Κλιματική αλλαγή και το διοξείδιο του άνθρακα CO2

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η εργασία πραγματεύεται το θέμα της κλιματικής αλλαγής, τη σχέση της με το διοξείδιο του άνθρακα, το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου και τις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Με μία ιστορική αναφορά εισάγεται η αρχική θεώρηση για το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου, ενώ με στοιχεία των αερίων του θερμοκηπίου και της ηλιακής ακτινοβολίας αποδεικνύεται η άσχετη διασύνδεση του κατηγορούμενου αερίου με τις κατηγορίες που του προσάπτουν. Εξετάζονται παράγοντες στους οποίους οφείλεται η αύξηση της θερμοκρασίας στον αέρα του περιβάλλοντος και υπολογίζεται η συνεισφορά τους σ’ αυτήν την αύξηση. Εξετάζεται η λειτουργία των πιο διαδεδομένων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η συμβολή τους στην αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα όπως και στα έντονα καιρικά φαινόμενα. Η εργασία απαντά τεκμηριωμένα στα αίτια που δημιουργούν τις αλλαγές στο κλίμα και θέτει ερωτήματα για την ασκούμενη πολιτική στο θέμα αυτό, στην κατεύθυνση επίλυσης του προβλήματος ή μείωση των επιπτώσεών του. Σκοπός της εργασίας είναι η εκπαιδευτική κοινότητα να έχει στα χέρια της εργαλείο με για σωστότερη χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και πραγματική προστασία του περιβάλλοντος. 

ΛΕΞΕΙΣ-ΚΛΕΙΔΙΑ:κλιματική αλλαγή, φαινόμενο του θερμοκηπίου, ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Εισαγωγή

Σημαντικό θέμα των σύγχρονων κοινωνιών είναι οι αισθητές αλλαγές στο κλίμα σε παγκόσμιο επίπεδο που θεωρείται ότι οφείλονται στην ανθρώπινη δραστηριότητα συνδεμένη με καύση ορυκτών καυσίμων, τις εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα CO₂ όπως και άλλων αερίων  ενταγμένα στην ομάδα των αερίων του θερμοκηπίου. Οι μεταβολές αυτών των αερίων θεωρούνται σημαντικές και σύμφωνα μ’ αυτές κρίνεται η ανάπτυξη τεχνολογικών εξελίξεων για τον ενεργειακό εξοπλισμό που παράγεται και χρησιμοποιείται. Παρά τη σημαντικά οργανωμένη προσπάθεια σε παγκόσμιο επίπεδο και δράσεις μείωσης των αρνητικών επιπτώσεων στο κλίμα, όπως συμμετοχή των ΑΠΕ κατά 28,7% ^[8] στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας στον πλανήτη δεν μειώνεται και συχνότερα εμφανίζονται έντονα καιρικά φαινόμενα. Η αναποτελεσματικότητα των μέτρων που λαμβάνονται σε παγκόσμιο επίπεδο δίνει τη δυνατότητα να αμφισβητείται η παγιωμένη αντίληψη για το ποια είναι η πραγματική αιτία της κλιματικής αλλαγής και ποιες θα είναι οι επιπτώσεις εάν συνεχιστεί η ίδια πολιτική σε τοπικό και γενικευμένα σε παγκόσμιο επίπεδο.        

Σκοπός της εργασίας είναι η τεκμηριωμένη αμφισβήτηση της διασύνδεσης των κλιματικών αλλαγών με το διοξείδιο του άνθρακα CO₂, παρουσιάζοντας στοιχεία για παράγοντες που επηρεάζουν την κλιματική αλλαγή, τη λειτουργία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και τη σχέση τους με τις κλιματικές αλλαγές και τα έντονα καιρικά φαινόμενα που παρατηρούνται τον τελευταίο καιρό. Την παροχή στοιχείων στην εκπαιδευτική κοινότητα, εκπαιδευτές και εκπαιδευόμενους, για εμβάθυνση στο θέμα του περιβάλλοντος, της κλιματικής αλλαγής και τις επιπτώσεις στο περιβάλλον. Η νέα γενιά καλύτερα ενημερωμένη με επιστημονικά δεδομένα για την χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και τις δυνατότητες προστασίας του φυσικού περιβάλλον μπορεί να παρεμβαίνει αποτελεσματικότερα προς όφελος του ανθρώπου, του δομημένου και φυσικού περιβάλλον σε σχέση με τη δικιά μας γενιά.      

1. Στοιχεία περί του Φαινομένου του Θερμοκηπίου  

1.1  Ιστορικά Στοιχεία   

Η αύξηση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια ενός πλανήτη αναφέρθηκε πρώτη φορά τo 1824 από τον Γάλλο μαθηματικό Joseph Fourier ο οποίος την απέδωσε στη συγκράτηση της θερμότητας στην ατμόσφαιρα του πλανήτη. Το 1896 o Σουηδός χημικός Svante Arrhenius στη διδακτορική του διατριβή ονόμασε αυτή τη διαδικασία ως «Φαινόμενο του Θερμοκηπίου», θεωρώντας ότι:

«Η ραγδαία αύξηση της βιομηχανικής δραστηριότητας που εκπέμπει άνθρακα και άλλους ρύπους στον αέρα ίσως να μη διαφέρει, όσον αφορά τις επιπτώσεις στη κλιματική αλλαγή, από τα στοιχεία που εκλύθηκαν στην ατμόσφαιρα με την έκρηξη του ηφαιστείου Κρακατόα στην Ινδονησία το 1883». ^[1]

Ο πρωτεργάτης που εξήγησε και έδωσε όνομα στο Φαινόμενο του Θερμοκηπίου παρομοίασε τις επιπτώσεις από τις εκπομπές των βιομηχανιών και γενικά εστιών καύσης ορυκτών καυσίμων με τις εκλύσεις μαύρης σκόνης από το ηφαίστειο Κρακατόα του 1883. Ο Svante Arrhenius είχε δίκαιο για τις επιπτώσεις από την καύση των καυσίμων, που ήταν εκείνη την εποχή τα κάρβουνα, διότι από την ατελή καύση τους σε βιομηχανικές εστίες καύσης όπως και εστίες καύσης μεταφορικών μέσων (τρένα και βαπόρια), αποβαλλόταν στο περιβάλλον άκαυστος άνθρακας C σε μορφή ιπτάμενης μαύρης σκόνης. Ο ιπτάμενος άνθρακας C λόγου του μαύρου χρώματός του απορροφούσε περίπου το 98% της ενέργειας των ηλιακών ακτινών της επιφάνειας που κάλυπτε, μετατρέποντάς την σε θερμότητα και αυξάνοντας τη θερμοκρασία του αέρα στο περιβάλλον, όπως ήταν δηλαδή και οι επιπτώσεις από τη μαύρη σκόνη που πετούσε στην ατμόσφαιρα το ηφαίστειο Κρακατόα. Το ίδιο το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου όμως δεν οφείλεται μόνο σε εκπομπές βιομηχανιών και μεταφορικών μέσων, είναι ένα φυσικό φαινόμενο κατά το οποίο συστατικά του ατμοσφαιρικού αέρα και υδρατμοί που περιέχει, συγκρατούν τη θερμότητα, συμβάλλοντας στην αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειάς του.

1.2  Στοιχεία ηλιακής ακτινοβολίας, αέρια του θερμοκηπίου και ατμοσφαιρικού αέρα  

Η ηλιακή ακτινοβολία είναι ομάδα ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών αποτελούμενη από υπεριώδη, ορατή και υπέρυθρη ακτινοβολία με τα ποσοστά που παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα 1.

Η ηλιακή υπέρυθρη ακτινοβολία προσπίπτοντας σε στερεό σώμα (όπως τα ιπτάμενα σωματίδια άνθρακος) μετατρέπεται σε θερμότητα. Η ορατή ακτινοβολία, αναλόγως του χρώματος του σώματος στο οποίο προσπίπτει, μερικώς απορροφάται μετατρέποντάς την σε θερμότητα του σώματος και μερικώς αντανακλάται σε μορφή φωτός, αντιλαμβανόμενοι εμείς το αντίστοιχο χρώμα. Τα λευκά αντικείμενα απορροφούν το 65% της ορατής ηλιακής ακτινοβολίας ενώ τα μαύρα το 98%.

Στον 20^ο αιώνα περάσαμε στη γενικευμένη χρήση υγρών καυσίμων και σήμερα και σε αέρια καύσιμα (υγραέριο και φυσικό αέριο) έτσι ώστε οι εκπομπές μαύρης σκόνης εάν δεν εξαφανίστηκαν, ελαττώθηκαν σημαντικά (εξαιρούνται οι εκπομπές των αστικών λεωφορείων στη Θεσσαλονίκη). Συνεχίζει όμως να κατηγορείται ο άνθρακας  C ή μάλλον σήμερα το διοξείδιο του άνθρακα  CO₂  για το φαινόμενο του θερμοκηπίου και την κλιματική αλλαγή στον πλανήτη Γη. Το κατηγορούμενο και σήμερα διοξείδιο του άνθρακα CO₂  ως ρύπος  είναι ένα άοσμο, άχρωμο και άγευστο αέριο^[3], προϊόν καύσης των υδρογονανθράκων το οποίο συμπεριλήφθηκε στην ομάδα των αερίων του θερμοκηπίου που παρουσιάζονται στον πίνακα 2.

Τα ατμοσφαιρικά αέρια απορροφούν μόνο ορισμένα μήκη κύματος ενέργειας ενώ σε αλλά είναι διάφανα όπως φαίνεται και στο σχήμα 1

Σχήμα 1  Φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας και η συμπεριφορά της ατμόσφαιρας  ^[1]

Από το σχήμα 1 φαίνεται ότι μέρος της υπεριώδους ακτινοβολίας απορροφάται από το όζον O₃ της ατμόσφαιρας, οξυγόνο O₂ και υδρατμοί H₂O απορροφούν υπέρυθρη ακτινοβολία σε συγκεκριμένες συχνότητες εκπομπής και το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ απορροφά μέρος υπέρυθρης ακτινοβολίας χαμηλής έντασης, κάτω από 0,5 W/m²/nm, σε κάποια συχνότητα.  

Τα ατμοσφαιρικά αέρια είναι διάφανα ή ημιδιάφανα για τις ηλιακές ακτίνες και την υπέρυθρη γήινη εκπομπή προς το διάστημα σε κάποιες συχνότητες ηλεκτρομαγνητικής εκπομπής. Το ποσοστό διαφάνειάς τους στο φάσμα εκπομπών παρουσιάζεται παρακάτω στο σχήμα 2 από την οποία φαίνεται ότι το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ δεν είναι τόσο ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου όσο είναι οι υδρατμοί Η₂Ο που σε ευρύτερο φάσμα συχνοτήτων παρουσιάζουν αδιαφάνεια με σημαντικότερες επιπτώσεις, όμως δεν κατηγορούνται οι υδρατμοί. Το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ είναι αδιαφανές αέριο σε συγκεκριμένο στενό φάσμα συχνοτήτων με την ευρύτερη επίδραση του σε συχνότητες μικρής ενεργειακής έντασης όπως φαίνεται στα σχήματα 1 και 2.   

Το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ είναι ένα από τα φυσικά συστατικά του ατμοσφαιρικού αέρα που αναπνέουμε, τα οποία παρουσιάζονται στον πίνακα 3 και η συμμετοχή του δεν είναι τυχαία.

Τα φυτά στη Γη με την ηλιακή ακτινοβολία κάνουν φωτοσύνθεση, διαδικασία κατά την οποία  απορροφάται το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ από τον αέρα του περιβάλλοντος,δεσμεύεται ο άνθρακας  C  στα φυτά και απελευθερώνεται το οξυγόνο O₂ στο περιβάλλον. Στο δάσος νιώθουμε ευχάριστα, διότι ο αέρας είναι πλούσιος σε οξυγόνο O₂ που αποβάλουν τα δέντρα κατά τη φωτοσύνθεσή τους. Τα δέντρα δεσμεύουν τον άνθρακα C από τον αέρα και με το υδρογόνο Η₂ του νερού της γήινης υγρασίας δημιουργούν χημικές ενώσεις που σχηματίζουν τον κορμό τους. Σε μεγάλα υψόμετρα στα βουνά όμως δεν ευδοκιμούν δέντρα που απαιτούν ποσότητες CO₂ για να δημιουργηθεί ο κορμός τους με τους υδρογονάνθρακες. η βλάστηση χαμηλώνει, επικρατούν βρύα και λειχήνες έως και παντελή έλλειψη φυτών.

Από αυτούς τους κορμούς η ανθρωπότητα τροφοδοτούνταν με ενέργεια για δεκάδες χιλιάδες χρόνια (από την εποχή του Προμηθέα), από αυτούς τους κορμούς σχηματίζονται σε διάρκεια εκατομμύριων χρόνων στα έγκατα της Γης οι υδρογονάνθρακες, κάρβουνα, πετρέλαιο, φυσικό αέριο και τα χρησιμοποιούμε εμείς σήμερα. Από το περιεχόμενο σε διοξείδιο του άνθρακα CO₂  στην ατμόσφαιρα εξαρτάται η φυτική παραγωγή στη Γη.  

Εύλογα μπορεί να τεθεί το ερώτημα :

- Τι θα γίνει με την φυτική παραγωγή στη Γη εάν το ποσοστό του διοξειδίου του άνθρακα CO₂ στην ατμόσφαιρα μειωθεί, όπως ζητείται επίμονα τα τελευταία χρόνια;    

Προφανώς θα μειωθεί και η φυτική παραγωγή. Αυτό το γνωρίζουν οι εργαζόμενοι στα θερμοκήπια, ότι φτωχαίνοντας σε διοξείδιο του άνθρακα CO₂ η ατμόσφαιρα του θερμοκηπίου μειώνεται η παραγωγή τους, επιβραδύνεται η ανάπτυξη των φυτών, διότι το διοξείδιο του άνθρακα στον ατμοσφαιρικό αέρα είναι τροφή για τα φυτά. Έτσι αναγκάζονται να φέρουν CO₂ με δεξαμενές και να τροφοδοτήσουν τεχνητά τα φυτά με την απαραίτητη για την ανάπτυξή τους τροφή. Σε νότιες χώρες όπως η Ελλάδα το να φτωχαίνει ο αέρας του θερμοκηπίου από το διοξείδιο τουάνθρακα CO₂ είναι γνωστό, όμως λόγω των ευνοϊκών καιρικών συνθηκών η αντιμετώπιση γίνεται ανοίγοντας τα ανοίγματα του θερμοκηπίου και εισάγοντας καθαρό αέρα πλούσιο σε διοξείδιο του άνθρακα. Είναι κοινή γνώση των γεωπόνων ότι με αυξημένα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα CO₂ στο περιβάλλον επιτυγχάνεται αυξημένη ανάπτυξη των φυτών και συγκεκριμένα με συγκέντρωση 1000 ppm CO₂ στον αέρα η ανάπτυξη των φυτών επιταχύνεται έως και 50%. ^[3]

Το ίδιο γίνεται και στη φύση, μειώνοντας το ποσοστό του διοξειδίου του άνθρακα CO₂ στην ατμόσφαιρα μειώνεται η φυτική παραγωγή, όμως καλύτερα να μη κάνουμε τέτοιο πείραμα, διότι θα πεινάσουμε όλοι, μέχρι να ισορροπήσει το Γήινο περιβάλλον σε άλλο επίπεδο ευστάθειας.

Η αρμονική λειτουργία της φύσης έχει καθορίσει τα χαρακτηριστικά του διοξειδίου του άνθρακα CO₂ έτσι ώστε με το μεγαλύτερο ειδικό βάρος του (βλέπε πίνακα 2) σε σχέση με του υπόλοιπου αέρα να κατευθύνεται  προς τα κάτω, στην επιφάνεια της γης όπου το χρειάζονται τα φυτά ως τροφή για την ανάπτυξή τους.

Στο σχήμα 3 που ακολουθεί παρουσιάζεται σε μορφή διαγράμματος η καταγεγραμμένη αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα CO₂, του μεθανίου CH₄, του υποξείδιο του αζώτου N₂O και μερικών χλωροφθορανθράκων (CFC's), που παρατηρείται τα τελευταία 45 χρόνια.

Εν συνεχεία στο σχήμα 4 παρουσιάζονται οι ροές του διοξειδίου του άνθρακα CO₂ από τις γήινες δραστηριότητες και την ατμόσφαιρα σύμφωνα με τον IPCC, από την οποία φαίνεται ότι πηγές εκπομπής του διοξειδίου του άνθρακα δεν είναι μόνο οι καύσεις ορυκτών καυσίμων αλλά υπάρχουν και άλλες φυσικές πηγές που το εκπέμπουν.

Οι ωκεανοί εκπέμπουν 78,4 μονάδες CO₂ και λαμβάνουν 80 μονάδες, δηλαδή προσλαμβάνουν περισσότερο CO₂  κατά 1,6 μονάδες σε σχέση με αυτό που εκπέμπουν. Στη στεριά εκπέμπονται 1,0+7.8+1,1+118,7+0,1=128,7 μονάδες CO₂ προς την ατμόσφαιρα ενώ προσλαμβάνονται 123,3 μονάδες, δηλαδή 5,4 μονάδες πλεόνασμα. Αυτή η διαφορά όμως δύναται να οφείλεται στη μειωμένη κατανάλωση διοξειδίου του άνθρακα και όχι κατ’ ανάγκη στην αυξημένη εκπομπή του. Συνολικά 5,4 - 1,6 = 3,8 μονάδες είναι το πλεόνασμα του CO₂ ή 0,9% των διακινούμενων ποσοτήτων διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.

Στον πίνακα 4 που δίνει ο IPCC αναφέρονται οι θερμικές επιπτώσεις από αέρια θερμοκηπίου σε σύγκριση με το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ που λαμβάνεται ως πρότυπη μονάδα και από τον οποίο πίνακα φαίνεται ότι τα αναφερόμενα αέρια είναι, δεκάδες, εκατοντάδες και χιλιάδες φορές πιο δραστικά στις επιπτώσεις θέρμανσης του πλανήτη σε σχέση με το διοξείδιο του άνθρακα CO₂.

Το 2020 ο Παγκόσμιος Μετεωρολογικός Οργανισμός του ΟΗΕ (WMO of UN) σε έκθεση του αναφέρει ότι παρά τον εγκλεισμό μας (lockdown) σε παγκόσμιο επίπεδο και τη μείωση της βιομηχανικής δραστηριότητας, των μεταφορών και των αναμενόμενων εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα CO₂,το επίπεδο του από το Σεπτέμβρη του 2019 που ήταν στα 408,6ppm αυξήθηκε το Σεπτέμβρη του 2020 στα 411,5 ppm, δείχνοντάς μας ότι η μεταβολή της περιεκτικότητας αυτού του αερίου σαφώς δεν είναι ανάλογη με τις δράσεις μας για μείωση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής ^[10].Φαίνεται ότι με το να μειωθούν οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα CO₂ από τις βιομηχανίες και τις μεταφορές, που είναι μόνο 7,8 μονάδες ^[4], δεν σημαίνει ότι θα σταματήσει η έκκληση του στην ατμόσφαιρα διότι :

- Δεν σταματούν οι εκπομπές CO₂ από τις δασικές πυρκαγιές που κάθε χρόνο αυξάνει η έκταση και η έντασή τους και σήμερα είναι ~ 118,7 μονάδες. 

- Δεν σταματούν οι εκπομπές CO₂ από φυσικές πηγές ανθρακούχων υδάτων που είναι 1 μονάδα.

- Δεν σταματούν οι εκπομπές CO₂ των ηφαιστείων που είναι 0,1 μονάδες  

- Δεν μετράμε το CO₂ που εκπνέουν άνθρωποι και ζώα, (~1 kg CO₂ /άτομο ημέρα) τη φυσική διαδικασία κάθε ζωντανού οργανισμού να εισπνέει αέρα και να εκπνέει CO₂.

- Δεν μετράμε το CO₂ που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα από τις σαμπάνιες, μπίρες, αναψυκτικά, φυσικά ανθρακούχα νερά και τσιγάρα που χρησιμοποιούμε.

Ακόμα και να μηδενιστούν οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα CO₂ από την καύση ορυκτών καυσίμων θα διαπιστωθεί μετά από καιρό ότι η μείωση αυτή από βιομηχανίες και μεταφορές δεν έχει την αναμενόμενη επίδραση στη συμμετοχή αυτού του αερίου στον ατμοσφαιρικό αέρα διότι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα δεν γίνονται μόνο με την καύση ορυκτών καυσίμων. Ο κάθε άνθρωπος εκπέμπει κάθε ημέρα περίπου 1 kg CO₂ στην ατμόσφαιρα όμως αυτό δεν είναι ρύπος, είναι η δική μας συμμετοχή στον κύκλο του άνθρακα C στην Γη. ^[3] 

Η έκλυση μεθανίου CH₄ στον ατμοσφαιρικό αέρα έχει παρόμοια αυξητική πορεία με το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ όπως φαίνεται στα διαγράμματα στο σχήμα 3, όμως η σχεδόν παράλληλη αύξηση των δύο αερίων δεν εξηγείται με την αφήγηση της καύσης ορυκτών καυσίμων στην οποία λένε ότι οφείλεται η κλιματική αλλαγή, διότι η καύση ορυκτών καυσίμων και κάθε καύση δεν εκλύει μεθάνιο CH_4. Στο παρακάτω σχήμα 5 παρουσιάζονται οι εκπομπές του μεθανίου CH₄ προς την ατμόσφαιρα σύμφωνα με το IPCC ^[4] και φαίνεται ότι το μεθάνιο CH₄ έχει μόνο εκπομπές, δεν υπάρχουν καταναλωτές του. Είναι γνωστό ότι κάθε αποσύνθεση οργανικής ύλης, καταλήγει σε μεθάνιο CH₄  όπως τα υλικά στις χωματερές, τα κτηνοτροφικά απόβλητα, η νεκρή  βιομάζα στα δάση, τους βάλτους και γενικά στην ύπαιθρο. Η μεγαλύτερη αύξηση του μεθανίου CH₄ σε σχέση με το διοξείδιο του άνθρακα CO_2, (~2,5 φορές) στην ατμόσφαιρα, σύμφωνα με τον πίνακα 2, μπορεί να οφείλεται στην εγκαταλελειμμένη από τις σύγχρονες κοινωνίες δασική βιομάζα, που δεν αξιοποιείται όπως παλαιότερα ως πηγή ενέργειας.

 Η βιομάζα που θα προοριζόταν σε παλαιότερες εποχές (πριν τα μέσα του 20^ου αιώνα) για καύση και εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα CO₂ σήμερα εγκαταλείπεται στο δάσος και με την αποσύνθεσή της εκλύει μεθάνιο CH₄ στην ατμόσφαιρα. Η ενέργεια που θα είχε παραχθεί μ’ αυτή τη δασική βιομάζα πάλι εκπέμπει διοξείδιο του άνθρακα CO₂, όμως σήμερα αυτό προέρχεται από ορυκτά καύσιμα. Έτσι εξηγείται η μεγαλύτερη αύξηση του μεθανίου CH₄ σε σχέση με το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ όπως και η αύξηση των δασικών πυρκαγιών από τα μέσα του 20^ού αιώνα. Μετά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο άλλαξε το Ευρωπαϊκό ενεργειακό μοντέλο, εγκαταλείφθηκε το δάσος ως πηγή ενέργειας και μεταφέρθηκε αυτή στις πετρελαιοπηγές χωρών του Περσικού κόλπου. Έτσι στα δάση συσσωρεύεται η απορριπτόμενη νεκρή βιομάζα, πολύ καλή καύσιμη ύλη και σήμερα παρά την αύξηση του σύγχρονου μηχανολογικού εξοπλισμού καταπολέμησης των δασικών πυρκαγιών καίγονται τεράστιες εκτάσεις δάσους με κάθε ευκαιρία.  

1.3  Η φυσική λειτουργία του διοξειδίου του άνθρακα  CO₂

Στην εποχή μας βαφτίσαμε ρίπο το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ που εκπνέουμε όλοι μας, άνθρωποι, πανίδα και χλωρίδα. Αυτό πιθανόν να οφείλεται στην ανάγνωση της διδακτορικής διατριβής του Svante Arrhenius όπως τη διάβαζαν και κατανοούσαν τον 19^ο αιώνα. Το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ υπάρχει στον ατμοσφαιρικό αέρα πριν εμφανιστούμε οι άνθρωποι στο προσκήνιο της ιστορίας του πλανήτη Γη. Είναι αέριο που εκπέμπουν φυσικοί οργανισμοί (άνθρωποι, πανίδα και χλωρίδα) παράγοντας την απαραίτητη για τη ζωή τους ενέργεια. Οι κινητήρες των οχημάτων, μεταφορικών μέσων και μηχανημάτων για τον ίδιο λόγο το εκπέμπουν, για να παράγουν ενέργεια. Αποβάλλεται στον ατμοσφαιρικό αέρα από τους παραγωγούς του και το καταναλώνουν τα φυτά στην ανάπτυξή τους. Στον ατμοσφαιρικό αέρα το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ υπάρχει και θα υπάρχει ως μία ενδιάμεση αποθήκη του. Δίνει τη δυνατότητα στα φυτά με την φωτοσύνθεσή τους να αναπτυχτούν και η αύξηση της φυτικής παραγωγής (αγροτικές καλλιέργειες και δασική βλάστηση) απαιτεί αυξημένες ποσότητες CO₂ . Βέβαια δεν σημαίνει ότι με υπερβολικές εκπομπές CO₂ στο αστικό περιβάλλον θα αυξηθεί η φυτική παραγωγή στους αγρούς, σημαίνει μόνο δυσχερείς συνθήκες διαβίωσης στις πόλεις. 

Η Ευρωπαϊκή Ένωση ορίζει στις πόλεις να υπάρχουν πράσινες επιφάνειες περίπου 10m²/κάτοικο ενώ στη Θεσσαλονίκη τα πάρκα και οι πράσινες επιφάνειες της πόλης μόλις φτάνουν τα 2m²/κάτοικο.^[9] Πολλά δέντρα που συμμετέχουν στην κάλυψη αυτής της απαίτησης είναι άρρωστα (στην Τσιμισκή), σχεδόν χωρίς φύλλωμα. Άρα στη Θεσσαλονίκη μπορεί να μην φταίνε τα αυτοκίνητα για την αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα CO₂ όπως αφήνεται να φανεί με το αφήγημα διασύνδεσης του CO₂με την καύση ορυκτών καυσίμων αλλά η διαχρονική αμέλεια της δημοτικής αρχής να φροντίσει να αυξήσει τα πάρκα και τις πράσινες επιφάνειες της πόλης, που μπορεί να καταναλώσουν το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ που εκπέμπεται με την καύση καυσίμων.

Είναι γεγονός ότι οι κινητήρες των μεταφορικών μέσων εκπέμπουν σημαντικές ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα CO₂. Οι κατασκευαστές τους στην προσπάθεια μείωσης της κατανάλωσης  καυσίμων και εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα CΟ₂ προσφέρουν κινητήρες νέας τεχνολογίας. Κινητήρες και με πιο ευγενικά καύσιμα όπως το υγραέριο και το φυσικό αέριο για να επιτευχθεί η μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και του διοξειδίου του άνθρακα CΟ₂.

Υπάρχουν όμως και ανεύθυνες εταιρίες κατασκευής οχημάτων που ενδιαφέρονται περισσότερο για την αύξηση των εισπράξεων τους από τη μείωση των επιβλαβών εκπομπών από τους κινητήρες τους, όπως γνωστή γερμανική εταιρία αυτοκινήτων που δημιούργησε λογισμικό για να παραπλανεί τις ελεγκτικές αρχές κατά τον έλεγχο των οχημάτων τους με αποτέλεσμα αυξημένες εκπομπές των οχημάτων της. Εδώ υπαίτιος των αυξημένων εκπομπών CΟ₂ δεν είναι τα ορυκτά καύσιμα αλλά η πρακτική της συγκεκριμένης εταιρίας και η αμέλεια ή άρνηση της πολιτείας να απαιτήσει αποζημίωση ή επιβολή προστίμου για τις συνέπειες από την παράνομη δράση της εταιρίας.

Υπάρχουν μεταφορικές εταιρίες που δεν ενδιαφέρονται για τη μείωση κατανάλωσης καυσίμων και των επιβλαβών εκπομπών τους όπως Οργανισμοί Αστικών Συγκοινωνιών που δεν  μετέτρεψαν έστω μερικά λεωφορεία τους σε οχήματα καύσης φυσικού αερίου για να μειωθούν οι εκπομπές CΟ₂. Γνωστή και προσιτή τεχνολογία, με φθηνότερο και καθαρότερο καύσιμο. Πιθανότερο είναι Οργανισμοί Αστικών Συγκοινωνιών να ζητήσουν αύξηση της τιμής του εισιτηρίου για περιβαλλοντικούς λόγους παρά να περάσουν σε χρήση φυσικού αερίου στα λεωφορεία.

Η ισορροπία μεταξύ εκπομπών και κατανάλωσης διοξειδίου του άνθρακα CO₂ στην ατμόσφαιρα έχει διαρραγεί τα τελευταία χρόνια. Σημαντικές εκτάσεις δασών που καταναλώνουν ποσότητες αυτού του αερίου σε παγκόσμια κλίμακα καταστρέφονται (Σιβηρία, Καναδάς, Αμερική, Αμαζόνιος και τα δικά μας δάση) μειώνοντας τη δυνατότητα ισορρόπησης της εκπομπής και κατανάλωσης διοξειδίου του άνθρακα CO₂ στην ατμόσφαιρα.

Η μείωση της κατανάλωσης του διοξειδίου του άνθρακα από τα δάση σε συνδυασμό με την καύση ορυκτών καυσίμων οδηγεί στο αποτέλεσμα να αυξάνεται το διοξείδιο  του άνθρακα CO₂ στην ατμόσφαιρα όπως φαίνεται στα διαγράμματα του σχήματος 3. 

Η αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού απαιτεί αύξηση της διαθέσιμης τροφής, άρα αύξηση της φυτικής παραγωγής και αυξημένη κατανάλωση CO₂ της ατμόσφαιρας από τα φυτά. Συνεπάγεται ότι απαιτούνται αυξημένες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα CO₂ στον ατμοσφαιρικό αέρα για να ισορροπήσουν την αυξημένη κατανάλωση με την αυξημένη παραγωγή του και όχι η μείωση του CO₂ όπως επιχειρείται.  

2. Αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος

Κατηγορείται το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ για την αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος ενώ όπως φαίνεται από τον πίνακα 3 το ειδικό βάρος του είναι μεγάλο για να προσανατολισθεί το CO₂ στα υψηλά στρώματα της ατμόσφαιρας ώστε να είναι αυτό υπεύθυνο για την αύξηση της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας και η όποια συμμετοχή του σ’ αυτήν την αύξηση είναι πολύ μικρότερη από τη συμμετοχή των υδρατμών Η₂Ο όπως φαίνεται στο σχήμα 2. Έτσι δεν φαίνονται οι συμμετοχές στην αύξηση της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας από :

- Τις δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα ετησίως που καίνε 500.000 έως 1.000.000 στρέμματα δάσους σε μη ελεγχόμενες συνθήκες καύσης με επιπτώσεις στην ποιότητα του αέρα.

- Τις ανεξέλεγκτες καύσεις από αυταναφλέξεις χωματερών (όπως η μεγάλη πυρκαγιά στη χωματερή των Ταγαράδων στη Θεσσαλονίκη που έκαιγε εβδομάδες και μικρότερες περιφερειακές χωματερές που δεν αναφέρονται) με επιπτώσεις στην ποιότητα του αέρα. 

- Την απορριπτόμενη θερμότητα στο περιβάλλον από κινητήρες εσωτερικής καύσης, Ατμο Ηλεκτρικούς Σταθμούς, οικιακή θέρμανση, κλιματισμό και άλλες τεχνολογίες.

2.1  Τεχνολογίες παραγωγής ωφέλιμου έργου και θερμοκρασία του περιβάλλοντος

Η συμμετοχή των διαφόρων διαθέσιμων τεχνολογιών στην αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα με την αποβαλλόμενη στο περιβάλλον θερμότητα τους φαίνονται  στον πίνακα 5. 

Από τον πίνακα 5 διαπιστώνεται ότι οι τεχνολογίες παραγωγής ωφέλιμου έργου που χρησιμοποιούνται και σήμερα αποβάλλουν σημαντικές ποσότητες θερμική ενέργεια στο περιβάλλον και οι περισσότερες απορρίπτουν περισσότερο θερμότητα από το ωφέλιμο έργο για το οποίο κατασκευάστηκαν.

Από τα ποσοστά του πίνακα 5 μπορεί να ειπωθεί ότι η παραγωγή ωφέλιμης μορφής ενέργειας είναι πάρεργο στο κύριο έργο απόρριψης θερμότητας προς το περιβάλλον. Αυτό δεν αναφέρεται ως αιτία για την αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος ενώ η λειτουργία κάθε μηχανήματος αποβάλλει στο περιβάλλον σημαντικά ποσά  θερμότητας.

Ο αέρας του περιβάλλοντος στη χώρα μας είναι ένα παραλληλεπίπεδο μήκους 1000 km,

πλάτους 1000 km και ύψους 3km που περιέχει 1000.000 * 1000.000 * 3.000 * 1,25 = 3,75.10¹⁵ kg αέρα. Σύμφωνα με τη εξίσωση  Q = m.c_p.ΔΤ η μάζα των 3,75.10¹⁵ kg αέρα με  θερμοχωρητικότητα c_p= 1kJ/kg°K θα αυξήσει τη θερμοκρασία της κατά 1°C  με

  3,75 . 10¹⁵ kg . 1kJ/kg°K . 1°C  = 3750 . 10¹² kJ  ή   3750 . 10¹²/3600 =  1,04 . 10⁹ MWh θερμότητα.

Κάθε χρόνο κατά μέσο όρο στην Ελλάδα παράγονται 50.10⁶ MWh ηλεκτρική ενέργεια η οποία με βαθμό  μετατροπής  των ΑΗΣ  35%  σημαίνει ότι στην ατμόσφαιρα αποβάλλεται  1 - 35% =  65%  της πρωτογενής ενέργειας των καυσίμων, λιγνίτης  για την περίπτωση μας.

50 . 10⁶ / 0,35= 142,8 . 10⁶ MWh πρωτογενούς ενέργεια του λιγνίτη

και στο περιβάλλον τελικά αποβάλλονται    142,8 . 10⁶ MWh * 0,65 = 92,8  MWh  θερμότητα

ικανή να αυξήσει τη θερμοκρασία του αέρα στη χώρα μας μάζας 3,75 . 10¹⁵ kg κατά  

92,8 . 10⁶ / 1040 . 10⁶ = 0,08°C ετησίως.

Η αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα αυτή προκύπτει μόνο από την απορριπτόμενη θερμότητα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τους ΑΗΣ κάθε χρόνο. Προσθέτοντας και την κατανάλωση καυσίμων για την κίνηση και θέρμανση όπως και τη θερμότητα από τις πυρκαγιές  είναι λογικό να υπάρχει η συνεχόμενη αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα που προκαλούμε με τις δραστηριότητές μας επιλέγοντας τις συγκεκριμένες τεχνολογίες. 

Θερμότητα στο περιβάλλον αποβάλλουν και μηχανήματα που δεν είναι σε λειτουργία, όπως τα μαύρα αυτοκίνητα (οι κρατικές λιμουζίνες). Χωρίς να λειτουργούν οι μαύρες λιμουζίνες, μόνο σταθμευμένες και εκτεθειμένες στον ήλιο το καλοκαίρι με ένταση 1000 W/m² και διαστάσεις οχήματος μήκος  4,5m  και πλάτος 1,6m εκπέμπουν

4,5m * 1,6m = 7,2m²     =>    7,2 m² * 1000 W/m² * 0.98 = 7,0 kW θερμότητα.

Μετατρέποντας το 98% της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει επάνω τους σε θερμότητα και  αποβάλλοντάς την άμεσα στον αέρα αυξάνοντας τη θερμοκρασία του, όπως και κάθε μαύρη επιφάνεια.  Γι’ αυτό στην ελληνική παράδοση τα περισσότερα αντικείμενα είναι λευκά και ανοιχτόχρωμα όπως τα σπίτια με λευκούς τοίχους και οροφές ειδικά στα νησιά μας, λευκές βάρκες, λευκές παραδοσιακές φορεσιές, ρούχα ακόμα και τα μνημεία μας είναι από λευκό μάρμαρο.

Κατηγορείται το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ στον αέρα_, δηλαδή το συστατικό με 0,03% σε όγκο ή 0,04% σε βάρος (δες πίνακα 2) του ατμοσφαιρικού αέρα ότι προκαλεί την αύξηση της θερμοκρασίας στη Γη. Έτσι αφού βρέθηκε ο «υπαίτιος» της κλιματικής αλλαγής και με την μονομερή πληροφόρηση που πείσθηκε μεγάλο ποσοστό του πληθυσμού, τώρα ψάχνουν να βρουν μέθοδο αποθήκευσής του CO₂ για να κατασκευαστεί και εγκατασταθεί εξοπλισμός παράγοντας τυπικά κάποιο κέρδος. Όπως παράγεται σήμερα κέρδος πουλώντας και αγοράζοντας δικαιώματα εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα CO₂ .

Μπορεί να επιλεχτεί και απλούστερη μεθοδολογία, για την αποθήκευση του διοξειδίου του άνθρακα CO₂, χωρίς πολύπλοκα τεχνικά συστήματα, όπως το παράδειγμα της Κίνας που φύτεψαν δένδρα και πρασίνισαν την έρημο Maowusu έκτασης 42200 τετραγωνικών χιλιομέτρων. Μία άνυδρη αφιλόξενη περιοχή των τελευταίων 1000 ετών σήμερα παράγει οξυγόνο Ο₂ δεσμεύοντας το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ της ατμόσφαιρας στον κορμό των δέντρων της. Έτσι η Κίνα εκπληρώνει τις υποχρεώσεις της για τη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα CO₂ που επιβάλλουν οι διεθνείς δεσμεύσεις της βελτιώνοντας και τις συνθήκες διαβίωσης των πολιτών της. Εφόσον οι κινέζοι κατάφεραν να πρασινίσουν έρημο.

- Γιατί εμείς δεν αναδασώνουμε συμβατικά εδάφη;

- Γιατί δεν αυξάνουμε την επιφάνεια των δέντρων στις πόλεις μας ;

- Γιατί δεν καθαρίζουμε τα δάση μας από τη νεκρή βιομάζα της, προστατεύοντάς τα από πυρκαγιές και καταλήξαμε να καίγονται σπίτια, περιουσίες και άνθρωποι μαζί τους ;  

- Μήπως διότι το φύτευμα 10 δέντρων έχει μικρότερο κέρδος από τα 10m³ τσιμέντο;

- Μήπως διότι εγκαταλείφθηκαν τα δάση ως πηγή ενέργειας από τα μέσα του 20^ου αιώνα και μεταφέρθηκε η πηγή ενέργειας μας στον Περσικό κόλπο και “κοντύτερη” Σιβηρία;

- Μήπως διότι κανένας υπεύθυνος κρατικός παράγοντας δεν ανέλαβε την ευθύνη του για την μη έγκυρη και αποτελεσματική κατάσβεση των πυρκαγιών τα τελευταία 50 χρόνια;

- Μήπως διότι ο πυρόπληκτος μετά εργάζεται διπλάσια για να αποκαταστήσει τις ζημιές που του προξένησε η πυρκαγιά και αυτό καταγράφεται ως αύξηση του κρατικού ΑΕΠ;

1.1         Η θερμομόνωση και η θερμοκρασία του περιβάλλοντος

Τεχνολογία που εφαρμόζεται εδώ και πολλά χρόνια στην προσπάθεια μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας για τη θέρμανση και κλιματισμό των κατοικιών είναι η θερμομόνωση. Από τη μελέτη θερμικών απωλειών κτιρίου φαίνεται ότι απαιτείται αύξηση της αντίστασης στη θερμική ροή από το θερμαινόμενο χώρο προς το περιβάλλον για να μειωθούν οι ενεργειακές ανάγκες και  εφαρμόζεται θερμομόνωση στα κτίρια προσφέροντας μία θερμική άνεση σ’ αυτά.  Η μέθοδος λειτουργεί αρκετά καλά σε χώρες του βορρά με τη μικρή τους ηλιοφάνεια. Η θερμομόνωση φέρνει ισχυρή αντίσταση στην ενεργειακή ροή από μέσα προς τα έξω όπως και από έξω προς τα μέσα, με αποτέλεσμα η θερμική άνεση στο κτίριο να οφείλεται μόνο στην αγορασμένη ενέργεια. Στο νότο όπως στην Ελλάδα ο δραστήριος θεός του ήλιου Απόλλωνας και τη χειμερινή περίοδο παρέχει υψηλή ηλιοφάνεια. Σε κτίρια κατασκευασμένα έως και τις αρχές του 20^ου αιώνα μπορεί σχετικά εύκολα να διαπιστωθεί πως στα κτίρια διατηρούνται συνθήκες θερμικής άνεσης χωρίς τα υψηλής τεχνολογίας συστήματα θέρμανσης και κλιματισμού. Σε αρχαιολογικές ανασκαφές βρέθηκαν τοίχοι με διαφορετικά πάχη προς τους διαφορετικούς προσανατολισμούς.

Η θερμομόνωση προστατεύει από τις απώλειες θερμικής ενέργειας αλλά απομονώνει το κτίριο από τη δυνατότητα αυτό να δέχεται τη δωρεάν ηλιακή ενέργεια το χειμώνα και να μην έχει μεγάλες ανάγκες κλιματισμού το καλοκαίρι. Αυτό φαίνεται ότι το γνώριζαν στην αρχαιότητα και διαμόρφωναν με διαφορετικό πάχος τους τοίχους προς το νότο που αναλάμβανε τον ρόλο της αποθήκης θερμότητας προερχόμενη από την ηλιακή ενέργεια.  Έτσι δυσχεραίνει τη θερμική ροή από μέσα προς τα έξω το χειμώνα και καθυστερεί με τον όγκο της την μεταφορά θερμότητας από έξω προς τα μέσα διατηρώντας το χειμώνα και το καλοκαίρι καλύτερες θερμικές συνθήκες σε σχέση με τα σύγχρονά μας συστήματα και αυτό χωρίς μεγάλη ενεργειακή κατανάλωση.

Με την εξωτερική θερμομόνωση που εφαρμόζεται τελευταία μειώνεται η θερμική μάζα της πλευράς του τοίχου που βλέπει ο ήλιος, αυξάνεται γρήγορα η θερμοκρασία του και εκπέμπει την ενέργεια που μετέτρεψε από τον ήλιο στο περιβάλλον σε μορφή θερμότητας με αποτέλεσμα την περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα χειμώνα και καλοκαίρι. Η θερμομόνωση  εξασφαλίζει η θερμική άνεση που επιτυγχάνεται εντός του κτιρίου να οφείλεται αποκλειστικά στην αγορασμένη ενέργεια μηδενίζοντας τη συνεισφορά του χειμερινού ήλιου και ούτε προστατεύει το κτίριο από τις δυνατές του ακτίνες το καλοκαίρι. Αυξάνοντας τη θερμοκρασία του αέρα στο περιβάλλον, αποτέλεσμα της εξωτερικής θερμομόνωσης, αυξάνεται και η απαιτούμενη ενέργεια για τη λειτουργία των κλιματιστικών μηχανημάτων. Διότι αυτά πρέπει να αποβάλλουν τη θερμότητα που λαμβάνουν από το εσωτερικό του κτιρίου στην υψηλότερη θερμοκρασία πια του αέρα περιβάλλοντος. Αύξηση που σημαίνει γενική αύξηση κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας, αύξηση της χρήσης πρωτογενούς ενέργειας με τις σχετικές εκπομπές τους.

Έτσι δεν θα πρέπει να μας εντυπωσιάζει η αύξηση της θερμοκρασίας στο περιβάλλον τον τελευταίο καιρό, ούτε η κλιματική αλλαγή την οποία προκαλούμε μόνοι μας για να έχουν εξασφαλισμένη πελατεία και πωλήσεις οι εταιρίες παροχής ενέργειας.  

Μπορεί να διδαχτούμε από τους αρχαίους προγόνους μας διαφοροποιώντας τη θερμική συμπεριφορά της κάθε επιφάνειας του κτιρίου, αξιοποιώντας τη δωρεάν ενέργεια που μας προσφέρει άφθονα και αφιλοκερδώς ο ήλιος μας και από τη σύγχρονη τεχνολογία των μονωτικών υλικών όμως όλα αυτά προσαρμοσμένα στις πραγματικές ανάγκες του κτιρίου ενταγμένο στο αντίστοιχο περιβάλλον του. 

3    Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Κατηγορώντας τα ορυκτά καύσιμα για τις κλιματικές αλλαγές, στράφηκαν οι κοινωνίες προς νέες τεχνολογίες παραγωγής ωφέλιμης, εύχρηστης μορφής ενέργειας όπως η ηλεκτρική ενέργεια από πηγές ανεξάρτητες των ορυκτών καυσίμων, τις λεγόμενες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Τεχνολογίες αξιοποίησης του ηλιακού φωτός, του ανέμου, την ενέργεια κυμάτων και παλίρροιας, το μεθάνιο αναερόβιας χώνεψης, την ενέργεια βιομάζας, τις μικρές υδατοπτώσεις, τη γεωθερμία (πλούσια η χώρα μας) και άλλες. Μεγάλη εφαρμογή βρήκαν πάρκα φωτοβολταϊκών επιφανειών και ανεμογεννήτριες με τα οποία ασχολείται εν συνεχεία η εργασία στην κριτική ανάλυσή της.    

3.1     Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με φωτοβολταϊκές κυψέλες είναι καινούργια μέθοδος, δημιουργήθηκε τον 20^ο αιώνα για διαστημικές εφαρμογές και εφαρμόζεται σε γήινες εφαρμογές από τις αρχές του 21^ου αιώνα. Τα ενημερωτικά φυλλάδια των παραγωγών εταιριών  αναφέρουν το βαθμό μετατροπής της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία με βάση την ένταση ηλιακής ακτινοβολίας 1000 W/m² οι φωτοβολταϊκές κυψέλες παράγουν 150 με 180 Wp^[12]. Αυτό σημαίνει ηλεκτρική ισχύς έως 180 W/m² μέγιστο από τα διαθέσιμα 1000 W/m² της ηλιακής ακτινοβολίας. Ο βαθμός αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας με φωτοβολταϊκές κυψέλες στο 18% είναι πολύ καλός βαθμός, λαμβάνοντας υπόψη το ανώτατο θεωρητικό όριο Shockley–Queisser  των 30% που θα μπορούσε να επιτευχθεί με αυτήν την τεχνολογία.^[14]  Η υπόλοιπη ηλιακή ενέργεια περίπου 80% μετατρέπεται σε θερμότητα λόγω του σκούρου χρώματος των ηλιακών επιφανειών, μαύρο ή μπλε, όπως σε κάθε σκουρόχρωμη επιφάνεια, αποβάλλοντας τη θερμότητα άμεσα στον αέρα του περιβάλλοντος, συν ένα μικρό ποσοστό περίπου 2% που αντανακλάται από τις επιφάνειες σε μορφή φωτός. Έτσι εγκατεστημένες φωτοβολταϊκές επιφάνειες 1000 m² επί εδάφους δίνουν 180 kWp (μέγιστο 180kW) ηλεκτρική ενέργεια για το δίκτυο και 800kW θερμότητα που αποβάλλεται στον αέρα. Θερμική ενέργεια  σημαντικά μεγαλύτερη σε σχέση με την αποβαλλόμενη θερμότητα συμβατικών συστημάτων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με ΑΗΣ ισοδύναμης ισχύος. Η θερμότητα από τις φωτοβολταϊκές επιφάνειες αυξάνει τη θερμοκρασία του αέρα από πάνω τους σε ύψος 100m σύμφωνα με τη εξίσωση Q = m.cp.ΔΤ κατά     800 kW / (1000m² * 100m * 1.25kg/m³ * 1 kJ/kg°K)  =   8,0 / 1250 = 0.0064 °C/sec.

Η αύξηση αυτή μπορεί να μην γίνεται άμεσα αισθητή στο πεδίο της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης διότι το ανοδικό θερμικό ρεύμα αέρος που δημιουργεί η θερμότητα, ανανεώνει τον αέρα από τις γειτνιάζουσες ψυχρότερες μάζες αέρος. Η θέρμανση των αέριων μαζών όμως είναι γεγονός και γίνεται αισθητή στην ατμόσφαιρα.    

Εάν όλη η ηλεκτρική ενέργεια στη χώρα μας παραχθεί με φωτοβολταϊκά πάρκα δηλαδή η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια κάθε έτος των 50.10⁶ MWh ηλεκτρικά, κατά μέσο όρο, σημαίνει ότι από την πρωτογενή ενέργεια του ηλίου  50.10⁶ MWh / 0,18 = 277,7 MWh ,

στο περιβάλλον θα αποβάλλεται θερμότητα  277,7 MWh * 0,8 = 222,2 MWh

έναντι 92,8  MWh  θερμότητα που αποβάλουν οι ΑΗΣ με καύσιμο λιγνίτη.

Η απορριπτόμενη θερμότητα των φωτοβολταϊκών πάρκων μπορεί να αυξήσει στη χώρα μας τη θερμοκρασία του αέρα μάζας 3,75.10¹⁵ kg  κατά  222,2.10⁶ / 1040.10⁶ = 0,2°C ετησίως.

Σε σχέση με τον λιγνίτη η αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα της ατμόσφαιρας στην εποχή των περιβαλλοντικά καθαρών τεχνολογικών όπως τα φωτοβολταϊκά θα είναι κατά

                                222,2 / 92,8  =  0,2 / 0,08 = 2,4 φορές ταχύτερη

Έτσι εξηγείται γιατί ενώ εφαρμόζονται μέτρα για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής αυξάνοντας την συμμετοχή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, στο 28,7%, αυτά φαίνεται να μην αποδίδουν και αυξάνεται η θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού αέρα στο περιβάλλον συνεχώς, ενώ η συμμετοχή του λιγνίτη μειώθηκε στο 10,9%. ^[8]

Το ανησυχητικό είναι ότι οι δυνατότητες παρεμβάσεων μειώνονται, διότι στην εποχή των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα CO₂ υπάρχει δυνατότητα εξουδετέρωσης του CO₂ με αυξημένη κατανάλωσή του από δάση, καλλιέργειες κλπ.  Εάν το επιδιώξει κανείς και αυξηθούν και προστατευτούν τα δάση και οι καλλιέργειες όμως υπάρχει η δυνατότητα, ενώ με την αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα από φωτοβολταϊκά δεν υπάρχει δυνατότητα εξουδετέρωσης της αυξημένης θερμοκρασίας του αέρα που επιτυγχάνεται διότι η θερμότητα είναι η χαμηλοτέρα στάθμη μορφής ενέργειας και δεν υπάρχουν διαθέσιμες τεχνολογίες για την κατανάλωση της.

Η φυσική λειτουργία των ηλιακών ακτινών που προσπίπτουν στη γη είναι να μετατρέπονται σε θερμότητα στο έδαφος. Τη θερμότητα αυτή απορροφά η τεράστια μάζα του εδάφους και τη διατηρεί μέχρι να την αποβάλλει αργά-αργά όταν το απαιτεί ο αέρας επάνω της. Η γήινη επιφάνεια με την μάζα της είναι ρυθμιστής των θερμοκρασιών του αέρα του περιβάλλοντος. Θερμαίνεται το καλοκαίρι και αποδίδει την αποθηκευμένη αυτή ενέργεια αργά-αργά το χειμώνα στον αέρα, μετριάζοντας τις μεγάλες του θερμοκρασιακές διακυμάνσεις που θα είχε χωρίς την αποθηκευμένη στη γη ηλιακή ενέργεια. Με τις φωτοβολταϊκές επιφάνειες που παρεμβάλλονται μεταξύ του ήλιου και του εδάφους, η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται άμεσα σε θερμότητα στον ατμοσφαιρικό αέρα αυξάνοντας τη θερμοκρασία του και δεν αποθηκεύεται στο έδαφος που καλύπτεται από τις φωτοβολταϊκές επιφάνειες για να λειτουργήσει φυσιολογικά ως ενεργειακή αποθήκη της ηλιακής ενέργειας.  

Οι παρεμβάσεις στη φυσική λειτουργία της φύσης που προκαλούμε μόνοι μας υποχρεούμαστε να τις πληρώνουμε ακριβά, με τις ακραίες αντιδράσεις του περιβάλλοντος, ως έντονα καιρικά φαινόμενα. Ενώ μιλάμε για αύξηση της θερμοκρασίας στο περιβάλλον παρατηρείται ότι τους χειμώνες πέφτουν οι θερμοκρασίες  έως και πολύ χαμηλές ασυνήθιστες θερμοκρασίες για τις περιοχές. Αυτό συμβαίνει διότι με τις  δραστηριότητες μας θερμαίνουμε τον αέρα του περιβάλλοντος που με τη μικρή του μάζα εύκολα θερμαίνεται και κρυώνει. Προσανατολίζουμε την ηλιακή ενέργεια προς τη θέρμανση του αέρα και αφού λείπει η συμμετοχή του θερμού εδάφους που εξισορροπεί τις διακυμάνσεις τους παρατηρούνται οι μεγάλες διακυμάνσεις του. Οι φωτοβολταϊκές επιφάνειες εγκαθίστανται και σε οροφές κτιρίων, όπου η παρέμβαση στη φυσική λειτουργία των ηλιακών ακτινών που προσπίπτουν στο κτίριο είναι διαφορετική. Οι ηλιακές ακτίνες πάλι μετατρέπονται σε ηλεκτρική ενέργεια και θερμότητα από τις φωτοβολταϊκές επιφάνειες με τα ίδια ποσοστά. Όμως το καλοκαίρι προστατεύεται το κτίριο από τις προσπίπτουσες στην οροφή του ηλιακές ακτίνες, μειώνοντας το θερμικό φορτίο που θα έχει να αντιμετωπίσει η κλιματιστική εγκατάστασή του. Ενώ το χειμώνα δύναται να λειτουργούν οι φωτοβολταϊκές κυψέλες ως πρόσθετη μόνωση μειώνοντας την επίδραση των ανέμων ειδικά όταν τα φωτοβολταϊκά αποτελούν αναπόσπαστο τμήμα της οροφής του.  Η παραγόμενη θερμότητα από φωτοβολταϊκά επί οροφής δεν θεωρείται πρόσθετη θερμότητα προς το περιβάλλον διότι ούτως η άλλως η προσπίπτουσα στο κτίριο ηλιακή ακτινοβολία αποβάλλεται σε μορφή θερμότητας στον αέρα, έτσι ώστε το συγκριτικό ημερήσιο θερμικό ισοζύγιο είναι ουδέτερο.  

Οι παραγωγοί φωτοβολταϊκών επιφανειών προσφέρουν και πιο φιλικότερες στο περιβάλλον προτάσεις για εγκαταστάσεις αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας με την μετατροπή της σε ηλεκτρική και θερμική. Σύνθετες φωτοβολταϊκές-θερμοηλιακές επιφάνειες προσφέρουν ηλεκτρική ενέργεια για τις οικιακές ανάγκες και θερμότητα για τη θέρμανση των οικιακών αναγκών ζεστού νερού και θέρμανση κτιρίου. Προορίζονται για κατοικίες καλύπτοντας μεγαλύτερο μέρος των ενεργειακών αναγκών έτσι ώστε η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας να φτάνει το 80%. Μ’ αυτές τις σύνθετες φωτοβολταϊκές-θερμοηλιακές επιφάνειες δεν κατασκευάζονται τα μεγάλα φωτοβολταϊκά πάρκα που προορίζονται για την εκμετάλλευση της ευνοϊκής νομοθεσίας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, μετατρέποντας μόνο το 18% της διαθέσιμης ηλιακής ενέργειας για το ηλεκτρικό δίκτυο. Τα φωτοβολταϊκά πάρκα επί εδάφους δεν λαμβάνουν υπόψη τους τις επιβλαβείς επιπτώσεις στο περιβάλλον που προκαλούν με τη θερμική τους εκπομπή.

Τα υψηλά και εξασφαλισμένα κέρδη μπορεί να μειώνουν την όραση και έτσι να μην φαίνονται οι αρνητικές επιπτώσεις που προκαλούν τα φωτοβολταϊκά πάρκα στο περιβάλλον.    

3.2     Εγκαταστάσεις ανεμογεννητριών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 

Η χρήση του ανέμου ενεργειακά δεν είναι καινούργια τεχνολογία, υπάρχει χιλιάδες χρόνια, προσφέροντας τη δυνατότητα να παράγεται η απαιτούμενη ενέργεια στους ανεμόμυλους για την άλεση του σιταριού και η δημιουργική τοπική αρχιτεκτονική παράδοση να τοποθετεί τους μύλους αυτούς αρμονικά στο φυσικό περιβάλλον. Η σημερινή εκμετάλλευση του ανέμου δεν έχει σχέση με την παλαιά τεχνολογία εκμετάλλευσης της ενέργειας του ανέμου παράγοντας ωφέλιμη μηχανική ενέργεια εκεί όπου καταναλώνεται. Αξιοποιούσαν τον άνεμο της περιοχής του ακινήτου και όχι την ροή αέριων μαζών που περνούν με υψηλή ταχύτητα από κρίσιμα σημεία.

Οι άνεμοι είναι αποτέλεσμα διαφοράς πίεσης διαφορετικών περιοχών, με Υψηλό και Χαμηλό Βαρομετρικό (ΥΒ–ΧΒ) που έχουν διαφορετική πρόσληψη της θερμότητας και έτσι δημιουργείται ρεύμα αέρος που ονομάζουμε άνεμο. Ο σκοπός του ανέμου δεν είναι να γυρνά τα πτερύγια των ανεμόμυλων και των ανεμογεννητριών αλλά να εξισορροπεί θερμικά περιοχές με διαφορετικές πιέσεις και θερμοκρασίες. Στη λειτουργία των παλαιών ανεμόμυλων ο άνεμος αφού έχει εκπληρώσει την μεταφορά θερμότητας που είναι η κύρια του αποστολή, διαθέτει την υπόλοιπη ενέργειά του στον ανεμόμυλο. Οι σύγχρονες ανεμογεννήτριες δεσμεύουν ροές αέρος σε κρίσιμα σημεία της ροής του, με την υψηλή ταχύτητα για να αποδοθεί η μέγιστη ενέργεια στην ανεμογεννήτρια. Με θεωρητικό μέγιστο το 59% αποσπούν έως το 40% της ενέργειας του ανέμου άρα για κάθε 1kW ηλεκτρικής ενέργειας από άνεμο δημιουργεί αντίσταση στη διαδρομή του ίση με το 1/0,4 = 2,5 kW ή κατά 250% μεγαλύτερη της παραγόμενης ισχύος. Όταν στη ροή του ανέμου παρεμβάλλεται αντίσταση (όπως ένα πάρκο ανεμογεννητριών), τότε η διαφορά μεταξύ των ατμοσφαιρικών πιέσεων των διαφόρων περιοχών παραμένει υψηλή και επιμηκύνεται ο χρόνος εξασθένησης του ανέμου. Διατηρούνται υψηλές θερμοκρασιακές διαφορές μεταξύ των περιοχών σε σχέση με τη φυσική πορεία του φαινομένου εξασθένησης ανέμου. Η διατήρηση υψηλών διαφορών ατμοσφαιρικών πιέσεων και θερμοκρασιών προκαλούν εντονότερη κίνηση των αέριων μαζών και εμφανίζονται ως τα μη αναμενόμενα, έντονα καιρικά φαινόμενα.

Οι ανεμογεννήτριες δεν εκπέμπουν ρύπους, όμως φαίνεται ότι συμβάλουν άμεσα, σε υψηλό βαθμό στη διατήρηση των υψηλών θερμοκρασιακών διαφορών μεταξύ περιοχών δημιουργίας των ανέμων. Συμβάλλουν στην αύξηση του χρόνου εξισορρόπησης των θερμοκρασιών στη γήινη επιφάνεια συμμετέχοντας στην εντατικοποίηση των κλιματολογικών φαινομένων. Γι’ αυτό ενώ αυξάνεται η συμμετοχή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην ενεργειακή παροχή μας, ταυτόχρονα αυξάνονται και τα έντονα καιρικά φαινόμενα στους ασυνήθιστους γι’ αυτό κατοίκους και τις μη προσαρμοσμένες γι’ αυτό υποδομές τους. Αυτό όμως είναι άμεση κλιματική αλλαγή και όχι έμμεση όπως στο διοξείδιο του άνθρακα CO₂ που κατηγορείται ως υπεύθυνος για την κλιματική αλλαγή.

Οι εγκαταστάσεις των ανεμογεννητριών στις κορυφογραμμές των βουνών μπορεί να είναι νόμιμες σύμφωνα με τα νομικά κείμενα «φιρμάνια» που εκδίδει ο ωφελούμενος, όμως ακόμα και αυτή η διαδικασία είναι κοινά αποδεκτή ότι είναι αλλαγή χρήσης. Η συμβατική χρήση χιλιάδων χρόνων αυτών των βουνών ήταν κατοικία της πανίδας στην χλωρίδα της περιοχής ενώ η σημερινή αλλαγή χρήση μετατρέπει την περιοχή σε βιομηχανική χρήση παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Αλλαγή που δεν είναι προσωρινή, είναι μόνιμη επιβάρυνση στη φύση κάτι που δεν έχουμε το δικαίωμα να πράξουμε διότι δεν μας δόθηκε αυτό το δικαίωμα. Υφαρπάζεται με τη βία της «νόμιμης» πράξης. Ούτε έχουμε το δικαίωμα ως νοήμονες κοινωνίες να θέτουμε σε κίνδυνο τη ζωή των άγριων πουλιών που ανήμπορα να αντιμετωπίσουν τις υψηλές ταχύτητες κίνησης των πτερυγίων, πέφτουν επάνω τους με αποτέλεσμα το θάνατό τους. Ανεμογεννήτρια με διάμετρο 100m και 1 περιστροφή/sec έχει ταχύτητα στην άκρη του πτερυγίου V = π . D = 3.14*100 = 314 m/s = 1130 km/h. Τέτοιες ταχύτητες δεν υπάρχει περίπτωση να αντιμετωπίσουν τα πουλιά και η σύγκρουση τους με τα πτερύγια των ανεμογεννητριών σημαίνει βέβαιος θάνατος τους. Στους αυτοκινητόδρομους υπάρχουν περιφράξεις αποτρέποντας τέτοιες συγκρούσεις του κινούμενου πολιτισμού μας με την άγρια ζωή όμως στις ανεμογεννήτριες δεν υπάρχει αυτή η δυνατότητα.

Στρέφοντας προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σημαντικός παράγοντας ήταν και η  αναμενόμενη μείωση του κόστους της ενέργειας και αντίστοιχα το κόστος του τελικού προϊόντος, όμως με τα πάρκα ανεμογεννητριών και φωτοβολταϊκών επιφανειών διαπιστώνεται ακριβώς το αντίθετο. Αυτό διότι ενώ στους παραδοσιακούς ανεμόμυλους το κόστος της ενέργειας δεν συμμετείχε στη διαμόρφωση της τιμής του προϊόντος, στις σύγχρονες ανεμογεννήτριες το κόστος της ενέργειας συμμετέχει στη διαμόρφωση της τιμής του προϊόντος ως ενεργειακό κόστος, ενώ αρνητικό ρόλο έχει ο ΦΠΑ της, στη διαθέσιμη ρευστότητα της επιχείρησης. Το βλέπουμε και στους λογαριασμούς του ρεύματος στα σπίτια και τις επιχειρήσεις με την αύξηση της τιμής του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι μόνοι ωφελημένοι από την εφαρμογή των ΑΠΕ είναι οι εταιρίες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος με ανεμογεννήτριες, με φωτοβολταϊκά και το κράτος που εξασφαλίζει έσοδα από το ΦΠΑ.

Συμπεράσματα

Μπορεί τα συμπεράσματα να ακούγονται αντίθετα σε ότι έχει ειπωθεί για την κλιματική αλλαγή από τα μέσα μαζικής ενημέρωσης, κυβερνήσεις και επιστημονικές φωνές, αλλά ο αναγνώστης μπορεί να κρίνει την ορθότητά τους με τα στοιχεία και τον συλλογισμό που προαναφέρθηκαν σ’ αυτήν την εργασία. Από την παραπάνω αναλυτική περιγραφή φαίνεται ότι :

1) Το διοξείδιο του άνθρακα CO₂ δεν είναι ρίπος, είναι φυσικό συστατικό του ατμοσφαιρικού αέρα και η μείωσή του στην ατμόσφαιρα οδηγεί σε μείωση της φυτικής παραγωγής.

2) Η αύξηση της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα σε μεγάλο βαθμό οφείλεται στην αποβαλλόμενη θερμότητα από τους ενεργειακούς εξοπλισμούς που χρησιμοποιούμε.

3) Η θερμομόνωση κτιρίων εξασφαλίζει η θερμική άνεση εντός του κτιρίου να οφείλεται μόνο στην αγορασμένη ενέργεια, αποκλείοντας τη συνδρομή της δωρεάν ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει σε αυτό. Επιβάλλεται η θερμομόνωση να προσαρμόζεται με τον προσανατολισμό των δομικών στοιχείων και το περιβάλλον του κτιρίου.    

4) Τα φωτοβολταϊκά πάρκα ενώ παρουσιάζονται ως «πράσινες οικολογικές» εγκαταστάσεις, αυτά συμβάλουν στην αύξηση της θερμοκρασίας του ατμοσφαιρικού αέρα. Η χρήση φωτοβολταϊκών επιφανειών που προσφέρουν ηλεκτρική και θερμική παροχή ενέργειας άμεσα στον τελικό καταναλωτή, τοποθετημένες στο κτήριο-καταναλωτή είναι πιο ενδεδειγμένη χρήση αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας με αυτήν την τεχνολογία.

5) Τα πάρκα ανεμογεννητριών όχι μόνο δεν είναι «πράσινες» εγκαταστάσεις όπως παρουσιάζονται αλλά συμμετέχουν στην εμφάνιση των έντονων καιρικών φαινομένων.

6) Οι τεχνολογίες υπάρχουν για να χρησιμοποιούνται προς όφελος των πολιτών, καλύπτοντας της ανάγκες τους και όχι προς εξασφάλιση της λειτουργίας επιχειρήσεων.

7) Οι επιλογές των τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται και η χρήση τους είναι μία από τις αιτίες με τις οποίες προκαλούμε απορύθμιση της κανονικής λειτουργίας της φύσης που φυσιολογικά αντιδρά με τα συχνά εμφανιζόμενα πια έντονα καιρικά φαινόμενα.  

8) Επιβάλλεται η μελέτη των τεχνολογιών παραγωγής και διαχείρισης ενέργειας από την εκπαιδευτική κοινότητα, εκπαιδευτές και εκπαιδευόμενους, πια να γίνεται σε υψηλότερη ποιοτική στάθμη, όχι ως επανάληψη παλαιότερων, καθιερωμένων αντιλήψεων αλλά με σύγχρονη επιστημονική προσέγγιση προσαρμοσμένη στις ιδιαιτερότητες του κάθε θέματος, με πρωταρχικό γνώμονα την προστασία του ανθρώπου και του φυσικού περιβάλλοντος στο οποίο διαμένει. Ο πλανήτης Γης είναι ένας και ως τώρα φαίνεται μοναδικός με συνθήκες διαβίωσης, γι’ αυτό επιβάλλεται να τον προστατέψουμε αποτελεσματικά για να ζήσουν τα παιδιά μας ευχάριστα σ αυτόν.          

Αναφορές - Βιβλιογραφία

[1] Encyclopedia  https://el.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_effect

[2] Encyclopedia  https://en.wikipedia.org/wiki/Svante_Arrhenius

[3] Encyclopedia  https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide

[4] IPCC, (2021), Raport of Intergovernmental Panel on Climate Change 2021

[5] Encyclopedia  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Atmospheric_Transmission.png        

[6] Ζάνης Π., Αναγνωστοπούλου Χ. (2021) Μαθήματα Γεωλογίας Α.Π.Θ

[7] Αλυσσανδράκης Κ., Βαγιονάκης Κ. (2021) Μαθήματα Φυσικής Πανεπιστημίου Ιωαννίνων 

[8] ΔΕΗ, Στοιχεία ενεργειακού μείγματος Ελλάδος 2020           

[9]  Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδος (2018) http://tkm.tee.gr/wp-content/uploads/2018/02/4.pdf

[10] Meteorological Organization of UN, (2020), State of the Global Climate 2020 World

[11] Κατσαφάδος Π. Μαυροματίδης Η. (2021) Μαθήματα Γεωγραφίας Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο  

[12] Mitsubishi Electric και SUNCECO, (2021), Τεχνικά φυλλάδια φωτοβολταϊκών επιφανειών (πάνελ)

[13] Prof. Frangopoulos (2001), The European Educational Tool on Cogeneration EDUCOGEN

[14] Encyclopedia         https://en.wikipedia.org/wiki/Shockley-Queisser_limit

Ο Κουμπάκης Βασίλης είναι Μηχανολόγος Μηχανικός