Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteena on, että ilmaston lämpeneminen saadaan rajoitettua 1,5 asteeseen. Tämän perusteella on arvioitu, että ihmiskunta saa vapauttaa ilmakehään lisää hiilidioksidia enää noin 600 gigatonnia. Tällaista arviointia kutsutaan joskus globaaliksi hiilidioksidibudjetiksi.

Hiilidioksidibudjetti, GCP (engl.) 

1. Ihmiskunta käyttää energiaa vuodessa 163 000 TWh, ja hiilivoimaloissa vapautetaan tästä 27 %. Laske, monessako vuodessa hiilivoimalat vapauttavat kaiken hiilidioksidibudjetissa jäljellä olevan hiilidioksidin.
2. Paljonko 600 gigatonnia kasvattaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta nykyisestä 0,0412 prosentista? Voit tukeutua luvun 6.1 esimerkkitilanteeseen.
3. Miksi ihmiskunnalla on käytettävissä paljon vähemmän aikaa hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen kuin a-kohdassa laskettiin?

 

Ratkaisu:

a. Hiilen lämpöarvo kertoo, paljonko energiaa vapautuu poltettaessa yksi kilogramma hiiltä. Tarvittava hiilen määrä saadaan siis laskettua

[[$\quad m=\dfrac{E}{H}$]],

missä [[$E$]] on vuodessa hiilestä vapautettava energiamäärä: [[$E=163\,000\text{TWh}\cdot 0,27=1{,}584\,36\cdot 10^{20}\text{ J}$]] ja [[$H=30\text{ MJ/kg}$]] on kivihiilen lämpöarvo.

Jos poltettava kivihiili olisi puhdasta hiiltä, koko määrä yhdistyisi hapen kanssa hiilidioksidiksi. Yhtä hiiliatomia kohden tarvitaan kaksi happiatomia ja nämä yhdessä muodostavat hiilidioksidimolekyylin. Hiilen moolimassa on 12,01 g/mol ja hapen 16,00 g/mol, joten hiilidioksidin moolimassa on

[[$\quad M\left(\text{CO}_2\right)=12{,}01\text{ g/mol}+2\cdot 16{,}00\text{ g/mol}=44{,}01\text{ g/mol}$]].

Hiilidioksidia syntyy siis hiilen massaan suhteessa 44,01 : 12,01. Vuodessa syntyvän hiilidioksidin massa on näin ollen

[[$\quad m\left(\text{CO}_2\right)=\dfrac{44{,}01}{12{,}01}\cdot m\left(\text{C}\right)=\dfrac{44{,}01}{12{,}01}\cdot\dfrac{1{,}584\,36\cdot 10^{20}\text{ J}}{30\,000\,000\text{ J/kg}}=1{,}935\cdot 10^{13}\text{ kg}\approx 19\text{ Gt}$]]

Tällä vuosipäästöllä globaali hiilidioksidibudjetti tulisi kulutettua

[[$\quad\dfrac{600}{19{,}4}=30{,}9\dots\approx 31$]] vuodessa.

b. Esimerkkitilanteessa on laskettu, että 10 vuodessa 6 750 Hanasaaren voimalaitosta kasvattavat hiilidioksidipitoisuutta 0,002 43 %. Yksi Hanasaaren voimalaitos käyttää esimerkkitilanteen mukaan hiiltä vuodessa [[$7{,}82\cdot 10^8\text{ kg}$]]. Näistä tiedoista voidaan verrannolla ratkaista, paljonko 600 gigatonnia kasvattaa hiilidioksidipitoisuutta.

600 gigatonnia vastaa [[$\dfrac{6\cdot 10^{14}\text{ kg}}{7{,}82\cdot 10^8\text{ kg}}=767\,263{,}42\dots$]] kappaletta Hanasaaren voimaloiden vuosipäästöjä.

Toisaalta yksi Hanasaaren voimala kasvattaa vuodessa ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta

[[$\quad\dfrac{0{,}002\,43}{10\cdot 6\,750}=0{,}000\,000\,036$]] prosenttia.

Näin ollen 600 gigatonnia kasvattaa ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta

[[$\quad 767\,263{,}4\cdot 0{,}000\,000\,036=0{,}027\,621\dotso\approx 0{,}028$]] prosenttia.

Kun tätä verrataan nykyiseen hiilidioksidipitoisuuteen 0,0412 %, nähdään, että kasvu olisi yli 50 % nykyisestä jäljellä olevalla hiilidioksidibudjetilla.

c. A-kohdassa oletettiin hiilivoima ainoaksi hiilidioksidin lähteeksi. Muita merkittäviä lähteitä ovat myös liikenteessä ja lämmityksessä käytetyt öljypohjaiset polttoaineet sekä maakaasu.