Strony

niedziela, 1 kwietnia 2018

Malawa albo w poszukiwaniu straconego węgla

Wielkanoc przywitała nas kolejnym nawrotem zimy stąd szybki bilans zapasów węgla w piwnicy i szybka decyzja, czas uzupełnić zapasy pytanie tylko skąd?

Analiza internetowych zasobów klik> wykazała, że najbliższą dostępną lokalizacją jest stanowisko dokumentacyjne "Węgiel w Malawie" nieopodal Birczy przy drodze na Dynów.
Z uwagi na prawną ochronę i miąższość pokładu :-) surowca energetycznego tu oczywiście nie pozyskamy możemy za to znów zachwycić się różnorodnością Pogórza i podumać nad historią węgla w przyrodzie.
Zgodnie z aktem powołującym klik> "przedmiotem ochrony są piaskowce kliwskie o różnym stopniu scementowania z wkładkami czarnego, miękkiego węgla, rozpadającego się w sposób łupliwy.  Wymiar stanowiska: długość: 35 m, wysokość: 2 m". 
Oligoceńskie piaskowce kliwskie (pochodzenia nazwy nie udało mi się ustalić być może od góry Klewa nad Krościenkiem)  odznaczają się znaczną porowatością oraz wysoką przepuszczalnością dzięki czemu stanowią tzw. "skałę zbiornikową"  dla ropy naftowej klik>  i gazu ziemnego. 
Jak pisze Janusz Kotlarczyk nestor pogórzańskich geologów klik> złoża „węgla birczańskiego” były badane na początku XX-tego wieku przez szwajcarskich geologów. Wyjaśnili oni, że okolicy występują zarówno okruchy węgla karbońskiego pochodzenia egzotykowego (miejscami na tyle obficie, że były wydobywane niegdyś w Woli Korzenieckiej), jak też  „autochtoniczne” warstewki  węgla brunatnego powstałe w basenie fliszowym z przyniesionej materii roślinnej (jak te z Malawy, które do pozyskania się raczej nie nadają ;-).
Dlaczego węgiel kamienny tworzył się w karbonie, brunatny w trzeciorzędzie, a dziś  węgiel w postaci torfu odkłada się tylko na torfowiskach takich jak Broduszurki klik>? Klasyczna teoria mówi, że do powstawania złóż węgla potrzebna jest obfita produkcja roślinna połączona z depozycją szczątków w warunkach beztlenowych, czyli pod wodą, gdzie stają się niedostępne dla destruentów. Kilka lat temu pojawiła się konkurencyjna teoria, że owszem bagna i moczary mają swoje znaczenie, ale to grzyby zjadły nam węgiel klik>. To znaczy zakończyły okres karboński ucząc się rozkładać także trudniejszą do strawienia ligninę (25-30% drewna), czyli powodując białą zgniliznę drewna. Ich przodkowie umieli rozkładać tylko celulozę (45-55% drewna) i hemicelulozy (10-20%)  powodując tzw. zgniliznę brunatną, po której zostawało sporo do mineralizacji. 
Zmiany zawartości CO2 w fanerozoiku wg  Dany Royer
Dziś nie ma raczej powszechnej zgody czy to faktycznie wynalezienie peroksydazy ligninowej załatwiło nam szansę na odtworzenie światowych zasobów węgla kamiennego. Wiele jednak wskazuje na to, że od syluru (5000 ppm), do okresu karbońskiego ilość dwutlenku węgla szybko znikała z atmosfery pogrążając się w litosferze. Od karbonu ilość CO2 znów zaczęła rosnąć, potem pod koniec paleogenu spadło do 280 ppm,  a dziś martwimy się bo stężenie przekroczyło 400 ppm. Tutaj zastrzegam, że nie będę podejmował dyskusji na temat czy antropogeniczne ocieplenie klimatu jest faktem czy nie (zainteresowanych odsyłam na szerokie fora ku temu przeznaczone klik>). 
Soplówka bukowa umie rozkładać ligninę czy takie grzybki jak ona skradły nam węgiel?

Osobiście myślę, że dużo w tym wszystkim jeszcze niepewności i czas przynosi wciąż wiele nowych danych. Pamiętam jak w 2004 roku przygotowałem się do egzaminu z ekologii ogólnej (w ramach doktoratu).  Egzaminator wskazał mi wówczas jako jedno ze źródeł nowoczesny na owe czasy podręcznik "Ekologia" - Charlesa Krebsa. Musiałem między innymi wkuć bilans węgla i do dziś pamiętam, że w globalnym bilansie znikało gdzieś 2 petagramów  (gigaton = 10^9 ton) węgla rocznie. Sugerowano wówczas, że może to wynikać ze zwiększonego pochłaniania przez roślinność (ale tylko sugerowano, bo na ówczesnym schemacie wyłapywanie CO2 w fotosyntezie było równe sumie respiracji + dekompozycji związków węgla z gleby).  W efekcie w atmosferze miało przybywać około 2,9 petagramów węgla rocznie. Dziś globalny bilans węgla wygląda tak - 
Uproszczony schemat globalnego cyklu węgla wg  IPCC
Bez wnikania w szczegóły - odnaleziono brakujący węgiel  - w akumulacji przez rośliny (przewaga fotosyntezy nad respiracją i dekompozycją i to znaczna bo aż 4,3 petagramy węgla na rok) a w atmosferze ma i tak przybywać aż 4,0 PgC/rok. Czyli jak widać dwadzieścia lat różnicy i niby zamknęliśmy bilans globalny (brakujące bagatela dwie gigatony udało się znaleźć), ale wątpię czy już faktycznie wiemy jak ten węgiel krąży w skali globu. Ten nowy cykl węglowy wskazał na jedno, nie doceniliśmy tego, że przy wzrastającej zawartości CO2, wydłużającym się okresie wegetacji, rosnącej temperaturze i wystarczającej ilości wody, fotosynteza ruszy z kopyta (pytanie tylko na jak długo tej pary, konkretnie wodnej starczy). Według   badań prowadzonych w europejskich buczynach i świerczynach, lasy przyrastają dzisiaj o 10-30% szybciej niż pół wieku wcześniej klik>.
Bilans węgla dla lasów europejskich w okresie 1990-2005 źródło: Nature
Na pomyśle oczyszczania atmosfery za pomocą fotosyntezy bazuje tzw. LULUCF czyli regulacja  globalnego bilansu   węgla   poprzez sektor   użytkowania   i   zmian   użytkowania   gruntów   oraz  leśnictwa. Publikowane  są bardzo interesujące  analizy i modele "wyzerowania" bilansu CO2 za pomocą leśnictwa w skali całego państwa takiego jak Szwecja klik> .  
Jak to działa? Lasy w bilansie węglowym spełniają w skrócie trzy funkcje:
-sekwestracji (dzięki fotosyntezie wyłapują CO2 z powietrza),
-akumulacji (dopóki rosną stanowią zbiornik węgla związanego w drewnie, korzeniach, listowiu, ściółce, glebie, a po ścięciu materiał może być np. zdeponowany w budynkach drewnianych),
-substytucji (drewno po ścięciu zastępuje w różnych dziedzinach węglowodory kopalne i cementowe materiały budowlane, których produkcja jest również źródłem CO2).
Młody drzewostan bukowy - duża sekwestracja (przewaga procesów wiązania CO2 nad dysymilacją)
Akumulacja (ilość węgla zgromadzonego w drewnie, ściole, glebie ) średnia, ale szybko rośnie.)
W Polsce CO2 mają wyłapywać tzw.  Leśne Gospodarstwa Węglowe klik>. Teoretycznie potencjał w postaci prawie trzydziestoprocentowej lesistości jest.  Bieżący roczny przyrost miąższości w ostatnim pięcioleciu też niemały, bo prawie 10 m3/ha/rok, co oznacza, że przeciętny hektar lasu pochłania rocznie około 10 ton CO2 (jest to uproszczenie, gdyż różne gatunki mają różne przeliczniki objętości masy drewna na dwutlenek węgla zużyty do jego "produkcji"). W skali wszystkich lasów w Polsce (9,2 mln ha) daje to potężną liczbę 92 mln ton pochłoniętego CO2 rocznie. Należy jednak przypomnieć, że co roku emitujemy średnio około 400 mln ton tego związku, czyli nasze całe lasy mogą pochłonąć jakieś 25% naszej emisji. Oczywiście na pochłanianiu (sekwestracji) rzecz się nie kończy. Jeśli pozwolimy lasom rosnąć i nie będziemy ich ścinać po długim czasie będą tyle pochłaniać, co produkować (starodrzewia mają zrównoważony bilans asymilacji i dysymilacji węgla). 
Starodrzew bukowy  - sekwestracja zwykle nieznaczna (równowaga procesów wiązania CO2 i dysymilacji)
Akumulacja (ilość węgla zgromadzonego w drewnie, ściole, martwym drewnie, glebie) bardzo duża 
Jeśli las zetniemy to uzyskany surowiec możemy przeznaczyć na substytucję (czyli palimy drewnem zamiast węglem i oszczędzamy surowce niedonawialne) lub zdeponować np. w nieczynnej kopalni (kuriozalne dość prawda?). Z tym, że wycięty drzewostan to wypuszczenie do atmosfery niebagatelnych ilości węgla zgromadzonych w glebie i ściółce. 
Uprawa bukowo-jodłowa  - sekwestracji nie ma a nawet gorzej dysymilacja przeważa nad procesami wiązania CO2
Akumulacja (ilość węgla zgromadzonego w drewnie, ściole, glebie) nieznaczna, ale rośnie
Wszystko to jest dość skomplikowane i wymaga  dynamicznego bilansu przepływu w czasie między poszczególnymi zbiornikami i źródłami CO2. Ocena ta jest z pewnością trudna i wymaga uwzględnienia wielu czynników, aby realnie ocenić czy w skali kraju  nasze działanie przynoszą jakiś zysk czy tylko efekt pozorny klik>. Na dzień dzisiejszy ze względu na niewielki obszar (kilkadziesiąt tysięcy ha), słabe doprecyzowanie realnych działań, brak symulacji modelowych (np. określenie optymalnej dla sekwestracji struktury wiekowej) w skali całego kraju  LGW wydają się mieć efekt głównie medialny. Bardziej przyszłościowe i pożyteczne wydaje się przerabianie dwutlenku węgla na alkohol etylowy za pomocą nanotechnologii klik>

8 komentarzy:

  1. ;)
    Ja i tak jestem zwolennikiem emisji tlenku węgla IV w celu powstrzymania kolejnej epoki lodowcowej.

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Jak widzisz swoje dwie tony węgla czyli 7,33 CO2 dołożyłem tej zimy

      Usuń
  2. Ja paliłem głównie biomasę posiłkując się metanem z rurociągu, zatem emisja prawie zrównoważona.

    OdpowiedzUsuń
  3. "Na pomyśle oczyszczania atmosfery za pomocą fotosyntezy bazuje tzw. LULUCF czyli regulacja globalnego bilansu węgla poprzez sektor użytkowania i zmian użytkowania gruntów oraz leśnictwa"

    Pomysł może jest i godny uwagi - jednakże ze względu na postępującą w skali globalnej deforestację, nie jest to chyba opcja rokująca pozytywnie na przyszłość? Bo lokalnie może i lasów gdzie nie gdzie przybywa - ale w skali globalnej (ocieplenie to fenomen globalny) lasów ubywa w zastraszającym tempie, szczególnie w tropikach (plantacje palmy olejowej) co oznacza, iż ów ubytek jest/bedzie kolejnym czynnikiem wpływającym na.... zwiększanie się poziomu CO2 w atmosferze , ze wszystkimi skutkami tego faktu.

    "Despite these challenges, the remaining forests on the Indonesian island of Borneo have acted as a net carbon sink over the past five decades, the lead author tells Carbon Brief. This means they have removed more CO2 from the atmosphere than they released through natural processes.
    The findings add “critical data to a broader picture” of how the world’s tropical forests help to tackle climate change by removing CO2 from the atmosphere, a co-author tells Carbon Brief."

    "However, much of Borneo’s lush forest has been lost in recent decades. Between 1973 and 2015, around 45% of Borneo’s forest was cut down, mostly for timber and to clear land for palm oil plantations.
    You can see the extent of this deforestation on a map of the island below. Dark green shows the location of remaining forest in 2010 and light green shows where forest has been cleared. Orange squares represent data collection sites in the study."

    https://www.carbonbrief.org/deforestation-and-drought-threaten-carbon-storage-in-borneos-rainforests

    P.S. Cieszę się, że znów Pan wędruje "Na Pogórzu"!

    Artur Ziaja

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Miło Pana gościć panie Arturze :-) Ma Pan rację, że w LULUCF trudno upatrywać jakąś poważna opcję w sensie redukcji CO2, w skali globalnej. W skali lokalnej i tak jest to bez znaczenia (bo CO2 granic nie uznaje). Za to pieniądze wbrew zapewnieniom mają narodowość i tak najbardziej o kapitał tu chodzi w tym wszystkim, a konkretnie o handel uprawnieniami do emisji gazów cieplarnianych. Ostatnio prawo do emisji tony CO2 chodzi po 11,25 euro.

      Usuń
    2. A moja firma na tym zarabia, bo mamy proces trzykrotnego wykorzystania energii,więc łapiemy się energię zieloną.

      Usuń
  4. Na powstawanie złóż węgla kamiennego ma wpływ wiele czynników. Zwiększenie potencjału destruentów (vide nowa mutacja u grzybów), modyfikuje składową utrudniająca proces uwęglania, ale niekoniecznie go niweczy. Złoża węgla kamiennego, powstawały także później po karbonie - np. w jurze czy w kredzie (dolnojurajskie węgle były nawet eksploatowane w Polsce).

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Oczywiście masz rację to było pewne uproszczenie.

      Usuń