Rasprava o klimatskim promenama poslednjih godina sve manje liči na naučnu, a sve više na političku diskusiju. Na jednoj strani klimatske promene predstavljaju se gotovo isključivo kao posledica ljudske aktivnosti, često uz pojednostavljivanje veoma složenog klimatskog sistema. Na drugoj se činjenica da se klima menjala i pre industrijske revolucije koristi kao argument da današnje emisije ugljen-dioksida nisu posebno značajne.

Oba pristupa propuštaju suštinu.

Klima Zemlje jeste rezultat ogromnog broja međusobno povezanih procesa: Sunčevog zračenja, orbitalnih parametara Zemlje, cirkulacije okeana i atmosfere, vulkanskih aktivnosti, sastava atmosfere, ledenog i snežnog pokrivača, vegetacije i niza povratnih sprega. Čovek nije stvorio klimatski sistem, niti njegove prirodne oscilacije. Međutim, industrijska civilizacija je u relativno kratkom vremenu promenila jedan od njegovih važnih parametara – hemijski sastav atmosfere.

I upravo tu počinje problem.

Sunce jeste izvor energije, ali to nije dovoljno objašnjenje za promene temperature

Gotovo sva energija koja pokreće klimatski sistem Zemlje u krajnjoj liniji dolazi od Sunca. Zbog toga je razumljivo što se u raspravama o globalnom zagrevanju često postavlja pitanje: Koliko su za promene temperature odgovorne promene aktivnosti na Suncu i položaja Zemlje u odnosu na Sunce?

Odgovor zahteva razlikovanje nekoliko potpuno različitih pojava.

Deklinacija Sunca, odnosno prividno sezonsko pomeranje položaja Sunca u odnosu na Zemljin ekvator, posledica je nagiba Zemljine ose i određuje smenu godišnjih doba. Tokom godine ona se kreće približno od −23,5° do +23,5°, jer je Zemljina osa trenutno nagnuta oko 23,44° u odnosu na ravan njene orbite.

Ovim pitanjem sam se poslednjih meseci bavio i iz sasvim praktičnog razloga. Trenutno projektujem solarnu elektranu za sopstvene potrebe na porodičnoj vikendici u Maloj Moštanici. Očekujem da je pustim u rad najkasnije krajem ovog meseca (septembar). Kada projektujete fotonaponski sistem, položaj Sunca prestaje da bude samo podatak iz astronomije – postaje jedan od parametara od kojih neposredno zavise ugao postavljanja panela, osunčanost, očekivana proizvodnja i njene sezonske oscilacije. Upravo kroz te proračune ponovo sam se detaljnije vratio pitanju Sunčeve deklinacije i promena položaja Sunca tokom godine.

Ali postoji još jedna, mnogo duža vremenska skala. Nagib Zemljine ose nije apsolutno konstantan. U okviru Milankovićevih ciklusa menja se približno između 21,2° i 24,5°, u ciklusu od oko 41.000 godina. Kada je nagib manji, sezonske razlike su blaže, dok veći nagib donosi izraženije razlike između leta i zime. Uz promenu nagiba postoje i promene ekscentriciteta Zemljine orbite i precesije. Zajedno, ovi procesi menjaju prostornu i sezonsku raspodelu Sunčevog zračenja i imali su važnu ulogu u smenjivanju glacijalnih i interglacijalnih perioda.

Klima nikada nije bila statična

Postoje i ciklusi same Sunčeve aktivnosti

Sve to potvrđuje jednu važnu činjenicu: klima nikada nije bila statična.

Međutim, činjenica da postoje prirodni klimatski ciklusi ne znači da oni mogu objasniti svaku klimatsku promenu. Promene nagiba Zemljine ose odvijaju se tokom desetina hiljada godina, dok se savremeno zagrevanje odvija u vremenskoj dinamici koja se ne može objasniti samo orbitalnim parametrima Zemlje ili promenama Sunčeve aktivnosti.

Drugim rečima, pitanje nije da li Sunce utiče na klimu – naravno da utiče. Bez Sunca praktično ne bi ni postojao klimatski sistem kakav poznajemo. Pravo pitanje je da li promene Sunčevog zračenja i orbitalnih parametara mogu objasniti dominantan deo zagrevanja zabeleženog od industrijske revolucije do danas.

Raspoloživi podaci ukazuju da ne mogu.

To je ujedno dobar primer zašto klimatskim promenama treba pristupati inženjerski: priznati značaj prirodnih ciklusa ne znači negirati ljudski uticaj, kao što ni priznati ljudski uticaj ne znači zanemariti Sunce i prirodnu dinamiku planete.

Atmosfera kao energetski bilans

Sa inženjerskog stanovišta, klimatski problem može se posmatrati i kao problem energetskog bilansa.

Zemlja prima kratkotalasno Sunčevo zračenje, deo reflektuje nazad u svemir, a deo apsorbuje. Zagrejana površina potom emituje energiju u obliku dugotalasnog infracrvenog zračenja.

Da atmosfera nema gasove koji apsorbuju deo tog zračenja, prosečna temperatura Zemlje bila bi znatno niža.

Efekat staklene bašte, dakle, nije nekakva ekološka teorija. To je fizički proces bez kojeg bi uslovi za život na Zemlji bili potpuno drugačiji.

Problem nastaje kada se koncentracija gasova koji apsorbuju infracrveno zračenje promeni.

Ugljen-dioksid, metan, azot-suboksid, vodena para i drugi gasovi imaju različite koncentracije, životni vek i sposobnost apsorpcije zračenja. Povećavanje njihove koncentracije menja radijacioni bilans planete.

U tome se nalazi fizička osnova antropogenog globalnog zagrevanja.

Čovek nije izmislio efekat staklene bašte. Ali je sagorevanjem ogromnih količina fosilnih goriva promenio koncentraciju pojedinih gasova koji u tom efektu učestvuju.

Ugalj, nafta i gas – energetski temelj industrijske civilizacije

Industrijska revolucija praktično je nezamisliva bez uglja.

Kasnije su nafta i prirodni gas omogućili razvoj transporta, petrohemijske industrije, masovne proizvodnje, savremenih gradova i globalne trgovine. Fosilna goriva obezbedila su čovečanstvu koncentrisane, relativno lako dostupne i decenijama jeftine izvore energije.

Zahvaljujući njima stvoren je veliki deo današnjeg životnog standarda.

Ali postoji i druga strana tog procesa.

Ugalj, nafta i prirodni gas predstavljaju ugljenik koji je milionima godina bio izdvojen iz aktivnog atmosferskog ciklusa. Njihovim sagorevanjem taj ugljenik se u veoma kratkom geološkom periodu vraća u atmosferu, prvenstveno u obliku CO₂.

Ugalj je pritom najintenzivniji veliki fosilni energent, kada se posmatra emisija ugljen-dioksida po jedinici proizvedene energije. Nafta dominira transportom, dok prirodni gas pri sagorevanju emituje manje CO₂ od uglja, ali pitanje emisija metana tokom proizvodnje i transporta dodatno komplikuje njegov ukupni klimatski bilans.

To ne znači da je moguće jednostavno zatvoriti termoelektrane, rafinerije i gasovode i očekivati da energetski sistem nastavi normalno da funkcioniše.

Energetika tako ne radi.

Saobraćaj – cena globalne mobilnosti

Drugi veliki simbol industrijske civilizacije jeste mobilnost.

Automobili, kamioni, brodovi i avioni omogućili su nivo kretanja ljudi i robe koji pre samo jednog veka nije mogao da se zamisli. Ali je saobraćaj istovremeno postao značajan izvor emisija.

Kod drumskog saobraćaja problem nije samo CO₂.

Motori sa unutrašnjim sagorevanjem, zavisno od tehnologije i goriva, emituju okside azota, ugljen-monoksid, nesagorele ugljovodonike i čestice. Savremeni sistemi katalitičke obrade izduvnih gasova i filteri drastično su smanjili mnoge lokalne emisije kod novih vozila, ali nisu uklonili emisiju CO₂ koja je neposredna posledica sagorevanja goriva koje sadrži ugljenik.

Elektrifikacija saobraćaja zato može smanjiti emisije, ali odgovor na pitanje koliko zavisi od izvora električne energije.

Električni automobil koji se puni iz sistema sa velikim udelom hidroenergije, nuklearne energije ili obnovljivih izvora ima drugačiji ukupni bilans od vozila koje se puni električnom energijom proizvedenom pretežno iz uglja.

Emisija, dakle, ne mora nestati promenom pogona. Može samo biti premeštena iz auspuha automobila u elektroenergetski sistem.

Zato ozbiljna energetska analiza mora da posmatra ceo lanac – od proizvodnje energije do krajnje potrošnje.

Ozon – isti molekul, dve potpuno različite uloge

Posebnu konfuziju u javnosti stvara ozon.

Ozon u stratosferi ima izuzetno važnu zaštitnu funkciju, jer apsorbuje veliki deo štetnog ultraljubičastog Sunčevog zračenja. Oštećenje ozonskog omotača zbog hlorofluorougljenika predstavljalo je jedan od velikih ekoloških problema kraja 20. veka.

Ali, ozon u nižim slojevima atmosfere ima sasvim drugačiju ulogu.

Troposferski ozon je zagađivač koji nastaje kroz fotohemijske reakcije, u kojima učestvuju oksidi azota, isparljiva organska jedinjenja i Sunčevo zračenje. Štetan je za zdravlje ljudi, vegetaciju i ekosisteme, a istovremeno doprinosi efektu staklene bašte.

Zato nije dovoljno govoriti jednostavno o ozonu. Njegovo dejstvo zavisi od toga gde se u atmosferi nalazi.

Gradovi stvaraju sopstvenu mikroklimu

Urbanizacija dodatno komplikuje sliku.

Beton, asfalt, smanjene zelene površine, klimatizacija, industrija i saobraćaj menjaju lokalni energetski bilans. Veliki gradovi često imaju izražen efekat urbanog toplotnog ostrva i mogu biti značajno topliji od okolnog ruralnog područja, naročito tokom noći.

To, međutim, ne znači da je globalno zagrevanje samo posledica urbanizacije ili načina na koji su postavljene meteorološke stanice.

Globalna merenja obuhvataju kopno, okeane, satelitska posmatranja i druge nezavisne izvore podataka. Lokalni urbani efekat jeste stvaran i mora biti uzet u obzir, ali ne može sam objasniti globalni trend.

Problem brzine promene

U raspravama o klimatskim promenama često se čuje potpuno tačna rečenica: klima se oduvek menjala.

Jeste.

Ali mnogo važnije pitanje glasi: kojom brzinom?

Prirodni sistemi, infrastruktura, poljoprivreda i ljudska naselja imaju određenu sposobnost prilagođavanja promenama. Što se promena odvija brže, vreme raspoloživo za prilagođavanje je kraće, a ekonomska i društvena cena veća.

Porast prosečne globalne temperature ne znači jednostavno da će svaki dan na svakom mestu biti topliji.

Promena energetskog stanja klimatskog sistema utiče na cirkulaciju atmosfere i okeana, količinu vodene pare, snežni pokrivač, led, režim padavina i verovatnoću pojedinih ekstremnih događaja.

Za energetiku je to posebno važno.

Suša smanjuje hidrološke dotoke i proizvodnju hidroelektrana. Visoke temperature povećavaju letnju potrošnju električne energije zbog klimatizacije. Istovremeno mogu smanjiti efikasnost termoelektrana i otežati njihovo hlađenje. Ekstremne temperature opterećuju elektroenergetsku mrežu, dok oluje, požari i poplave povećavaju rizik za distributivnu i prenosnu infrastrukturu.

Klimatska promena zato odavno nije samo pitanje ekologije.

Ona postaje pitanje energetike, infrastrukture, poljoprivrede, vodoprivrede, osiguranja i nacionalne bezbednosti.

Ali ni odgovor ne može biti ideološki

Prihvatanje fizičke činjenice da antropogene emisije utiču na klimu ne znači automatsko prihvatanje svake politike koja se predstavlja kao zelena.

To su dve potpuno različite stvari.

Može istovremeno biti tačno da emisije CO₂ treba smanjivati i da je određena energetska politika tehnički loše projektovana.

Elektroenergetski sistem mora svakog trenutka da održava ravnotežu proizvodnje i potrošnje. Električna energija nije politička deklaracija. Mreži su potrebni proizvodnja, rezerva, regulacija, stabilnost frekvencije i napona, prenosni kapaciteti i mogućnost reagovanja kada proizvodnja iz promenljivih izvora naglo padne.

Solarne i vetroelektrane imaju važnu ulogu u budućem energetskom miksu, ali njihova instalirana snaga nije isto što i raspoloživa snaga u svakom trenutku.

Kada nema vetra, vetroelektrana ne proizvodi a ne zbog toga što je država donela klimatski zakon. Kada Sunce zađe, fotonaponski panel ne reaguje na odluku Evropske komisije.

To su zakoni fizike.

Zbog toga dekarbonizacija bez razvoja elektroenergetskih mreža, skladištenja energije, reverzibilnih hidroelektrana, fleksibilne proizvodnje, interkonekcija i drugih stabilnih izvora može povećati cenu energije i smanjiti sigurnost snabdevanja.

Evropa je poslednjih godina dobila vrlo skupu lekciju o tome koliko je energetika povezana sa geopolitikom.

Nuklearna energija vraća se u jednačinu

Upravo klimatski problem ponovo otvara pitanje nuklearne energije.

Ako je cilj proizvodnja velikih količina električne energije uz veoma niske direktne emisije CO₂, teško je voditi ozbiljnu tehničku raspravu a nuklearnu energiju unapred isključiti.

Nuklearne elektrane imaju druge probleme: veoma visoke početne investicije, dug period izgradnje, radioaktivni otpad, složenu regulativu i političko pitanje prihvatljivosti.

Ali imaju i jednu osobinu koju vetar i Sunce nemaju – mogu kontinuirano proizvoditi velike količine električne energije nezavisno od vremenskih prilika.

Zbog toga budući niskougljenični sistem verovatno neće imati jedno univerzalno tehnološko rešenje.

Biće kombinacija različitih izvora, prilagođena geografiji, resursima, mreži i ekonomskim mogućnostima svake države.

Srbija između uglja, vode i novih tehnologija

Za Srbiju je ovo posebno važno.

Naš elektroenergetski sistem decenijama je razvijan na dva velika oslonca – lignitu i hidroenergiji. Takva struktura imala je svoju logiku: domaći resurs uglja obezbeđivao je relativno stabilnu baznu proizvodnju, dok su hidroelektrane davale dragocenu fleksibilnost sistema.

Ali oba oslonca danas imaju ograničenja.

Postojeći termoenergetski blokovi stare, kvalitet lignita predstavlja dugoročni problem, a evropska klimatska politika i cena emisija CO₂ postepeno menjaju ekonomsku računicu proizvodnje električne energije iz uglja.

Sa druge strane, hidroenergija zavisi od hidrologije.

Ako klimatske promene povećaju učestalost dugih sušnih perioda, tada sistem koji se u procesu dekarbonizacije još snažnije oslanja na hidroelektrane dobija dodatni rizik.

Istovremeno Srbija ima značajan potencijal za solarne elektrane i vetroelektrane.

Ali, priključivanje nekoliko gigavata promenljive proizvodnje nije samo pitanje izgradnje elektrana. Potrebno je razvijati mrežu, regulacione kapacitete, skladištenje energije i regionalne interkonekcije.

U suprotnom možemo imati mnogo instaliranih megavata na papiru, a nedovoljno raspoloživih megavata onda kada su sistemu najpotrebniji.

Klimatska politika mora početi od fizike

Najveća greška koju možemo napraviti jeste da klimatske promene pretvorimo u pitanje političke pripadnosti.

Molekul ugljen-dioksida nema ideologiju.

Ni Sunce, ni vetar, ni hidrološki ciklus, ni električna mreža ne znaju za političke programe.

Postoje prirodni klimatski ciklusi i oni će postojati nezavisno od čoveka. Postoje promene Sunčeve aktivnosti, orbitalni ciklusi, vulkanske erupcije i velike oscilacije okeanskih sistema.

Ali postoji i ljudski faktor.

Od početka industrijske revolucije čovečanstvo je sagorelo ogromne količine uglja, nafte i gasa i promenilo sastav atmosfere. Očekivati da takva promena nema nikakvu posledicu po energetski bilans planete bilo bi jednako nenaučno kao tvrditi da je svaki požar, svaka poplava ili svaki toplotni talas neposredna posledica klimatskih promena.

Ozbiljna analiza mora izbeći obe krajnosti.

Klimatske promene jesu realan fizički proces, a antropogeni uticaj na savremeno zagrevanje jeste značajan i dominantan. Ali odgovor na taj problem ne može biti gašenje pouzdanih izvora energije pre nego što su izgrađene tehnički pouzdane zamene.

Energetska tranzicija zato mora biti tranzicija, a ne skok u nepoznato.

Cilj nije da biramo između klime i energetike.

Cilj je da smanjujemo emisije, a da istovremeno sačuvamo ono bez čega moderna država ne može da funkcioniše: sigurno, stabilno i ekonomski održivo snabdevanje energijom.

Jer na kraju, bez obzira na političke strategije, klimatske deklaracije i rokove koje sami sebi postavljamo, i atmosfera i elektroenergetski sistem odgovaraju samo na jedno – zakone fizike.

(Napomena: Miloš Zdravković je elektroinženjer sa više od 20 godina iskustva u projektovanju i izvođenju energetskih sistema i energetskoj efikasnosti.)