Gazy cieplarniane są często mylone z zanieczyszczeniami tworzącymi smog, a zmiana klimatu – z problemem złej jakości powietrza, którym oddychamy. Choć już parę razy pisaliśmy o różnicach i podobieństwach między tymi dwoma problemami, warto wrócić do tego tematu.
Problem zmiany klimatu i emisji gazów cieplarnianych jest często mylony ze smogiem, czyli złą jakością powietrza którym oddychamy. Są to jednak dwa różne problemy, choć mocno i na wiele sposobów ze sobą powiązane.
Co to jest smog?
„Smog” to zbitka angielskich słów „smoke” (dym) i „fog” (mgła). Przy odpowiedniej pogodzie dymy z kominów i spaliny z rur wydechowych tworzą specyficzną mieszaninę, „dymo-mgłę”.
Ale powietrze jest mniej lub bardziej zanieczyszczone przez cały rok – nawet wtedy gdy nie ma typowego smogu zimowego (czasem zwanego „londyńskim”) lub letniego (fotochemicznego), albo jak kto woli „smogu typu Los Angeles”.
Słowo „smog” jest już jednak dziś po prostu wygodnym, krótkim określeniem dla tych zanieczyszczeń powietrza, które mają bezpośredni wpływ na nasze samopoczucie, zdrowie i życie.
Chodzi tu przede wszystkim o tzw. pył zawieszony (często spotykane skróty PM2,5 i PM10 pochodzą od ang. particulate matter; liczba oznacza maksymalną średnicę cząstek pyłu w mikrometrach), wraz ze wszystkimi substancjami które się w pyle znajdują.
A znajduje się w nim na przykład rakotwórczy benzo[a]piren (B[a]P) i inne związki z rodziny wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA). A także wiele innych szkodliwych substancji, choćby dioksyny (PCDD/F).
Fizycy atmosfery zamiast „pyły zawieszone” wolą używać terminu „aerozole”, mając na myśli z grubsza to samo co specjaliści od smogu mówiący o pyle.
Pył zawieszony mogą tworzyć unoszące się w powietrzu maleńkie drobinki sadzy wylatujące z kominów lub rur wydechowych. Mogą to być również bardzo małe ziarenka piasku, wywiewane z dotkniętych suszą pól, a nawet przywiewane znad Sahary. Ostatnio w powietrzu wykryto też maleńkie kawałeczki plastiku! (także w Polsce, w Krakowie.)
Ale cząstki (nie cząsteczki! [1]) pyłu mogą się składać również z wielu innych substancji. [2] Mogą to być na przykład drobinki powstające przy ścieraniu opon i tarcz hamulcowych.
Takie cząstki są bardzo małe – mają zwykle średnicę mniejszą niż 10 mikrometrów, a czasem rzędu kilkunastu nanometrów! Czyli są kilka, a nawet kilka tysięcy razy mniejsze niż średnica ludzkiego włosa.
Smog a gazy cieplarniane
Oprócz pyłu wśród najważniejszych „składników smogu” mamy też dwutlenek azotu (NO2), dwutlenek siarki (SO2), ozon (O3), tlenek węgla (CO) i tzw. lotne związki organiczne (LZO) – na przykład rozpuszczalniki albo niedopalone składniki benzyny.
Na tej liście jak widać nie ma dwutlenku węgla (CO2), metanu (CH4) ani podtlenku azotu (N2O, którego nie powinniśmy mylić z wspomnianym wcześniej dwutlenkiem azotu NO2), czyli trzech najważniejszych gazów cieplarnianych emitowanych przez naszą cywilizację.
Gazy cieplarniane to te, które mają zdolność pochłaniania emitowanego przez Ziemię promieniowania podczerwonego. Jak sugeruje nazwa, wywołują one efekt cieplarniany. Ich nadmiar w atmosferze jest odpowiedzialny za obecnie zachodzące gwałtowne ocieplanie się naszej Planety. Nie wszystkie gazy występujące w ziemskiej atmosferze są gazami cieplarnianymi. W szczególności gazem cieplarnianym nie jest ani azot (N2) ani “normalny” dwuatomowy tlen (O2). [3]
Gazy cieplarniane i substancje składające się na smog mogą się nam jednak mylić. Choćby dlatego, że wszystkie wymienione tu „składniki smogu” mają jakiś wpływ na klimat.
Jedne podgrzewają naszą planetę, tak jak ozon troposferyczny – ważny gaz cieplarniany lub wchodząca zazwyczaj w skład pyłu zawieszonego sadza (ang. black carbon, BC).
Inne chłodzą – jak niektóre składniki pyłu zawieszonego, choćby powstające z dwutlenku siarki aerozole siarczanowe.
Jeszcze inne nie wpływają na klimat bezpośrednio, ale substancje powstające z nich w różnych reakcjach chemicznych już tak. Na przykład z dwutlenku azotu (NO2) i innych związków chemicznych pod wpływem promieniowania słonecznego powstaje wspomniany przed chwilą, silnie ogrzewający naszą Planetę ozon troposferyczny.
Ale z NO2 powstają też chłodzące klimat aerozole azotanowe. Dwutlenek azotu, czy szerzej: NOx, czyli traktowane łącznie tlenek NO (x=1) i dwutlenek NO2 (x=2) azotu (raz jeszcze: nie powinniśmy mylić żadnego z nich z podtlenkiem azotu, N2O!) pośrednio przyczyniają się też do szybszego usuwania metanu z atmosfery, co również nieco zmniejsza tempo zmiany klimatu. Uśredniając w skali globu, dostajemy wypadkowy oziębiający wpływ NOx na klimat (patrz Rys. 8.17 w Rozdziale 8 Raportu IPCC Anthropogenic and Natural Radiative Forcing).
Widać, że walcząc ze smogiem i ograniczając (co jest niezwykle istotne, mając na uwadze nasze zdrowie) emisję tlenku i dwutlenku azotu przyspieszamy zmianę klimatu!
Inny przykład, jeszcze bardziej oczywisty niż przypadek NOx: radykalne zmniejszenie emisji powodującego kwaśne deszcze dwutlenku siarki (SO2) było korzystne dla naszego zdrowia, ekosystemów i zabytków, ale również przyspieszyło zmianę klimatu!
Między innymi właśnie dlatego walka ze smogiem wcale nie musi pomagać klimatowi. Ale nie znaczy to, że pomagać nie może. Choćby dlatego, że poprawa jakości powietrza wymaga m. in. ograniczenia emisji sadzy, ważnej składowej pyłu zawieszonego. A emitowana przez paleniska i silniki spalinowe sadza nie dość, że szkodzi naszemu zdrowiu, to jeszcze – o czym już była mowa – przyspiesza ocieplanie się klimatu.
Wspólne źródła, ale…
Zmiana klimatu i smog mogą się nam mylić z jeszcze jednego powodu. Najważniejszy gaz cieplarniany: dwutlenek węgla oraz substancje tworzące smog mają w dużej mierze wspólne źródła. W obu przypadkach dominującym źródłem emisji jest spalanie paliw kopalnych (węgla, pochodnych ropy naftowej i gazu ziemnego) i biomasy (np. drewna).
Jednak w Polsce za smog odpowiadają przede wszystkim domowe paleniska – ogrzewanie naszych domów, oraz transport – silniki spalinowe, a w mniejszym stopniu przemysł i energetyka. Z gazami cieplarnianymi jest na odwrót: największe źródło emisji CO2 to naszym kraju energetyka – elektrownie i elektrociepłownie, mimo że transport i ogrzewanie mają tu też znaczny udział. Dobrze pokazuje to film Krakowskiego Alarmu Smogowego:
Bo choć to elektrownie i elektrociepłownie spalają większość zużywanego w Polsce węgla kamiennego i prawie cały węgiel brunatny (a także niestety coraz więcej gazu ziemnego) i emitują ogromne ilości CO2, (ok. połowy całej polskiej emisji tego gazu!) to jednak w przeciwieństwie do domowych palenisk są wyposażone w coraz lepsze instalacje zmniejszające emisje pyłu, tlenków azotu i siarki. Ich wpływ na powstawanie smogu jest więc stosunkowo niewielki, ale za to na klimat – bardzo duży.
I właśnie dlatego w naszym kraju działacze antysmogowi mówią głównie o domowych piecach i kotłach na węgiel i drewno oraz o samochodach, a osoby zajmujące się walką ze zmianą klimatu koncentrują się na elektrowniach węglowych.
Punktów wspólnych i związków między zmianą klimatu a smogiem jest zresztą więcej
Choćby to, że dwutlenek węgla występuje w powietrzu w coraz wyższych stężeniach, przez co prędzej czy później zacznie bezpośrednio negatywnie wpływać na nasze samopoczucie i sprawność umysłową, tak jak to się dzieje w dusznych, niewietrzonych pomieszczeniach. Właściwie w niektórych miejscach najprawdopodobniej już wpływa (patrz przypis [4]).
Zmiana klimatu ma oczywiście wpływ na pogodę, co ma lub może mieć poważne konsekwencje dla jakości powietrza.
Po pierwsze, dużo cieplejsze, a chyba i bardziej wietrzne zimy przekładają się na mniejszy smog i niższe stężenia zanieczyszczeń w sezonie grzewczym (patrz przypis [5]). Ot takie małe szczęście w nieszczęściu.
Z drugiej strony, konsekwencją zmiany klimatu są (a tym bardziej będą już w niedalekiej przyszłości) częstsze i bardziej intensywne pożary lasów, bezpośrednio pogarszające jakość powietrza (patrz przypis [6]).
Na razie mowa była głównie o przyczynach jednego i drugiego problemu. Czas powiedzieć trochę o rozwiązaniach. Niestety, istnieje wiele obszarów, gdzie działania antysmogowe i te zmierzające do spowolnienia zmiany klimatu mogą być w ostrym konflikcie. I to nie tylko dlatego, że niektóre substancje wchodzące w skład smogu, takie jak SO2 czy NO2, chłodzą klimat, o czym była mowa wyżej.
Łatwiej pozbyć się smogu niż powstrzymać katastrofę klimatyczną?
Konsekwencje złej jakości powietrza (lub jak kto woli: smogu) są bardzo poważne – co roku na całym świecie przedwcześnie umiera z tego powodu kilka milionów osób; w Polsce kilkadziesiąt tysięcy.
Jednak zmiana klimatu i jej następstwa są jeszcze poważniejszym, dużo poważniejszym zagrożeniem – największym, z jakim się obecnie mierzymy. I dużo trudniejszym do rozwiązania problemem.
Walka ze smogiem nie wymaga odejścia od paliw kopalnych
Węgiel, ropę, gaz i biomasę można spalać tak, by nie powodować smogu. Da się to zrobić używając nowoczesnych urządzeń grzewczych i silników spalinowych, a także stosując różnego typu filtry, katalizatory i inne rozwiązania techniczne, tak jak to ma miejsce choćby w zawodowej energetyce. Czasem wystarczy po prostu zamiana innych paliw na gaz ziemny, który może być używany do ogrzewania naszych domów lub do produkcji energii elektrycznej (zamiast węgla i biomasy) albo w silnikach spalinowych (zamiast oleju napędowego).
Praw chemii nie da się jednak oszukać. W skład paliw kopalnych i biomasy wchodzi przecież węgiel (tu w znaczeniu: szósty pierwiastek układu okresowego). I dlatego przy ich spalaniu zawsze powstaje dwutlenek węgla. Jeśli spalanie jest całkowite, każdy atom węgla łączy się z dwoma atomami tlenu. Z każdego kilograma pierwiastkowego węgla zawartego w spalanej substancji powstaje wtedy ok. 3.66 kg CO2. Jeśli spalanie nie jest całkowite, to powstanie troszkę mniej CO2, ale „za to” część pierwiastkowego węgla zawartego w paliwie wejdzie w skład tlenku węgla (CO), lotnych związków organicznych czy też sadzy zawierającej WWA – ważnych składników smogu.
Emisji CO2, związanej ze spalaniem węgla, gazu, ropy naftowej lub biomasy, nie da się więc zmniejszać tak jak da się obniżać (w idealnym przypadku do zera) emisję pyłu, LZO, tlenków siarki czy azotu. To nie jest kwestia jakości paliwa, techniki spalania czy oczyszczania spalin, tylko praw przyrody.
Także dlatego z punktu widzenia ochrony klimatu zamiana innych paliw kopalnych na gaz ziemny nie jest akceptowalnym rozwiązaniem. Ale jest jeszcze inny powód dla którego ten nośnik energii jest bardzo szkodliwy dla klimatu.
Gaz ziemny wcale nie jest dla klimatu mniejszym złem niż węgiel
Choć emisje CO2 na jednostkę energii uzyskaną ze spalania gazu są mniejsze niż w przypadku węgla lub ropy naftowej (ale wciąż duże), to nie wolno nam też zapominać o jednym „drobnym” szczególe: o wyciekach gazu ziemnego podczas jego wydobycia, transportu i składowania. A gaz ziemny składa się głównie z metanu – najważniejszego po CO2 gazu cieplarnianego.
Dlatego wpływ gazu ziemnego na klimat może być równie duży jak wpływ węgla, przynajmniej w krótkiej perspektywie czasowej, do 20-30 lat od emisji. (Z czasem obecny w atmosferze metan utlenia się do dwutlenku węgla, więc jego wpływ na klimat maleje.)
Przejście na gaz w ogrzewaniu naszych domów, zawodowym ciepłownictwie i energetyce lub w transporcie to bardzo kusząca opcja: szybki, prosty i w miarę tani sposób na bardzo znaczną redukcję, a nawet eliminację smogu plus (fałszywe) poczucie że robi się też sporo dla klimatu. Tej drogi powinniśmy się jednak wystrzegać jak ognia, bo podobnie jak spalanie węgla i ropy prowadzi nas do piekła „Cieplarnianej Ziemi”.
I właśnie dlatego napis „jestem ekologiczny” na miejskich autobusach napędzanych sprężonym gazem ziemnym (CNG) to co najwyżej półprawda, a na pewno greenwashing – „ekościema”.
Widać, że aby oczyścić powietrze ze smogu, nie trzeba rezygnować ze spalania paliw kopalnych i biomasy – wystarczy spalać je „czysto”. Stąd płynie bardzo duże zagrożenie polegające na tym, że walcząc ze smogiem będziemy robić to w sposób szkodliwy dla klimatu. Bo jak wiemy, aby spowolnić zmianę klimatu, aby uchronić się przed katastrofą klimatyczną, potrzebne są dużo bardziej radykalne kroki – musimy w ogóle przestać korzystać z paliw kopalnych i biomasy jako źródła energii.
Albo robić to tak, by nie emitować powstającego przy ich spalaniu dwutlenku węgla do atmosfery (sekwestracja dwutlenku węgla, ang. carbon capture and storage, CCS; w przypadku biomasy: BECCS). Co jest trudne technicznie i kosztowne, i poza pilotażowymi instalacjami nie jest obecnie stosowane. Wszystko wskazuje na to że „prawa” ekonomii i czysto finansowy zysk wciąż okazują się być ważniejsze niż prawa fizyki i nasze istnienie.
Łatwiej oczyścić powietrze ze smogu niż z gazów cieplarnianych
Poza tym, jeśli tylko przestaniemy emitować „składniki smogu”, takie jak pył, tlenki azotu czy siarki, to powietrze oczyści się z nich samo, bez naszej ingerencji. W dodatku stanie się to szybko – w skali dni, najdalej miesięcy. Także ozon jest nietrwałym zanieczyszczeniem.
Z dwutlenkiem węgla już tak prosto nie jest – wyemitowany do atmosfery trafia do tzw. szybkiego cyklu węglowego i krąży między atmosferą, biosferą, i oceanami, wpływając na klimat naszej planety przez tysiące lat – dopóki nie zostanie trwale usunięty w wolnym cyklu węglowym.
By przywróć atmosferę do stanu pierwotnego (czyli tego sprzed rewolucji przemysłowej) trzeba więc aktywnie usuwać CO2 bezpośrednio z powietrza (ang. direct air capture, albo jak kto woli tzw. „ujemne emisje”). Co, podobnie jak sekwestracja dwutlenku węgla, jest i kosztowne, i trudne technicznie. Ale jest też niestety niezbędne, jeśli mamy mieć jakiekolwiek szanse na uchronienie się przed katastrofą klimatyczną.
Z kolei średni czas życia cząsteczki metanu w powietrzu to ok. 10 lat – znacznie krócej niż w przypadku dwutlenku węgla, ale znacznie dłużej niż w przypadku „składników smogu”.
Teraz już chyba dobrze widać, dlaczego zmiana klimatu jest dla nas dużo większym wyzwaniem niż smog. A także dlaczego działania antysmogowe nie zawsze pomagają klimatowi. I dlaczego Ci politycy, którzy są tego wszystkiego świadomi, na pytanie o to co robią by powstrzymać zmianę klimatu często odpowiadają, że walczą ze smogiem.
Przypisy
[1] Po angielsku jest łatwiej: z jednej strony mamy particles – cząstki, np. pyłu, albo nanocząstki jakiegoś metalu w roztworze, z drugiej molecules, czyli cząsteczki (molekuły) związków chemicznych.
[2] Osobom które chciałyby poszerzyć swoją wiedzę w tym fascynującym temacie bardzo polecam monografię „Pyły drobne w atmosferze. Kompendium wiedzy o zanieczyszczeniu powietrza pyłem zawieszonym w Polsce. Praca zbiorowa pod redakcją naukową Katarzyny Judy-Rezler” wydaną przez Główny Inspektorat Ochrony Środowiska.
[3] Więcej informacji na ten temat znajdą Państwo w książce „Nauka o Klimacie”
[4] „Miejska czapa CO2”
Naukowcy ostrzegają: rosnące stężenia CO2 w ziemskiej atmosferze zaczynają bezpośrednio wpływać na nasze zdrowie i samopoczucie – w szczególności na sprawność intelektualną, koncentrację i uwagę. Takie efekty można zaobserwować w pełnych ludzi, dusznych, niewietrzonych pomieszczeniach już przy stężeniach CO2 wynoszących ok. 600 ppm (części lub cząsteczek na milion).
Tu jednak mówimy o powietrzu na zewnątrz budynków, dla którego tzw. stężenie tła dwutlenku węgla już obecnie sięga 415 ppm i stale rośnie (z dokładnością do małych sezonowych wahań związanych z okresem wegetacyjnym na półkuli północnej). Jeśli nie ograniczymy emisji CO2, to już prędzej czy później stężenie tego gazu w atmosferze w dowolnym miejscu planety przekroczy 600 ppm. Nawet przy niższych stężeniach CO2 w powietrzu zewnętrznym coraz trudniej będzie nam wietrzyć budynki by utrzymać w nich wystarczająco dobrą jakość powietrza.
Co gorsza, stężenie tła dwutlenku węgla mierzymy z dala od źródeł jego emisji, na przykład na środku Oceanu Spokojnego (Mauna Loa). W miastach, gdzie mamy dużo różnych źródeł CO2 – silniki spalinowe i domowe lub przemysłowe paleniska – stężenia tego gazu w niektórych miejscach i porach doby już dziś przekraczają 600 ppm. To zjawisko tzw. „miejskiej czapy CO2” (ang. CO2 urban dome). Listę badań naukowych na ten temat (siłą rzeczy niekompletną) znajdą Państwo tutaj.
Na razie mówiąc o smogu nie wspominamy zwykle o dwutlenku węgla, ale widać że chyba już najwyższy czas zacząć to robić.
[5] Czy łagodniejsze zimy to mniejszy smog?
Paradoksalnie, w Polsce to zmiana klimatu najprawdopodobniej spowodowała, że zimowy smog jest nieco mniej dokuczliwy.
Poza Krakowem brak jest naprawdę skutecznych działań antysmogowych, i dlatego mówimy często że jakością powietrza w Polsce od lat rządzi prawie wyłącznie pogoda. A skoro z roku na rok jakość powietrza jest w Polsce ciut lepsza, to najwyraźniej jest to właśnie zasługa pogody, a szerzej: gwałtownie zmieniającego się klimatu.
Przy wyższych temperaturach powietrza w sezonie grzewczym potrzebujemy spalić mniej węgla lub drewna. A to oznacza mniejsze emisje szkodliwych dla zdrowia substancji. Jednak to jak wysokie są stężenia zanieczyszczeń w powietrzu zależy nie tylko od wielkości emisji, ale też w dużej mierze od wiatru, czyli od tego czy zanieczyszczenia są rozpraszane, rozcieńczane.
Wydaje się, że w ostatnich latach zimy są w Polsce bardziej wietrzne, co obok wyższych temperatur dodatkowo poprawia jakość powietrza. Jednak poza codzienną obserwacją, chwilowo nie mam żadnych twardych danych meteorologicznych na poparcie takiej tezy.
Oczywiście, nie ma się co przesadnie cieszyć z tego że zmiana klimatu (chwilowo, trochę…) osłabiła nam smog. Po pierwsze, i tak powietrze w dalszym ciągu jest bardzo zanieczyszczone, a w wielu miejscach (choćby w Nowym Targu czy Rybniku) zimowy smog wciąż bywa ekstremalny. Po drugie, byłaby to radość gotowanej powoli żaby, która cieszy się że woda wokół niej z bardzo zimnej zrobiła się nieco cieplejsza.
[6] Zmiana klimatu, pożary lasów i jakość powietrza
O ile na skutek zmian klimatycznych zimowy smog wydaje się trochę słabnąć (przypis [5]), to w lecie sytuacja może wyglądać zgoła inaczej. Choćby dlatego że na skutek zmiany klimatu w przyszłości możemy spodziewać się wyższych stężeń troposferycznego ozonu.
Ale także dlatego, że konsekwencją zmian klimatycznych są między innymi częstsze i potężniejsze pożary lasów, a te bardzo pogarszają jakość powietrza. Dobrze było widać to ostatnio w Australii, a nieco wcześniej w Brazylii w związku z pożarami lasów Amazonii, w Afryce oraz na dalekiej Północy. Wpływ pożarów lasów na jakość powietrza to zresztą dobrze znany problem. Okresowe wypalanie lasów w Malezji i Indonezji od lat powodują smog w Singapurze. Dekadę temu potężne pożary lasów i torfowisk spowiły gęstym dymem Moskwę.
Pożary lasów są oczywiście nie tylko źródłem „składników smogu” – głównie pyłu zawieszonego, czy prościej: dymu, ale i gazów cieplarnianych – przede wszystkim dwutlenku węgla. Stanowią więc jedno z tzw. dodatnich sprzężeń zwrotnych przyspieszających i wzmacniających zmianę klimatu.
Zdjęcie: Siyapath/Shutterstock
