaszeniu. Roztwór sody ma zaś zasadowy odczyn. Metoda ta mogłaby zatem nie tylko pochłaniać ten cieplarniany gaz, ale i zapobiegać zakwaszeniu mórz i oceanów.

Dlaczego tego jeszcze nie robimy?

Zwykle, zanim wynalazek trafi z laboratoriów do powszechnego zastosowania, mijają dekady. Pomysł na internet powstał w latach 60. ubiegłego wieku, rozwinął się czterdzieści lat później. Autonomiczne ciężarówki testowała amerykańska armia już w latach 80., dopiero dziś zaczynają jeździć (głównie po prostych drogach Teksasu).

Nie zawsze problemem jest koszt, który w przypadku opisywanych wyżej technologii akurat nie jest wysoki. Jest nim konieczność przekonania inwestorów, że (nawet niewysoki) koszt inwestycji kiedyś się zwróci. Czyli, że pomysł da się sprzedać klientom.

Niestety, ochrony wilków i wielorybów nie da się nikomu sprzedać. Instalacja do pochłaniania dwutlenku węgla i pompowania go do morza też nie przyniesie finansowych zysków. W tych przypadkach można tylko lobbować, by odpowiednie rozwiązania przyjęły (i finansowały) rządy. A to, nawet jeśli jest skuteczne, trwa czasem dekady.

Nie liczmy więc na to, że będziemy mogli zrezygnować ze spalania węgla, ropy i gazu. Do połowy stulecia musimy jednak z emisjami zejść do zera.

Nieco szybciej może się okazać, że będziemy się chłodzić bez prądu, a wodę czerpać z powietrza. Ale zapewne też najpierw tam, gdzie jest gorąco, a wody brakuje - czyli prędzej w Arizonie i Andaluzji.

Choć i w Polsce - jak mówił OKO.press dr Jarosław Suchożebrski z Uniwersytetu Warszawskiego - może nam zacząć wody brakować.