Tento
článek navazuje na článek
BIOETANOL - naše naděje nebo past ze 7.4.2006,
u kterého se v diskusi
vyskytly nejasnosti, které chci vysvětlit.
Často se uvádí
tvrzení, že rostliny na zemi svým reprodukčním
potenciálem jsou schopny zajistit všechny potřeby
lidstva. Intenzita slunečního svitu se za celou dobu existence
lidstva nezměnila a je zřejmá dominance solární
energie v zemědělské produkci.
Principy
trvalé udržitelnosti
Účinnost tohoto procesu
solární energie je však možná jen v přímé
návaznosti na způsob obdělávání půdy,
které může způsobit entropickou degradaci půdy, která
se může stát kritickou. Asi nejjednodušší
příklad je, že na Sahaře přes téměř nepřetržitý
sluneční svit vegetace prakticky neexistuje. Poučení
z toho je, že cyklický proces obnovy úrodnosti půdy je
základní podmínkou pro trvale udržitelný
produkční proces. Život potřebuje nejenom sluneční
svit, ale také nízkoentropický trvale udržitelný
ekosystém.
Tyto zákonitosti vypozorovali už první
zemědělci a věděli, že bez cyklické obnovy je půda neuživí.
V minulém století došlo k tomu, že tažná
zvířata jako koně,osli, dobytek byla nahrazena stroji z kovů,
poháněna naftou, benzínem, přirozená hnojiva
byla z velké části nahrazena umělými hnojivy,
vyrobených z ropy, zemního plynu, uhlí.
Důležitost
tohoto přechodu spočívá v tom, že trvale udržitelný
přírodní cyklus nevyčerpatelné solární
energie přešel na konečnou, vyčerpatelnou zásobu
minerálů a fosilních zdrojů v zemské kůře. Tímto
se stala sluneční energie nutnou, ale nikoliv postačující
podmínkou pro přežití.
Role
slunečního záření v energetickém cyklu
zrna
Sluneční svit je předpokladem k uskutečnění
reakce přeměny atmosférického CO2 na glukózu
a kyslík podle následeující rovnice:
6CO2 +
6H2O + Solarní záření = C6H12O6 + 6O2 + teplo
probíhá
takto:
Světelná energie pohlcená chlorofylem
(energie fotonů) je využita na rozklad molekuly vody za uvolnění
elektronů i protonů a také se přeměňuje na energii chemickou.
Calvinův cyklus provádí asimilací přeměnu CO2 na
glukózu. [M.Calvin-Nobelova cena za fotosyntézu].
Fotosyntéza je exotermní proces, kdy část
energie uniká zpět do prostoru jako rozptýlená
nevratná tepelná energie.
Z celkového
množství dopadajícího záření
rostliny využijí kolem 1 % podle rostliny, vegetační
doby a slunečního spektra.
Závěr
: Sluneční svit podmiňuje fotosyntetickou reakci, která
zvyšuje energetický obsah rostliny v formou chemické
energie, ale sám se na zvýšení
energetického obsahu podílí jen nepatrně, což je
z hlediska energetického bezvýznamné.
Tento
závěr byl doložen experimentálně v podobě ideálního
etanolového cyklu.
Ideální
etanolový cyklus
Ideální,
teoretický etanolový cyklus je poháněn pouze
solární energií a všechny vedlejší
chemické produkty jsou plně recyklovány.
. Skládá
se ze 3 částí:
1.udržitelné pěstování
kukuřice
2.udržitelná produkce etanolu
3.spalování
etanolu k vykonání užitečné práce
Je
vyzařováno rozptylové odpadové teplo, je
recyklován CO2, a všechna voda. Tento proces
můžeme s jistým přiblížením aplikovat na
velkoplošné pěstování kukuřice v USA v
létech 1866 -1937. Průměrný výnos kukuřice byl
1600 kg/ha [USDA.gov, NASS,24b], to je 1/5 současné produkce,
půda byla hnojena přirozeným hnojem, kompostováním,
rotací sklizně a přesto byl měřením prokázán
pokles výnosu následkem vyčerpávání
půdy.
Bez fosilních paliv by bylo třeba pěstovat kukuřici
místo na 30 m il. ha na 150-180 mil. ha, což by znamenalo
využít veškerou ornou půdu a k tomu by nebyl dostatek
dobytka pro produkci chlévského hnoje. Půda by se
vyčerpala za 30 roků a to by v různých časových
rozměrech platilo pro všechny průmyslové zdroje
biomasy. Na základě dlouhodobých měření je
produkce biopaliva neudržitelná.
Samotná
solární energie nebyla schopná zajistit trvalou
udržitelnost etanolového cyklu a vyprodukovat použitelné
množství etanolu.
Hlavním hráčem se
stala stále se zmenšující zásoba
fosilních a minerálních surovin v zemské
kůře.
Otázkou tedy je, jak dlouho je lidstvo schopno
přežívat – u ropy a zmního plynu to jsou desítky
let, u uhlí stovky let, u uranu (snad) tisíce let. Na
vyčerpávání zdrojů úzce navazuje
průmyslová výroba strojů a zařízení a
průmyslová produkce fosilních paliv jako je
etanol.
Vyvstávají otázky:
za jakých
podmínek je trvale udržitelný, obnovitelný
cyklus výroby bioetanolu, ale i jiných produktů
biomasy.
Trvalá
udržitelnost obecně
Opakem udržitelnosti je
nevratnost.
Def.: Proces je nevratný (neobnovitelný)
tehdy, když nemůže probíhat opačným směrem a vrátit
se do původního stavu bez dodání energie z
vnějšku. [Max Planck, 2.věta termodynamická].
Proces
lineární je takový, který probíhá
jedním směrem tak, že vyčerpává fosilní
zdroje, teplo je využíváno civilizací k pohonu
motorů a teplo, které zůstane po vykonání práce
se rozptýlí nevratně do prostoru. Tento proces probíhá
tak dlouho dokud nejsou vyčerpány všechny zdroje. Tím
dochází k nevratné degradaci energie – buď
do prostoru ve formě rozptýleného tepla nebo do půdy ve
formě znehodnocené půdy.
Def.:Proces trvale udržitelný
je takový, který probíhá bez přerušení,
zeslabení nebo ztráty kvality neomezeně dlouho bez
vylučování jeho odpadů.
Proces cyklický
je takový, který může být trvale udržitelný.
Přírodní cyklus: energie slunce =>H2O,
CO2, živiny => rostliny, únik tepla => život,
únik tepla => smrt, zánik => sluneční
energie.=> .. . Takovýto proces podle termodynamických
zákonů probíhal tisíce let, než do procesu
vstoupil člověk.
Trvalá
udržitelnost etanolového cyklu
[Canadian
scientists, Richard Berthiaume, Christian Bouchard, and Marc A.
Rosen (Berthiaume et al., 2001), W. Patzek, D.Pimentel.]
Fosilní
– reálný etanolový cyklus
Vzhledem
k tomu, že ideální sluneční cyklus není
schopen produkovat etanol v použitelném množství,
vstoupila do hry fosilní paliva. Masivním nasazením
ropy, zemního plynu, uhlí a jejich produktů jako umělá
hnojiva, pesticidy a herbicidy se podstatně zvýšil
výnos kukuřice a produkce etanolu i za cenu větší
spotřeby vstupní energie než je výstupní
kalorická hodnota vzniklého etanolu, ale také
velký nárust chemického odpadu. Vedle toho
dochází k velkému vyčerpávání
půdy odnímáním velkého množství
zelené hmoty a vyčerpání spodní vody.
Podrobný popis tohoto procesu je velmi rozsáhlý,
je možné ho uvést, ale zatím nám stačí
uvedené skutečnosti.
Průmyslový etanolový
cyklus spoléhá na lineární proces čerpání
fosilních, půdních a vodních zdrojů, takže tento
proces není trvale udržitelný.
Jaká
jsou rizika průmyslové produkce etanolu.
1.
Výrobní cyklus průmyslové produkce bioetanolu
není trvale udržitelný, protože vstupní fosilní
energie a energie zrna je větší než kalorická
hodnota vyrobeného etanolu. K tomuto a dalším
závěrům došly výzkumné týmy
univerzity University of California, Berkeley a Department of
Enviromental Engineering, California a Cornell Univ.na základě
studia 150 letého velkoplošnoho pěstování
kukuřice v USA.
2. Dlouhodobé velkoplošné
průmyslové pěstování kukuřice s fosilními
vstupy je trvale neudržitelné, protože způsobuje nevratné
vyčerpání půdy.
3. Obnovitelný proces
výroby etanolu je možný pouze v podmínkách
cyklické obnovy úrodnosti půdy a to je možné
pouze bez použití fosilních neobnovitelných
vstupů. Podmínkou je udržení úrovně humusu
vracením veškeré rostlinné hmoty kromě
zrna do půdy. Výnos etanolu je v tomto případě tak
nízký, že je průmyslově nevyužitelný.
4.
Sluneční záření se zúčastňuje procesu
fotosyntézy, ale vzhledem k nízkému, cca 1%
využití celkové energie slunečního záření,
není limitujícím činitelm při tvorbě
energetického obsahu.
5. Při procesu výroby
etanolu se vytváří více CO2, než se
váže do rostliny při fotosyntéze, čímž se podílí
na tvorbě skleníkových plynů. Je to stejné
množství, jako je emitováno v celé ČR.
V
uhlíkovém cyklu produkce etanlou dochází
k vázání atmosférického CO2
do rostliny, při hoření asi stejné množství CO2
vytváří, což je v rovnováze, ale kromě toho se v
procesu produkce etanolu vytváří další
CO2 při procesu fermentace a z odpadové vody při
destilaci další CO2, čímž do
atmosféry přibývají další
skleníkové plyny. Podle výpočtu a testů se z
každého ha vytváří 7475 kg ekvivalentního
CO2 tj. 89 mil t emisí za rok v USA.
6.
Při průmyslovém procesu dochází na
monokulturách k nenávratnému vyčerpávání
spodní vody a vysušování krajiny.
7.
Pokud by se přešlo na použití veškeré
biomasy za účelem tvorby energie (spalováním,výrobou
pohonných hmot), může to mít krákodobý
přínos, ale hrozí riziko, že proces devastace půdy by
se urychlil z desítek let na roky.
8.
všechny uvedené údaje jsou převzaty z
výzkumných zpráv univerzit a ústavů,
týkajících se pěstování kukuřice v
USA za dobu pěstování 150 roků, po kterou se
velkoplošně pěstuje. Všechny výpočty jsou
prováděny na základě přírodních zákonů
bez ohledu na to, jakou ideologii kdo zastává. Pokud
mocní, kteří rozhodují, budou ignorovat přírodní
zákony, tak to povede ke katastrofě.
9. Výzkumné
týmy intezivně pracují na výzkumu ostatních
plodin biomasy. Vývoj výzkumů budu nadále
sledovat, protože se to týká nejn USA, ale i nás.
Co s tím politici udělají je jejich mocenská
hra, ale nebudou moci říci, že nebyli varováni.
10.
Pokud bychom chtěli uvedené skutečnosti aplikovat na jiné
plodiny, musely by se provést korekce. Obecně můžeme
konstatovat, že průmyslové fosilní pěstování
není trvale udržitelné bez zhoubných následků
na ekosystémy ve kterých žijeme. Můžeme se tak dostat
do stavu, kdy kromě vyčerpaných fosilních zdrojů budeme
mít i vyčerpanou půdu. Potom Bůh nás ochraňuj.
Několik
příkladů důsledků devastace půdy:
- Na Ukrajině
všemocní ideologové poručili dešti,
větru, vzali přírodní zákony do svých
rukou a zničili za zpěvu budovatelských písní
vzácnou černozem a přivedli zemi k hladomoru, při kterém
zahynuly miliony lidí. Z obilnice Evropy udělali zbídačenou
zemi. Dodnes, po 85 letech, se s tím nedokázali
vyrovnat a dále tam mnoho lidí živoří.
Toto
je varování, že nejenom atomové elektrárny,
ale i neodpovědné vyčerpávání půdy s
cílem momentálního užitku, může přinést
katastrofu přesahující katastrofu v Černobylu.
-
Deštné pralesy jsou trvale udržitelné soustavy
bez fosilních zdrojů. Pokud jsou vykáceny, dojde k
likvidaci obnovitelného cyklu a ztrátě úrodnosti
půdy, která se sotva hodí jako pastviny. Pokud se tam
založí plantáže, mohou existovat pouze při používání
fosilních hnojiv a stanou se trvale neudržitelné a
závislé na stupni vyčerpání fosilních
zdrojů.
Mnozí ze čtenářů by jistě mohli jmenovat
další případy neobnovitelného zacházení
s naší přírodou.
Pozn.:Spotřeba
umělých hnojiv v ČR v R. 2005 (ČSU):
Celkem 293 144 t
čistých živin
Dusík 316 390 t
Fosfor 45 923
t
Potaš 30 831 t
To je 100 kg na 1 ha. Od r. 2000 se v
rozmezí 1 % nezměnila