Změna klimatu je hnací silou transformace současné energetiky

Klima neboli podnebí je definované jako průměrný stav atmosféry v daném místě – projevuje se charakteristickým počasím v období mnoha let. Nejdůležitější charakteristikou klimatu je teplota. V průběhu geologické historie Země trvající více než 4,5 miliardy let se klima od dnešního lišilo – na kosmické poměry – pozoruhodně málo. Byla období teplejší než dnes, také dlouhé doby chladnější včetně téměř úplného zalednění planety, kdy život přežíval jen v omezených enklávách.

Klimatické změny byly způsobeny řadou vlivů nestejného významu. Extraterestrický původ mají změny energetického příkonu ze Slunce způsobené jeho malou změnou svítivosti a malými změnami parametrů oběžné dráhy Země. V uplynulé půlmiliardě let se uplatňují méně významně než vlivy terestrické, mezi něž patří především měnící se skleníkový efekt zemské atmosféry.

Kolísání teploty a oxid uhličitý

Stručně uvedu jeho podstatu. Z celkového množství sluneční energie dopadající na naši planetu největší část pohlcuje povrch Země, který se tím ohřívá. Stejného množství energie se musí nějakým způsobem zbavit, jinak by se ohříval stále více, což se neděje. Největší část energie se vyzáří zpět ve formě dlouhovlnného infračerveného (tepelného) záření, které je však do velké míry absorbováno malou příměsí skleníkových plynů v atmosféře a následně vyzařováno všemi směry.

Představme si, že by skleníkové plyny byly soustředěny do vrstvy někde ve výšce nad zemským povrchem podobné sklu skleníku. Potom polovina energie jimi vyzařovaná směřuje nahoru do kosmického prostoru a polovina dolů k zemskému povrchu. Je zřejmé, že při zemi, pod „sklem skleníku“, se bude udržovat vyšší teplota.

Nejúčinnějším činitelem skleníkového jevu je vodní pára, která je zodpovědná za tento efekt téměř ze dvou třetin, následuje oxid uhličitý (CO₂) 25 procent; dalšími důležitými plyny jsou ozon (O₃), oxid dusný (N₂O), metan (CH₄) a v menší míře i další složky. Fungování zemského ovzduší jako skleníku má na zemské klima zásadní vliv. Díky němu je průměrná teplota zemského povrchu v současnosti okolo 16 stupňů Celsia, což je o 34 stupňů více, než by povrch planety měl bez tohoto jevu.

Kolísání teploty v průběhu geologické minulosti koreluje s obsahem „hlavního zástupce“ skleníkových plynů oxidu uhličitého, jehož obsah v ovzduší je známý za dlouhou dobu milionů let. V dávné minulosti byl proměnlivý, mnohdy podstatně vyšší než dnes (v teplých obdobích například při rozvoji dinosaurů); byl zřejmě nejvíce ovlivněn vulkanismem obrovského rozsahu.

Nevídaný rozvoj

Podnebí je základním činitelem, který utváří podobu živé přírody. V průběhu poslední ledové doby, která skončila přibližně před dvanácti tisíci lety, byla teplota jen o několik málo stupňů nižší než dnes, ale podoba přírody na pevninách byla podstatně jiná, už jen proto, že jejich velká část byla zaledněna. Hladina moří byla o sto metrů nižší, protože voda byla vázána v mohutných ledových příkrovech Severní Ameriky a severní Evropy.

Po skončení poslední doby ledové nastalo nové geologické období, ve kterém žijeme. Jeho hlavním rysem bylo (až donedávna) pozoruhodně stálé klima. Lidé, kteří již dříve obydlili celou planetu (s výjimkou Antarktidy), využili příchodu teplého a stabilního podnebí ke svému rozvoji do té doby nevídanému. Během prvních tisíciletí nového období dokázali přejít od lovu a sběru k výkonnějšímu zemědělství.

Stalo se tak v řadě center, z nichž nejznámější jsou oblasti Blízkého východu, východní Asie a Jižní Ameriky, odkud se zemědělství rozšířilo. Nové klimatické podmínky nebyly samy o sobě příčinou zemědělství. Tou byla lidská tvořivost, ale příznivé podnebí byla okolnost, bez které by tento přechod nebyl možný. Díky novému, mnohem produktivnějšímu způsobu obživy mohli lidé vytvářet velká stabilní sídliště.

Zde vznikla nová společenská struktura, jež umožnila postupný, ale poměrně rychlý rozvoj jednak po technické stránce, jednak co do společenského uspořádání včetně vzniku velkých říší. V období předchozím, s prudce kolísajícím klimatem, jež ovlivňovalo objem dostupných a stále se měnících přírodních zdrojů, jimž se lidé museli přizpůsobovat, nic takového nebylo možné.

Proměna globálního oceánu

Dnes jsme svědky globální změny klimatu, která se projevuje řadou jevů včetně zvýšení průměrné globální teploty, jež je ovšem jen jedním z důležitých parametrů. Musíme počítat s tím, že éra příznivého a stabilního podnebí do velké míry končí.

Světová meteorologická organizace ve své zprávě o stavu globálního klimatu z března 2017 shrnuje nejdůležitější poznatky: oteplování pokračuje rychleji než kdykoliv dosud, rok 2016 byl nejteplejší za celou dobu moderního sledování klimatu – byl teplejší o 1,1 stupně Celsia ve srovnání s předindustriálním obdobím.

Hladina globálního oceánu rovněž stoupala rychleji, než se donedávna předpokládalo, přičemž mořská voda se stejně jako zemský povrch otepluje, a navíc mění složení; mírně, ale trvale se okyseluje. V důsledku tání ledovců a teplotní expanze se hladina moří zvýšila o 20 centimetrů ve srovnání se začátkem 20. století. Změny v mořích mají neblahý vliv na mořskou biologickou rozmanitost, trpí zejména korálové útesy, ale i mnoho druhů ryb a dalších mořských živočichů.

Je více epizod extrémních srážek s následnými povodněmi, častější jsou bouře, tajfuny a podobné jevy. Horké, ale i mrazivé vlny zasahují většinu oblastí. Proměnlivost počasí se výrazně zvyšuje. Na souších trpí naprostá většina ekosystémů, zejména jsou ohroženy mnohé lesní včetně tropických lesů. Žádný region není před projevy globální změny klimatu uchráněn, některá území jsou však zasažena citelněji; nejvýraznější oteplení zaznamenávají oblasti blízko pólů, zejména Arktida.

Nárůst skleníkových plynů

Situací v České republice se zabývala Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy. Podle jejích výsledků odpovídají změny u nás v podstatě světovému průměru se zvýšením průměrné teploty a dalších jevů, jako je počet tropických nocí a dnů, horkých vln, epizod sucha či snížení množství sněhu v horských oblastech.

Největší obavy panují v souvislosti s vyšší pravděpodobností výskytu suchých období, nedostatku vody a poškozování lesních ekosystémů zejména převládajících smrkových monokultur. Celkově ovšem patříme mezi šťastnější země, kde prognózy do budoucna nevyznívají stejně děsivě jako jinde.

Současné znalosti o klimatu a jeho změnách jsou na vysoké úrovni. Díky rozsáhlému vědeckému úsilí klimatologů na celém světě (nejvíce je jich v USA) využívajících v široké míře nejlepší technologie včetně stovek satelitů a automatických stanic i na odlehlých místech či nejvýkonnějších počítačů disponujeme velmi úplnou informaci o zemském klimatu v současnosti, minulosti i o předpokládaném vývoji. Rovněž jsou důkladně prozkoumány příčiny současných klimatických změn.

Jak už jsme zmínili, základní je zvýšení skleníkového efektu zemské atmosféry. V ovzduší přibylo skleníkových plynů: Ve srovnání s předindustriální dobou je dnes koncentrace oxidu uhličitého o 44, metanu o 156 a oxidu dusného o 21 procent vyšší. V největší míře přispívá vyšší obsah oxidu uhličitého, kterého je v ovzduší (mimo vodní páru, u které nebyly změny zaznamenány) ve srovnání s ostatními plyny nejvíc. Rostoucí atmosférické koncentrace jsou důsledkem vyšších emisí skleníkových plynů do ovzduší.

Výraznější a rychlejší změny

Není pochyb, že rozhodující význam má lidská činnost. Největší podíl, přibližně 75 procent, působí spalování fosilních paliv, na prvním místě je uhlí, následuje ropa a v menší míře zemní plyn. Další důležité příspěvky přidávají změny využití území, zejména odlesňování, a různé aktivity v zemědělství včetně chovu hospodářských zvířat (dohromady 24 procent). Prozkoumány jsou důkladně i přirozené příčiny, například sopečná činnost či změny sluneční aktivity, jež však jsou v úhrnu ve srovnání s činností lidí nevýznamné.

Úroveň klimatologických poznatků je dostatečná, abychom mohli předvídat další průběh změny klimatu za různých předpokladů. Vědecké poznatky z celého světa jsou analyzovány a pravidelně shrnovány ve zprávách Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC), závěry jsou jasně formulovány a podrobovány důkladné kritice vědců i politických představitelů ze všech zemí světa a ve výsledku jsou konsensuální.

Někteří – u nás například Václav Klaus a jeho skupina – sice považují závěry IPCC za alarmistické a jednostranné, ale pravý opak je pravdou. Zveřejněné závěry jsou velmi opatrné a značně konzervativní (jak to obvykle bývá, když se dospěje ke konsensuálním formulacím připomínajícím „nejmenšího společného jmenovatele“).

Jak však dokazují vědecké výsledky z posledního období, je průběh změny klimatu výraznější a rychlejší, než předpokládaly zprávy IPCC zveřejněné v roce 2013 až 2014. Ty ovšem stále slouží jako spolehlivé vodítko a nemá smysl je zpochybňovat, leda v tom, že poslední výsledky jsou více alarmující.

Neobyvatelné oblasti

Důsledky jevů spojených se změnou klimatu se týkají všech zemí na světě. Akutní nebezpečí hrozí především přímořským státům, a zejména ostrovním. Jsou ohroženy rychle se zvyšující hladinou oceánů a důsledky častějších a intenzivnějších bouří. Záplavy, známé z dramatických reportáží o hurikánu Sandy v New Yorku (2012), lze očekávat na mnoha místech a se zvyšující se intenzitou.

Nejde jen o přímé důsledky živelných katastrof, ale i o nepříznivé ovlivnění rozsáhlých oblastí v důsledku postupného zvyšování mořské hladiny. Oblasti subsaharské Afriky nejvíce ohrožují sucha a podobně je tomu v oblasti Středomoří a v jižní Asii, obavy o vodní zdroje však máme i u nás.

Snad všechna území se potýkají se zvýšenou vrtkavostí počasí, například spojenou s posunem indického monzunu a následujících prodloužených suchých období či naopak záplav. Celé velké oblasti se v budoucnu mohou stát pro lidi neobyvatelnými v důsledku nesnesitelně vysokých teplot; to platí například pro oblast Arabského poloostrova. Dopadem nepříznivých projevů změny klimatu jsou rozsáhlé ekonomické a sociální škody.

Rostoucí sociální nestabilita přispívá ke vzniku konfliktů včetně válek, jak vidíme naposled v Sýrii, kde mezi základní příčiny občanské války nesporně patřilo i dlouhodobé sucho spojené s velkou neúrodou.Stejné platí i pro jiné oblasti, například přetrvávající krvavý konflikt v oblasti afrického Sahelu má původ ve ztrátě úrodnosti znásobené rychlým populačním růstem. Nevyhnutelným výsledkem pak je mimo jiné masová migrace.

Hrozivé prognózy

Především jde o dosud převažující migraci „vnitřní“, tedy v rámci jednotlivých států nebo jejich bezprostředních sousedů, avšak v rostoucí míře nastává exodus do vzdálenějších krajů, jak vidíme v současně v Evropě nebo v Severní Americe. Prostřednictvím médií jsme svědky jen zlomku globální situace, o které u nás skoro nic nevíme, a do budoucna jsou prognózy hrozivé.

Světové společenství si rizika uvědomuje stále intenzívněji. Nejde jen o mezinárodní konference a summity OSN; toto téma se pravidelně vyskytuje při jednáních všech významných globálních uskupení, ať už OECD, G7 či G20. Při příležitosti každoročního Světového ekonomického fóra v Davosu bývá zveřejňována Zpráva o globálních rizicích (Global Risk Report).

V uplynulých letech se zde stále častěji objevovala rizika spojená s různými environmentálními jevy, a letos (fórum se konalo v lednu) se za největší bezprostřední nebezpečí považovala možnost selhání mezinárodních aktivit a závazků zaměřených na změnu klimatu. (Právě toho jsme bohužel v poslední době svědky, například americkým prezidentem Donaldem Trumpem ohlášené vystoupení USA z Pařížské dohody a neplnění již přijatých závazků.)

Rovněž v prognózách rizik pro příští kratší či delší období se různé aspekty klimatické změny vyskytují na čelných místech, největší obava je o tenčící se zdroje vody.

Obrovské finanční prostředky

Odpovědí na změnu klimatu a její důsledky jsou dvě základní strategie: mitigace neboli snaha o zmírnění jejího průběhu, a adaptace na daný stav. Byly zakotveny do mezinárodního práva Rámcovou úmluvou o změně klimatu uzavřenou v Riu de Janeiro v roce 1992. Zde se prakticky všechny státy světa zavázaly, že „odvrátí nebezpečnou antropogenně vyvolanou změnu zemského klimatu“.

V rámci této úmluvy byl pak sjednán nepříliš účinný Kjótský protokol (1997) a po mnoha dalších jednáních v prosinci 2015 uzavřena Pařížská dohoda o klimatu považovaná naopak za globální úspěch a mezník. Zde se státy zavázaly, že učiní vše, aby celkové oteplení nedosáhlo vyšší hodnoty než dva stupně Celsia ve srovnání s předindustriálním obdobím (okolo roku 1900), a pokud možno bylo menší.

Pařížská dohoda zdůrazňuje povinnosti a závazky pro všechny země, ale rozlišuje státy vyspělé a rozvojové. Vyspělé státy se vyzývají k dodržování jimi oznámených cílů redukcí emisí skleníkových plynů, a rozvojové nabádají, aby si své závazky stanovily a následně je plnily.

S důsledky nepříznivých změn klimatu se mohou vyrovnat bohaté státy alespoň zčásti adaptačními opatřeními, například technickými opatřeními, jako je zvýšení mořských bariér v Nizozemsku nebo okolo Benátek, na něž se věnují obrovské finanční prostředky. V chudých rozvojových zemích takové peníze k dispozici nejsou a nebudou.

Míra redukce emisí

V současnosti se sice poměrně úspěšně plní finanční fond přislíbený vyspělými státy na Pařížské konferenci, který by měl dosáhnout 100 miliard dolarů ročně, ale zatím jsou poskytnuté částky nižší, a navíc by bylo zřejmě třeba peněz podstatně víc. Nesmí se ovšem zapomínat, že adaptace přímo závisí na předpokládaném dalším průběhu změny klimatu. Bylo by nesmyslné pokoušet se adaptovat na budoucí situaci, o které nemáme přesnou představu.

Vědecké poznatky jsou jasné, ale jejich výsledkem jsou scénáře, jejichž předpoklady závisejí na úspěchu, či neúspěchu globální politiky klimatu, tedy na míře redukce emisí skleníkových plynů, především oxidu uhličitého. Proto je hlavní úsilí zaměřeno na snižování emisí tohoto jinak neškodného, a naopak pro pozemskou biosféru životně důležitého plynu. V roce 2014 vyprodukovaly světových emisí CO₂ Čína 30, USA 15, EU 9, Indie 7, Rusko 5, Japonsko 5 a zbytek světa 30 procent.

Změna klimatu je nejdůležitější hnací silou zásadní transformace současné energetiky založené z více než 80 procent na spalování fosilních paliv. Nelze podceňovat ani ostatní zdroje emisí, ať už jde o zemědělství, využití území či další aktivity, jako je výroba cementu.

Rovněž se nesmí zapomínat na ostatní skleníkové plyny (mimo oxid uhličitý), jež v úhrnu nejsou zanedbatelné. Zejména emise metanu, jehož je sice celkově méně, ale v důsledku svých fyzikálních vlastností představuje rovněž významný skleníkový plyn, nejsou bezvýznamné.

Zásadní přebudování energetiky

Nejvýznamnější úsilí se však zaměřuje na dekarbonizaci energetiky, tedy náhradu fosilních paliv jinými zdroji. V tomto směru shoda světového společenství vyjádřená v Pařížské dohodě stanoví, že ve druhé polovině 21. století má být celosvětově dosaženo takzvané uhlíkové neutrality, jinými slovy, celkové antropogenní emise oxidu uhličitého (a také metanu) by měly do konce století klesnout na nulu.

V některých případech (spíše mimo energetiku) však toho plně dosáhnout nelze, a proto bude celkový uhlíkový účet doplněn takzvanými negativními emisemi, tedy odstraňováním CO₂ z ovzduší. V této souvislosti znějí některé seriózně uvažované návrhy jako sci-fi.

Mělo by se toho například dosáhnout tak, že se bude získávat část potřebné energie spalováním biomasy, což je proces v zásadě uhlíkově neutrální (biomasa při fotosyntetickém procesu odčerpá CO₂ z ovzduší a při jejím spálení se stejné množství CO₂ do ovzduší vrátí), a spaliny se nevypustí do ovzduší, ale budou se chemicky zbavovat CO₂,který se posléze trvale uloží pod zem.

Otázkou, jak dosáhnout zamýšleného zásadního přebudování energetiky, se zabývají velké týmy vládních i soukromých institucí včetně prestižních univerzit a jiných akademických pracovišť. Jedno z nedávných čísel vlivného časopisu Science nabízí Cestovní mapu k rychlé dekarbonizaci, která naznačuje převládající představy. Je založena na čtyřech principech.

Důsledky nečinnosti

První je zřejmý, jsou jím inovace, tedy podpora výzkumu a nových technologií. Druhým je institucionální podpora, včetně plného angažování politických struktur i občanské společnosti a široké veřejnosti. Uplatnění nové energetiky má nejen zastánce, ale i mocné odpůrce, kteří se brání změnám, na nichž prodělají.

Třetím je budování potřebné infrastruktury, široce pojato: obnovitelné zdroje, distribuce či využívání čisté energie v dopravě a průmyslu. Čtvrtým jsou investice; představy o finanční náročnosti akce jsou vyčíslovány v částkách s 12 či 13 číslicemi.

Náklady na nové zdroje a způsoby využití energie nepochybně budou astronomické, ale je zavádějící uvádět je bez srovnání s náklady na „nečinnost“, tedy pokračování nebo i pomalé opouštění současných trendů. Ekonomické výpočty, počínaje často citovanou zprávou Nicolase Sterna z roku 2006, jednoznačně ukazují, že tyto náklady, byť nikoliv v daném okamžiku, ale v nejbližší nebo středně vzdálené budoucnosti významně převyšují předpokládané výdaje na novou energetiku.

První otázky o energetické budoucnosti obvykle směřují k novým zdrojům energie, které by měly v relativně krátké době okolo 30 let fosilní paliva zcela nahradit. Z obnovitelných zdrojů se v současnosti nejúspěšnější ukazují systémy fotovoltaické a větrné, ale je třeba počítat i s dalšími, jako je energie vodní, geotermální, biomasy či oceánská (dosud málo prozkoumaná); můžeme říci, že ještě není rozhodnuto, situace se vyvíjí velmi rychle.

Transformace ekonomiky

Většina studií se však shoduje, že samotné zdroje největším problémem nejsou, protože jejich rozvoj pokračuje rychlostí, již donedávna nikdo nepředpokládal, a relevantní studie ukazují, že v úhrnu budou stačit. Pozornost se více zaměřuje na uchovávání energie, její přenos a efektivní využití, zde zůstává řada otevřených otázek, které se však řeší na mnoha pracovištích.

S přebudováním energetiky a odstraněním její závislosti na fosilních palivech souvisí i zásadní transformace celé ekonomiky. Je to záležitost globální a týká se všech odvětví lidských aktivit, nejen výroby a přímého využívání energie. Například jde o dopravu s předpokládaným plným nasazením elektromobility a v menší míře biopaliv nebo syntetického plynu, ale i zemědělství, stavebnictví, výroby cementu a všech dalších odvětví.

V globálních úvahách se málo vyskytuje představa o jaderné energii. V současnosti se z tohoto zdroje pokrývá přibližně 10 až 11 procent spotřeby elektřiny (4,5 procenta primárních zdrojů energie) a žádná mezinárodní prognóza nepředpokládá do budoucna růst tohoto podílu, spíše pokles nebo v nejlepším případě stagnaci.

Donedávna byl hlavní překážkou širší aplikace jaderné energie odpor veřejnosti, která má v paměti děsivé důsledky jaderných katastrof, ať už černobylské (1986) s celkovým počtem odhadovaných nepřímých 50 tisíc lidských obětí nebo havárii ve Fukušimě před šesti lety, která znamenala zejména obrovské ekonomické a sociální škody.

USA versus Německo

V současnosti převažují v úvahách o širším využití tohoto zdroje spíše důvody ekonomické, které jsou spojeny zejména s neustálým růstem nákladů na výstavbu jaderných zařízení a na zachování jejich bezpečnosti. Příkladem je výstavba reaktoru ve finské elektrárně Olkiluoto: Měla být dokončena v roce 2009 s náklady tři miliardy eur, ale když to dobře půjde, bude spuštěna po řadě odkladů až v roce 2019 za 8,5 miliardy eur.

Neutuchají ovšem ani obavy spojené s celým jaderným řetězcem – od dobývání radioaktivních surovin přes dopravu až po trvalé uskladnění jaderných odpadů, nemluvě o zatím nikde neuskutečněné likvidaci doživších jaderných reaktorů. Rovněž obavy z možné aktivity teroristů nejsou zanedbatelné. Oproti tomu cena energie z nových zdrojů neustále klesá a obavy o jejich bezpečnost nejsou.

Transformace k nové energetice i ekonomice se nakonec uskuteční nikoliv podle odborníků, aktivistů či vládních úředníků, ale na základě demokratického rozhodnutí celé veřejnosti. Světový vývoj v této věci je pozitivní a jde rychle dopředu, přestože jsou i negativní příklady. Mezi ně patří Trumpova administrativa, která až dosud ukazuje, že současné trendy nepochopila.

Naštěstí pro USA i celý svět nemá americká federální vláda takovou moc, aby dosavadní vývoj zvrátila, a snad jej nemůže ani významně zpomalit. Naopak pozitivním příkladem je německá energetická revoluce Energiewende, jejíž nejdůležitější hnací silou je dostatečně silná podpora veřejnosti. A u nás?