Jak to jest z tą parą wodną? Ludzie, którzy chcą usprawiedliwić spalanie paliw kopalnych, winę za globalne ocieplenie obarczają parę wodną, która co jak co, jest gazem cieplarnianym. Do tego jeszcze pojawiają się głosy, że w wyniku pracy silników wodorowych np. w samochodach powstaje para wodna. A to ma zwiększać problem zmiany klimatu. Jak jest?
Przede wszystkim musimy rozumieć właściwości pary wodnej – gazu, który ma 90% udziału we wszystkich gazach cieplarnianych znajdujących się w atmosferze. I już samo to działa na sceptyków antropogeniczności globalnego ocieplenia. Ten fakt o niczym jednak nie świadczy, a to dlatego, że para wodna to bardzo szczególny gaz, który bardzo szybko dostosowuje swoją zawartość w atmosferze do innych czynników, takich jak temperatura czy ciśnienie.
Ilustracja 1: Poziom nasycenia powietrza parą wodną (na poziomie morza) w zależności od temperatury. Im wyższa temperatura tym więcej może się zmieścić pary wodnej.
Woda trafia do atmosfery w wyniku parowania, którego tempo zależy od temperatury oceanu i powietrza. Kiedy powietrze zawiera zbyt dużo pary wodnej, to mamy opady deszczu, a w takiej sytuacji wilgotność maleje. Kiedy jest sucho, woda paruje i wilgotność rośnie – skala czasowa tego procesu jest liczona w dniach. To ile wody jest w stanie się znaleźć w atmosferze, zależy od temperatury. To naturalny cykl, który jest elementem pogody występującym od zawsze.
Czy jednak para wodna jest ważnym gazem cieplarnianym? I tak i nie. Para wodna może nakręcić ocieplenie klimatu jeśli będą rosły temperatury atmosfery. Im cieplej, tym więcej pary wodnej. Jest więc tak zwanym dodatnim sprzężeniem zwrotnym w klimacie, a więc czynnikiem wzmacniającym ocieplenie. I to bardzo dużym. Obecność wody i dodatnie sprzężenie związane z parą wodną mniej więcej podwaja wymuszenie radiacyjne początkowego czynnika zaburzającego. Wymuszanie radiacyjne jest zmianą bilansu promieniowania w atmosferze związaną z zaburzeniem w systemie klimatycznym. Zamiast ocieplenia o 5oC mamy ocieplenie o 11oC.
Tak więc para wodna jest dość groźnym czynnikiem biorącym udział w zmianie klimatu. W skrajnej sytuacji może dojść nawet do efektu tzw. rozbuchanej szklarni. To sytuacja, w której wzrost temperatury powoduje na tyle intensywne parowanie i szybki przyrost ilości pary wodnej w atmosferze, że ilość wypromieniowywanej w przestrzeń kosmiczną energii przestaje rosnąć – to tzw. granica Kombayashiego-Ingersolla. Planeta w takim stanie nie może wypromieniować w podczerwieni więcej energii. To oznaczałoby po prostu koniec świata. Na szczęście do osiągnięcia punktu krytycznego, który zaprowadziłby nas w świat rozbuchanej szklarni jest bardzo daleko. Ludzkość musiałaby spalić wszystkie paliwa kopalne jakie tylko są.
Z drugiej strony para wodna aż tak ważnym gazem nie jest. Sama z siebie nie powoduje ocieplenia klimatu, a jedynie je wzmacnia. Istotną rolę w zmianie globalnej temperatur odgrywają długo żyjące gazy cieplarniane. Najistotniejszym z nich jest ów niesławny gaz – dwutlenek węgla, czyli CO2. To zmiana ilości CO2 powoduje zmiany temperatur. Owszem, tu też wzrost temperatury powoduje wzrost ilości CO2, np. na skutek pożarów lasów. W przeszłości o zmianach klimatu decydowały głównie wulkany, ale też inne procesy geologiczne, jak i biologiczne.
W przeszłości bywały okresy, kiedy np. aktywność wulkaniczna i szerzej mówiąc geologiczna była bardzo duża, co prowadziło to do ogromnych ociepleń, jak w PETM – peloceńsko-eoceńskim maksimum termicznym. Z kolei silna erozja skał krzemianowych, a także wzmożony proces fotosyntezy, to zjawiska, które doprowadziły do tzw. Ziemi śnieżki – stanu, w którym cała planeta pokrywa się lodem. Para wodna też miała tu udział. Spadek temperatur związany z mniejszą ilością CO2 powodował spadek ilości pary wodnej, więc spirala się nakręcała. Wyjściu ze stanu Ziemi śnieżki pomagały wulkany i izolacja skał od atmosfery na skutek pokrycia lądu lodem, w wyniku czego nie było możliwości pochłaniania CO2.
Ale podsumujmy. Para wodna ma wpływ. Bez pary wodnej, podwojenie poziomu dwutlenku węgla ogrzałoby Ziemię o trochę ponad 1°C. Obecność wody i dodatnie sprzężenie pary wodnej mniej więcej podwaja ocieplenie będące rezultatem podwojenia koncentracji CO2. Trzeba mieć to na uwadze, ale uspokajamy – scenariusz rozbuchanego ocieplenia nam nie grozi, chyba że kolejne pokolenia zechcą dalej spalać węgiel, ropę i gaz tak, jak ma to miejsce obecnie. Ważne jest więc to, by ograniczyć emisje CO2, a nie zwalać winę na parę wodną.
A co z wodorem i obawami, że spalanie wodoru daje emisje pary wodnej? Nie. Spalanie wodoru nie daje żadnych emisji pary wodnej. Produktem spalania wodoru jest woda, o czym łatwo się przekonać trzymając nad płomieniem tlenowodorowym chłodny przedmiot metalowy o polerowanej powierzchni. W wyniku spalania wodoru powierzchnia ta pokrywa się nalotem drobnych kropelek rosy. I tyle w temacie. Ważne jest też to, że wodór energetycznie jest dwa, a nawet trzy razy mocniejszy niż tradycyjne paliwa. Gdyby więc nawet spalanie wodoru dawało parę wodną, to w znacznie mniejszym stopniu niż CO2 w wyniku spalania benzyny. A spalanie wodoru nie daje emisji CO2 – gazu, który utrzymuje się w atmosferze setki lat. Jedyny problem to sposób jego produkcji, co wiąże się z emisjami CO2, metanu (CH4). Ale technologie się rozwijają, i kwestie wszelkich śladów węglowych z czasem będą miały coraz mniej istotne znaczenie.
