Węgiel stały element biosfery Ziemi

Transkrypt

1 Senat RP Komisja Gospodarki Narodowej Gospodarka niskoemisyjna, węgiel kamienny realia polskie dr hab. Mirosław Nakonieczny Warszawa: 1 1

2 Węgiel: fakty 1. Ilość: we wszechświecie 4 miejsce (po H, He i O); w geosferze 15 miejsce (0,018%). 2. Izotopy: C12 trwały (98,9%); C13 trwały (1,1%); C14 nietrwały (0, %: okres półtrwania ~ 5730 lat); C11 nietrwały, sztuczny (okres półtrwania 20 s) i 14 innych izotopów od C8do C Formy węgla: diament; grafit; fuleren; grafen; lonsdaleit. Encyklopedia Multimedialna PWN;

3 Gigaton Z awartość węgla [%] Morza i oceany Lądy Atmosfera Gigaton Gigaton Lądy A tmos fera Konferencja Komisji Gospodarki Narodowej Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: procentowy udział węgla w poszczególnych sferach Ziemi Gigaton Gigaton Gigaton Gigaton Skorupa ziemska Morza i oceany Lądy Atmosfera Morza i oceany Lądy Atmosfera Lądy Atmosfera 1 Gigatona = 10 9 = 1 miliard ton Wg różnych źródeł: kompilacja M. Nakonieczny 3

4 Giga ton Z awartość węgla [%] Morza i oceany Lądy Atmosfera Gigat on Gig ato n Lądy A tmosfera Konferencja Komisji Gospodarki Narodowej Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: procentowy udział węgla w poszczególnych sferach Ziemi Gigaton Skorupa ziemska Morza i oceany Lądy Atmosfera Gigaton Morza i oceany Lądy Atmosfera Gigaton Gigaton Lądy Atmosfera Gigaton Gigaton Wg różnych źródeł: kompilacja M. Nakonieczny Oceany - głębie Oceany - powierzchnia 4 4

5 Giga ton Z awartość węgla [%] Morza i oceany Lądy Atmosfera Gigat on Gig ato n Lądy A tmosfera Konferencja Komisji Gospodarki Narodowej Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: procentowy udział węgla w poszczególnych sferach Ziemi Gigaton Gigaton Gigaton Skorupa ziemska Morza i oceany Lądy Atmosfera Gigaton Morza i oceany Lądy Atmosfera Gigaton Gigaton Lądy Atmosfera 1 Oceany - głębie Oceany - powierzchnia Gigaton Gigaton ,5 Gigatony Gigaton C nieorganiczny (węglany) C organiczny Osady Organizmy żywe Gigaton C organiczny Osady Organizmy żywe Osady 150 Gigaton Organizmy żywe Wg różnych źródeł: kompilacja M. Nakonieczny 5 5

6 Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: procentowy udział węgla w poszczególnych sferach Ziemi Gigaton Gigaton 1 Węglany Kerogen Paliwa kopalne Gigaton Skorupa ziemska Morza i oceany Lądy Atmosfera Gigaton Gigaton 1 Kerogen Paliwa kopalne Gigaton Gigaton 1 Organizmy żywe Materia martwa (gleba) Gigaton 230 Gigaton 3 500Gigaton 150 Gigaton Węgiel Ropa Gaz Pozostałe (torf) 1 gigatona C = 3,66 gigatony CO 2 czyli 4050 x 3,66 = ~15 000gigaton CO 2 Wg różnych źródeł: kompilacja M. Nakonieczny 6 6

7 Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: zmiany zawartości węgla w biosferze na przestrzeni historii Ziemi 7 7

8 Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: zmiany zawartości węgla w biosferze na przestrzeni historii Ziemi 8 8

9 Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: zmiany zawartości węgla w biosferze na przestrzeni historii Ziemi 9 9

10 Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: zmiany zawartości węgla w biosferze na przestrzeni historii Ziemi 2 ppm rocznie = ~4,25 Gt C 10 10

11 Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: zmiany zawartości węgla w biosferze na przestrzeni historii Ziemi Peters et al. 2011, Nature CC 11 11

12 Węgiel jako trwały element lito-, hydro- i biosfery Ziemi: zmiany zawartości węgla w biosferze na przestrzeni historii Ziemi 12 12

13 Krążenie węgla w biosferze: dynamiczne interakcje między węglem lito-, hydro- i atmosfery w różnych cyklach czasowych ATMOSFERA HYDROSFERA C BIOSFERA (PEDOSFERA) LITOSFERA (SKORUPA ZIEMSKA) DWA CYKLE WĘGLA geochemiczny (miliony lat) i organiczny (tysiące lat) 13

14 Krążenie węgla w biosferze: dynamiczne interakcje między węglem lito-, hydro- i atmosfery w różnych cyklach czasowych DWA CYKLE WĘGLA: Geochemiczny (miliony lat) Organiczny (tysiące lat) Wygenerowany przez rewolucję przemysłową (200 lat) 14 14

15 Krążenie węgla w biosferze: dynamiczne interakcje między węglem lito-, hydro- i atmosfery w różnych cyklach czasowych Popkiewicz,

16 Krążenie węgla w biosferze: dynamiczne interakcje między węglem lito-, hydro- i atmosfery w różnych cyklach czasowych spalanie [5,5-9,0] fotosynteza [122] C ORGANICZNY [ ] ATMOSFERA [ ] CO 2 [92] oddychanie [122] BIOSFERA [2000] CO 2, zw. organiczne [90] C NIEORGANICZNY wulkany [0,05] metamorfoza HYDROSFERA [38 500] CO 2, H 2 CO 3, HCO 3-, CO 3 2- osady [0,2] C ORGANICZNY [1150] PALIWA KOPALNE [4050] KEROGEN [ ] LITOSFERA rozpuszczanie [?] SKAŁY OSADOWE [ ] C NIEORGANICZNY [37 200] WĘGLANY [ ] SKORUPA ZIEMSKA [ ] Wg różnych źródeł: kompilacja M. Nakonieczny 16 16

17 Krążenie węgla w biosferze: Temperatura wody (cieczy) a ilość rozpuszczonego dwutlenku węgla (gazu) Dodatkowo ~ 4,75 Gt C w oceanach rocznie GLOPDAP CLIMATOLOGY 17 17

18 Krążenie węgla w biosferze: trwałe uwięzienie węgla w wiecznej zmarzlinie CO 2 Wzrost temperatury Rozmarzanie 3 m warstwa ziemi = 1600 Gt C Tarnocai i in

19 Antropogeniczne źródła węgla i ich wpływ na biosferę: udział Polski w emisji związków węgla na tle globalnym Całkowita emisja węgla (tony x ) Emisja węgla na głowę mieszkańca (tony C na mieszkańca y -1 ) Global Carbon Project 2011; Data: Boden, Marland, Andres-CDIAC 2011; Population World Bank

20 Antropogeniczne źródła węgla i ich wpływ na biosferę: udział Polski w emisji związków węgla na tle globalnym Human Development Report 2007/

21 Antropogeniczne źródła węgla i ich wpływ na biosferę: zmiany w kontekście rozwoju cywilizacyjnego ludzkości Carbon Emissions per year (C tons x 1,000,000) India Russian Fed. China USA Japan 2010 Growth Rates % 4.1% 9.4% 5.8% 6.8% Time (y) Global Carbon Project 2011; Peters et al. 2011, Nature CC; Data: Boden, Marland, Andres-CDIAC

22 Antropogeniczne źródła węgla: udział Polski w emisji związków węgla na tle globalnym Polska 22 22

23 Antropogeniczne źródła węgla: udział Polski w emisji związków węgla na tle globalnym Polska 1 Gigatona CO 2 Human Development Report 2007/

24 Antropogeniczne źródła węgla Human Development Report 2007/

25 Antropogeniczne źródła węgla: udział Polski w emisji związków węgla na tle globalnym Polska 25 25

26 Antropogeniczne źródła węgla i ich wpływ na biosferę: redystrybucja (PgC r -1 ) Zmiany CO 2 (PgC r -1 ) Żródła Wychwyt 7,9 ± 0,5 1,0 ± 0,7 2,5 ± 1,0 (Szczątki) 4,1 ± 0,2 2,3 ± 0,5 1 petagram = = 1 biliard Global Carbon Project 2011; Updated from Le Quéréet al. 2009, Nature G; Canadell et al. 2007, PNAS 26 26

27 9,1 ± 0,5 PgC r -1 Konferencja Komisji Gospodarki Narodowej Antropogeniczne źródła węgla i ich wpływ na biosferę 5,0 ± 0,2 PgC r -1 0,9 ± 0,7 PgC r ,6 ± 1,0 PgC r -1 26% Calculated as the residual of all other flux components Global Carbon Project 2011; Updated from Le Quéréet al. 2009, Nature G; Canadell et al. 2007, PNAS 24% 2,4 ± 0,5 PgC r -1 Średnia z 5 modeli 27 27

28 Związki węgla jako gazy cieplarniane 75% - para wodna; 2 - CO 2 ; 5% - pozostałe gazy (w tym metan)

29 Związki węgla jako gazy cieplarniane: hydraty metanu CO ºC Wielka niewiadoma United States Geological Survey 29 29

30 Ziemia jako dynamiczny układ homeostatyczny także w gospodarce węglem w skali globalnej: przypuszczalne granice utrzymania obecnej równowagi Popkiewicz,

31 Ziemia jako dynamiczny układ homeostatyczny także w gospodarce węglem w skali globalnej: problem sekwestracji CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 Paliwa kopalne Paliwa kopalne i CCS Energia wiatru, słońca, wód, geotermalna i nuklearna Bio-paliwa Bio-paliwa z CCS Global CCS Institute 31 31

32 Ziemia jako dynamiczny układ homeostatyczny także w gospodarce węglem w skali globalnej: Problem sekwestracji CO 2 CCS Carbon Capture & Storage Global CCS Institute 32 32

33 Ziemia jako dynamiczny układ homeostatyczny także w gospodarce węglem w skali globalnej: problem sekwestracji CO 2 Global CCS Institute 33 33

34 Ziemia jako dynamiczny układ homeostatyczny także w gospodarce węglem w skali globalnej: problem sekwestracji CO 2 Ning Zeng,

35 Ziemia jako dynamiczny układ homeostatyczny także w gospodarce węglem w skali globalnej: problem sekwestracji CO 2 Sekwestracja węgla Procesy chemiczne Procesy fizyczne Procesy biologiczne 1. Naturalne reakcje chemiczne tlenków Ca, Mg, Fe i krzemianów; 2. Wykorzystanie przemysłowe, np. nowe rodzaje cementu, nowe technologie produkcji celulozy; 3. Wiązanie z bazaltami abysalu; 4. Neutralizacja kwasowości oceanów. Wg różnych źródeł: kompilacja M. Nakonieczny 1. Bio-energia z CCS 2. Odkładanie biomasy; 3. Odkładanie węgla drzewnego; 4. Odkładanie w oceanach (zakazane); 5. Odkładanie w złożach geologicznych; 6. Naturalne reakcje chemiczne CCS Carbon Capture & Storage (Sekwestracja dwutlenku węgla) 1. Torfowiska i torf; 2. Zalesianie; 3. Rolnictwo; 4. Wykorzystanie oceanów: - użyźnianie oceanów Fe; - użyźnianie oceanów N; - mieszanie warstw wody oceanicznej

36 Ziemia jako dynamiczny układ homeostatyczny : przypuszczalne granice utrzymania obecnej równowagi SEKWENCJA PROWADZĄCA DO WIELKIEGO WYMIERANIA Popkiewicz, 2012 W wyniku działania dwutlenku węgla rośnie temperatura atmosfery, a w konsekwencji oceanów W ogrzanych oceanach następuje destabilizacja pokładów hydratów metanu Metan trafia do atmosfery, przemienia się w trwały dwutlenek węgla W wyniku działania dwutlenku węgla i metanu rośnie temperatura, spada natlenienie wód oceanów Powstają korzystne warunki dla przydennych bakterii beztlenowych produkujących siarkowodór Chemoklina przesuwa się w górę aż do powierzchni oceanu Powstają warunki dla rozwoju fotosyntetyzujących bakterii siarkowych W oceanach brakuje tlenu, w wodzie rośnie ilość siarkowodoru Giną organizmy morskie Siarkowodór trafia do atmosfery, znika powłoka ozonowa Giną rośliny i zwierzęta lądowe 36 36

37 Dziękuję za uwagę 37 37