Ekologie Výroby Karbonu a Udržitelnost v Lesnictví

Evropská unie klade velký důraz na ekologii, a to jak v produkci emisí, tak i v oblasti recyklace. Právě ta se zdá být problematická v souvislosti s karbonovými vlákny.

Karbonové Vlákno a Automobilový Průmysl

Automobilový průmysl zažívá krušné časy, a Evropský parlament chce zavést další radikální omezení. Ten totiž nedávno provedl kontrolu směrnice o vozidlech nacházejících se na konci své životnosti, která řeší jejich recyklační proces. Stěžejním bodem je iniciativa přidat uhlíkové vlákno na seznam nebezpečných materiálů. Aktuálně mezi ně patří kadmium, olovo, rtuť a šestimocný chrom.

To se ovšem nedá říct o karbonu, jehož 20 % světového objemu připadá na automobilový průmysl - hned po letectví a energetice, v souvislosti s produkcí větrných elektráren. Automobilky využívají karbonové vlákno čím dál více, zejména u elektromobilů, kde jím kompenzují těžkou baterii. V případě supersportů se z něj vyrábějí celé skelety šasi, a stejně tak je hojně používán u dražších automobilů obecně, kde je kladen důraz na redukci hmotnosti ve prospěch co nejlepších jízdních vlastností. Zde se náklady na složitější výrobu snadno skryjí do ceny, která v tomto segmentu nehraje primární roli.

Podle Evropského parlamentu je hlavním problémem karbonového vlákna spojovaného pryskyřicí jeho recyklace. Novela by měla začít platit od roku 2029, což průmyslu dává čas na nalezení alternativního řešení, ale globálně se počítá s velkým odporem. Evropská unie si opět plete bič sama na sebe. Svým rozhodnutím by negativně ovlivnila asijskou ekonomiku, protože právě zde sídlí tři největší producenti uhlíkových vláken - Mitsubishi Chemical, Teijin a Toray Industries.

Těm patří 54% podíl na celosvětovém trhu, přičemž polovina jejich produkce směřuje do Evropy. Pro představu - loni měl trh s karbonovými vlákny hodnotu 120,9 miliardy Kč.

Čtěte také: Životní prostředí Petrohradu

Koloběh Uhlíku v Přírodě

S využitím slunečního záření stromy přeměňují atmosférický CO2 a vodu (s rozpuštěnými živinami) na uhlíkem bohaté organické látky pro stavbu svých těl. Zjednodušeně lze konstatovat, že cca 50 % biomasy stromů je tvořeno uhlíkem. Stejně jako u lidí, i život stromů končí smrtí, po níž se mrtvá těla stávají potravou rozkladačů, kteří složité organické látky postupně rozloží zpátky na atmosférický CO2. Tak lze zjednodušeně popsat koloběh uhlíku v přírodě.

Rychlost rozkladu mrtvého dřeva závisí na druhu dřeviny a klimatických podmínkách. V tropických lesích s teplým a vlhkým klimatem probíhá rozklad relativně rychle, a i u stromů velkých dimenzí trvá maximálně desítky let. V lesích mírného pásu a zejména boreálních lesích probíhá rozklad výrazně pomaleji, kdy se stromy velkých dimenzí rozkládají i 100 let a u některých druhů dřevin i několik stovek let.

Tyto rozdíly velmi pěkně ukazuje i aktuální článek v časopisu Nature, kde se můžeme dočíst, že 93 % do atmosféry zpět uvolněného CO2 z rozkladu mrtvého dřeva pochází z tropických pralesů. Příspěvek všech lesů mírného pásu i dosud rozsáhlých boreálních lesů činí jen zbylých 7 %, což je výrazně méně, než činí jejich podíl na světové „zásobě“ mrtvého dřeva.

Ta je v lesích mírného pásu a boreálních lesích autory článku odhadována na 35 % světové „zásoby“, přičemž je zřejmé, že ve velké části těchto lesů zůstává jejich potenciál pro ponechání mrtvého dřeva nenaplněný z důvodu jejich hospodářského využití (kdy je veškerá dřevní hmota vytěžena). Kupříkladu právě tato skutečnost by měla vzbudit pozornost společnosti hledající cesty k zastavení rostoucích emisí CO2 v atmosféře.

Úloha Hmyzu při Rozkladu Dřeva

Úloha hmyzu při rozkladu mrtvého dřeva, na níž článek publikovaný v Nature upozorňuje především, je významná z hlediska celkové bilance uvolněného uhlíku v tropických lesích, zatímco v lesích dále od rovníku výrazně méně. Vzhledem k velkému objemu mrtvého dřeva v tropických lesích, jeho rychlé dekompozici a významné úloze hmyzu pak jsou „průměrné“ globální hodnoty uvedené v článku daleko od reality našich lesů. Nečiňme z nich proto žádné jednoduché závěry ve vztahu k našim lesům a jejich budoucnosti.

Čtěte také: Ekologické aspekty vody v podniku

Lesní ekosystémy v globálním měřítku poutají zásadní množství uhlíku. Další obrovské množství uhlíku je uloženo v lesní půdě, který se při odlesňování z velké části uvolňuje do atmosféry. Lesy zároveň každý rok ohromné množství CO2 z atmosféry v rámci fotosyntézy poutají. V rámci respirace a právě rozkladu mrtvé biomasy pak lesy CO2 do atmosféry i uvolňují, celková bilance uhlíku je ale pro lesy pozitivní. Tzn. lesy poutají každý rok více uhlíku, než kolik ho uvolní.

Porovnání s Antropogenními Emisemi

Ale toto množství CO2 je pouze malá část z celkového množství CO2, kterého živé stromy „prodýchají“, to znamená uloží do svých těl a tedy pro danou chvíli „spotřebují“. Proto je porovnání množství CO2 uvolněné rozkladem mrtvé biomasy s množstvím C02 z antropogenních emisí zavádějící. Je zároveň potřeba uvést, kolik C02 lesy celkově poutají a jako rozdíl mezi nárůstem živé biomasy a rozkladem mrtvé biomasy a respirace stromů.

V zásadě mnohem důležitější informace pro lidstvo je, že lesy ve výsledku každý rok poutají více uhlíku, než kolik ho uvolní a proto z části odnímají z atmosféry část antropogenně emitovaného CO2. Pokud by to stromy přestaly dělat, zvyšování CO2 v atmosféře by se zásadně zvýšilo.

Pokud se zaměříme jen na posledně uvedenou část uhlíkového cyklu, snadno dojdeme ke zcela chybnému k závěru, že z lesa je potřeba všechno mrtvé dřevo odstraňovat, abychom snížili emise CO2 do atmosféry. Tak to ostatně ve velké části kulturně obhospodařovaných lesů mírného pásu dodnes děláme (z jiných důvodů ovšem, doufáme). Podíváme-li se však na celkovou bilanci uhlíku v lesích jako na celek, dospějeme k přesně opačnému závěru. Větším využitím potenciálu lesů pro akumulaci mrtvého dřeva bychom posílili jejich roli v ukládání CO2 z atmosféry.

Uložení v mrtvém dřevě je sice dočasné, ale objem uhlíku nepřetržitě poutaný v mrtvém dřevě ležícím v lese nelze rozhodně považovat za zanedbatelný. Z uvedených faktů je zřejmé, že informace o množství C02 uvolněného z rozkladu mrtvé biomasy v lesích vytržené z kontextu celkového uhlíkového cyklu nedává žádnou relevantní informaci. Rozklad biomasy je přirozený planetární proces a nelze ho zastavit. Lesy i tak zásadně pomáhají poutat velké množství antropogenně produkovaného CO2.

Čtěte také: Nerezová ocel a životní prostředí

Jak Mohou Lesy Pomoci v Globálním Měřítku?

Pokud vykácíme 1 ha pralesa, vytvoříme obrovský uhlíkový dluh na tomto 1 ha a zásadně přispíváme ke zvyšování CO2 v atmosféře. Splacení tohoto uhlíkového dluhu tím, že na lokalitě naroste nový les se stejnou zásobou uhlíku bude trvat dvě stě a více let. A tolik času nemáme, pokud chceme zpomalit probíhající klimatickou změnu. Pro nás je klíčových dalších 50 let. Proto je tak zásadní ochrana stávajících pralesů, protože jejich kácením uvolňujeme do atmosféry ohromné množství CO2.

Kácení a odlesňování pralesů představuje zásadní zdroj emisí CO2. A tento uhlíkový dluh vzniká, i když maximálně využijeme vykácené dřevo z pralesa, protože pouze malá část se využije na produkty s dlouhou trvanlivostí. Tento uhlíkový dluh vznikne i v případě, že celou biomasu z pokáceného pralesa využijeme na energetickou štěpku, tu přivezeme do Evropy a tady ji spálíme ve vysoce efektivní spalovně místo fosilních paliv. My sice nespálíme fosilní paliva jako je uhlí nebo ropa, ale i tak je výsledná klimatická stopa vysoce negativní.

Množství energie uložené na jednotku biomasy dřeva je výrazně nižší než na stejnou jednotku biomasy fosilních paliv. I tady vzniká zásadní uhlíkový dluh a celková bilance je negativní. Proto celá řada vědců upozorňuje, že pálení biomasy ze stromů není uhlíkově neutrální a nepředstavuje systematické řešení klimatické krize.

Pokud vykácím 1 ha hospodářského lesa a zároveň hospodařím udržitelně, tzn. celková těžba v daném území je stejná jako nárůst biomasy v daném území, uhlíkový dluh se nevytváří. Pokud ale vykácené dřevo využiji na produkty s krátkou životností jako je papír, přínos takového lesa k vyřešení klimatické změny je nulový. CO2 z těchto produktů se rychle uvolní do atmosféry a celková bilance je nulová.

Pokud dřevo využiji jako stavební materiál a nahradím jím materiály založené na fosilních zdrojích, přispěji tím ke snížení emisí CO2 z fosilních zdrojů. Ale kolik % dřeva se využije na takový typ produktů? To záleží, co ze dřeva vyrábím. Pro ČR existují odhady, že pouze 30 % vytěžené biomasy se využije na produkty s životností delší než 10 let. Pokud vyrábím ze dřeva produkty na jedno použití, jejichž spotřeba celosvětově zásadně roste, vytvářím obrovský tlak na zbývající lesy ve světě a výsledkem je opět uvolňování CO2 a negativní bilance.

Bohužel pouze menší část států na světě je schopna zajistit na svém území to, že těžba dřeva nepřekračuje přirozený nárůst biomasy.

Lesy představují obnovitelný zdroj, který má ale zároveň své limity. Je potřeba chránit stávající pralesy a přírodní lesy, protože poutají ohromné množství uhlíku a každý rok toto množství o kousek navýší. Z hospodářských lesů dává smysl využívat dřevo především v produktech s dlouhou trvanlivostí. Množství dostupné biomasy ve stávajících lesích pro energetické účely je nejen v ČR, ale i globálně je omezené. Pálení biomasy by se mělo omezit na lokální efektivní využití nevyužitelných zbytků. Převoz biomasy na dlouhé vzdálenosti není efektivní a vytváří obrovský uhlíkový dluh.

Podporovat by se měla spíše dekarbonizace průmyslu a dopravy a využití obnovitelných zdrojů jako je větrná nebo sluneční energie. V tropických oblastech je pak záhodno zastavit odlesňování primárních pralesů a podpořit znovu zalesňovaní již degradovaných půd.

Dekarbonizace a Evropské Cíle

Zejména vyspělé země chtějí masivně omezovat emise skleníkových plynů a tento trend chtějí prosadit i v rozvíjejících se zemích. Plány dekarbonizace na nejbližší desetiletí a další zlepšování životního prostředí jsou velmi ambiciózní. Náklady budou obrovské. Jenomže, kde vnikají náklady, tam rostou pro určité subjekty i příjmy.

Výroba materiálů, podniky veřejných služeb a energetické společnosti mají na svědomí 88 % emisí skleníkových plynů. Intenzita emisí je obzvláště vysoká v materiálech a utilitách.

Dle odhadu Mezinárodní energetické agentury by EU dle současných cílů měla do roku 2030 snížit emise skleníkových plynů o 30 % oproti roku 1990 a podíl na globálních emisích by se tak snížil ze současných 8,7 % na 5,7 %. Nicméně nové návrhy na dekarbonizaci požadují v EU ještě rychlejší pokles emisí s tím, aby se v roce 2030 emitovalo jenom 45 % objemu CO2 z roku 1990. Do roku 2050 by pak EU mohla být uhlíkově neutrální.

Následující obrázek ukazuje odhad vývoje HDP v EU a také vývoj emisí v regionu. V nejbližších deseti letech zažijí dekarbonizaci především elektrárny, kdy by se emise CO2 měly snižovat tempem 7 % p.a.. EU chce v novém plánu především zvednout podíl obnovitelných zdrojů energie na energetickém mixu v roce 2030 na 38 až 40 %. Dosavadní cíl byl 32 % a v roce 2018 byl podíl obnovitelných zdrojů jenom 18,2 %.

Evropská komise upozorňuje na to, že především ve střední a východní Evropě bude nutné rychleji ustoupit od používání fosilních paliv. Do roku 2025 se v EU vybuduje dalších 120 GW solárního výkonu, 90 GW větrného výkonu a 40 GW paroplynového výkonu. Naopak téměř 60 GW výkonu uhelných elektráren bude ukončených a také přibližně 20 GW výkonu jaderných elektráren.

Velkým problémem obnovitelných zdrojů je relativně nízká stabilita dodávek. Klíčem ke stabilitě je schopnost úschovy elektřiny. Do roku 2030 by tedy měly být vybudované kapacity s výkonem 108 GW ze současných 57 GW výkonu úschovy elektřiny. Pokud se podaří očekávaný technologický pokrok ve využití vodíku (elektrolýzou za pomocí obnovitelných zdrojů se vodík vyrobí a pak se v případě potřeby spálí), tak pak do roku 2050 by velká část úschovy elektřiny mohla být realizována ve formě výroby vodíku.

Financování změny energetického mixu bude probíhat na úrovni zemí a na úrovni korporací. Velká část kapitálu se získá pomocí emise zelených dluhopisů. Zároveň se očekává další růst cen emisních povolenek. Kdo bude zelené dluhopisy nakupovat? Banky, fondy, pojišťovny i samotné domácnosti. Pro emitenty dluhopisů je příznivé, že kapitál od investorů získají snadno.

Změna energetického mixu také vytváří příležitost pro investory do akcií firem, které budou technologie dodávat.

Při sektoru materiálu (kupříkladu výroba stavebních cihel, chemikálií, hnojiv, těžba komodit) se emituje hodně CO2. V nejbližších letech nastanou v tomto sektoru značné změny, které negativně postihnou nebo už postihují i domácnosti. Produkce materiálů bude čím dál nákladnější, což lidé značně pocítí kupříkladu při stavbě domů. Stavební náklady půjdou v nejbližších letech nahoru. A zároveň se budou hledat cesty výstavby domů z levnějších materiálů. Tento tlak ze strany produkčních nákladů bude udržovat ceny nemovitostí na vysoké úrovni.

Konference o Dekarbonizaci v České Republice

Společnost Ernst & Young ve spolupráci se Svazem chemického průmyslu České republiky, spolkem CO2 Czech Solution Group, CZECHINVEST a pod záštitou Ministerstva životního prostředí ČR uspořádaly mimořádné setkání vrcholných představitelů průmyslu, vědy a výzkumu a zástupců státní správy s cílem představit prostor pro možnosti spolupráce v oblasti dekarbonizace.

Ministr také zmínil, že vláda tento týden schválila návrh vnitrostátního plánu pro oblast energetiky a klimatu, který je sice ambiciózní, ale realistický v kontextu velikosti České republiky. „Česko je průmyslovou zemí a naším zájmem je, aby jí zůstalo a my i nadále byli leadery technologického pokroku a vývoje. Proto potřebujeme dostatek bezpečné, cenově přijatelné a dlouhodobě udržitelné zelené energie. A na tom pracujeme,“ doplnil Hladík.

„Jak utilizace tak zachytávání karbonu může být pro Česko příležitostí. Jednoznačně vidíme ze všech modelů, že vše dekarbonizovat nedokážeme, že nedokážeme všude snížit objem vypouštěného uhlíku,“ řekl také ministr Hladík.

Senátor Jiří Drahoš ve své řeči upozornil, že cena uhlíku je stále vyšší a na průmysl se valí mnoho dalších mandatorních povinností. „Přechod z využívání uhlíkových zdrojů ať už v energetice, tak v průmyslových výrobních procesech rozhodně nebude jednoduchý, nebude ani bezbolestný a jak už bylo naznačeno panem ministrem, bude i poměrně drahý.“ Senátor Drahoš rovněž připomněl, že je mnoho procesů, jako například v cementárenském průmyslu, kde je produkce uhlíku inherentní součástí výroby. To prostě nelze obejít.

„Brusel si uvědomuje, že akumulace energie je alfou a omegou celé energetiky. Celá Energiewende musí být přestavěna a musí vymyslet, jak dostat energii letního slunce do zimních měsíců,“ řekl mimo jiné Leoš Gál, člen řídícího výboru CO2 Czech Solution Group. Připomněl, že vodík je nyní v hledáčku všech a možná je i všemi považován za spásu. Nicméně poukázal ve své řeči i na jeho nevýhody. Jednou z nich je skladování a ekonomika výroby, pakliže půjde o vodík zelený. Rovněž uvedl skutečnost, že vodík jako takový se v přírodě nevyskytuje, lze jej najít pouze v chemických vazbách.

V případě CO2 hovořil o širších možnostech jeho využití. „V případě, že máme zachycený uhlík, můžeme využít sto let starou chemickou rovnici výroby metanu v jeho čisté podobě, který lze vtlačit bez problémů do zásobníků a kdykoli jeho energii vracet prostřednictvím turbíny do elektrické sítě,“ upozornil Leoš Gál.

Evropa a celý svět se nachází před řešením problému akumulace energie. Bez řádné akumulace nelze naplno využít potenciál obnovitelných zdrojů energie a především energie ze slunce a větru. Akumulace, tedy dlouhodobá akumulace energie do chemických uhlíkových vazeb, může z nestabilních a těžko předvídatelných zdrojů udělat zdroje stabilní, levné a navíc uzavře uhlík do kruhu. Jedná se tedy o jakousi uhlíkovou cirkularitu. Budoucnost proto patří energii akumulované v chemických sloučeninách.

Jak na setkání několikrát zaznělo, ukládání energie do uhlíkových vazeb je v plenkách. Je třeba podpořit propojení mezi vědou, výzkumem a praxí, tedy výrobou. Je třeba propojit vědce a podniky. A právě tento dialog zatím není nastartován. Proto se CO2 Czech Solution Group snaží o mobilizaci firem, které charakterem svých výrob produkují CO2 a budou do budoucna muset projít restrukturalizací a transformací k uhlíkové neutralitě. Jejich přítomnost na tomto dialogu je nezbytná.

Ve svých příspěvcích zajistili podporu CO2 Czech Solution jak ministr Petr Hladík, tak i prezident Hospodářské komory Zdeněk Zajíček. Přání, aby se tento způsob ukládání energie stal cílem celé Evropy, vyslovil ředitel Svazu chemického průmyslu, Ivan Souček.

Ekologie Cyklistiky

Jízda na kole je tradičně vnímána jako činnost ekologicky prospěšná nebo alespoň nezávadná ve srovnání s jízdou na motorovém prostředku. Čas od času se ale najde někdo, kdo tento zažitý názor zpochybní. Je zřejmé, že cyklistika je k životnímu prostředí šetrnější než například motoristické sporty, na stranu druhou jej zatěžuje víc než například běh.

Výroba jízdního kola není jednoduchou záležitostí. Zůstaneme-li u hliníkového rámu a komponentů, které jsou v dnešní době stále nejužívanější, narážíme už v této fázi na dva problémy - na energetickou náročnost výroby kovového materiálu a na nebezpečné vedlejší produkty tohoto procesu (například fluor a červený kal). Při elektrolýze taveniny také dochází k uvolnění oxidu uhličitého. Výroba jednoho kilogramu hliníku vyžádá zhruba 170 MJ energie.

V tomto případě tak hliník prohrává s ocelí, jde o několika násobně vyšší hodnotu. Pokud bychom měli srovnávat hliník s ocelí a karbonem, je hliníkový rám jednoznačně energeticky nejnáročnější na výrobu. Podle dostupných informací je k výrobě průměrného hliníkového rámu třeba 147 kWh. U oceli a karbonu je to shodné 37 kWh.

Kompozitový rám se však skládá z více složek - karbonového vlákna, z lepidla, z pryskyřice, fólií. To zhruba zdvojnásobuje dobu k výrobě. Hliníkový rám má však ještě jedno specifikum - při svařování je potřeba vytvořit ochrannou atmosféru argonu. S ocelí se pracuje snáze a není s ním problém při recyklaci jako u karbonu. Vychází pro přírodu jako nejšetrnější volba. Titan má na první pohled řadu výhod - známá je jeho mechanická stálost a netečnost na vzduchu, díky níž není nutné lakování. Na druhou stranu musíme brát v úvahu jeho energetickou a obtížně náročnou výrobu.

Užívají se práškové i tzv. mokré barvy. Mokré barvy jsou oproti práškovým lehčí. Hodnotíme-li vliv na životní prostředí, záleží na výrobci barvy a vyspělosti lakovny. Moderní linky vybavenými různými vzduchovými filtry neměly představovat vážnější hrozbu.

Než na kolo nasedneme, absolvuje k nám zpravidla ještě dlouhou cestu z místa svého vzniku, nejčastěji z Dálného východu.

Provoz kola může zatížit životní prostředí i jinak. Sice, na rozdíl od auta, kolo nevylučuje pro přírodu nebezpečné výfukové zplodiny, ale už to že kolo téměř po každé vyjížďce opláchneme a namažeme, je zdrojem znečištění. Možná se zdá, že jde o pár kapek, ale kolik toho za rok cyklista spotřebuje? Půl litru maziva a ještě o něco víc čisticího prostředku?

Výrobce přispívá do systému odpadového hospodářství poplatkem za každý litr vyrobené látky. Tyto prostředky jsou pak použity k likvidaci nebezpečného odpadu. Nebezpečný odpad má skončit ve sběrném dvoře, ostatní bychom měli rozebrat, roztřídit a také odevzdat. Zajímavá je situace u pneumatik - zatímco pneumatiky u automobilů se musí dále zpracovat, pro pláště jízdních kol platí výjimka můžou se skladovat.

S provozem kola a jeho ekologičností samozřejmě souvisí i naše spotřeba - zda měníme komponenty poté, co doslouží, nebo po každé, kdy se objeví nějaká novinka.

Hliníkové rámy a komponenty jsou k recyklaci přímo předurčené. Pokud považujeme za nevýhodu hliníku při výrobě kvůli energetické náročnosti, musíme na tom to místě vyzvednout jeho snadnou recyklaci. Recyklací kilogramu hliníku v průměru ušetříte osm kilogramů bauxitu a 14 kWh elektrické energie. Jedná se tak o jednu z nejžádanějších surovin, což dokumentují vysoké výkupní ceny. Také recyklace oceli je snadná - uvádí se, že se recyklují až tři čtvrtiny roční produkce. Zatímco recyklace kovu je běžným jevem, o karbonu se to samé říci nedá. Ale i producenti karbonu si jsou vědomi, že recyklace se v brzké době stane nutností.

tags: #ekologie #výroby #karbonu

Oblíbené příspěvky:

• Objevte Benelux
• Jak třídit odpad v Ústí nad Labem
• Význam aktinomycetů pro půdu
• ČKA a ekologie
• Recenze koše Eco 3 Master