Griša Močnik: Črni ogljik merimo najbolje na svetu

Le 12 sodelavcev majhne slovenske družbe Aerosol ima z napravami za merjenje črnega ogljika 80-odstotni svetovni tržni delež. V sodelovanju z ravno tako odličnima Pipistrelom in Matevžem Lenarčičem so prvi izmerili koncentracije črnega ogljika okrog sveta, nazadnje pa še nad Evropo, Kanado, Severnim tečajem in Atlantikom. Podnebna znanost ima zdaj množico podatkov.

Kaj je pravzaprav črni ogljik in zakaj je merjenje tako pomembno?

Črni ogljik je strokovni izraz za črne saje in je produkt nepopolnega zgorevanja goriv, ki vsebujejo ogljik. Emisije iz ene vrste vira, denimo enega tipa dizelskega motorja, so lahko različne za faktor tisoč, zato jih je treba meriti; emisij se ne da preprosto izračunati iz podatkov proizvajalca motorja.

Črni ogljik je pomemben zaradi podnebnih sprememb in vpliva na zdravje. Čeprav ga je malo, tako močno absorbira svetlobo, da segreva atmosfero, na tla pa sočasno meče senco. Vpliv črnega ogljika je primerljiv z vplivom ogljikovega dioksida in je drugi najpomembnejši povzročitelj segrevanja planeta.

Kakšno je razmerje med njima? Doslej se o črnem ogljiku ni veliko govorilo.

Ogljikov dioksid segreva planet z močjo 1,6 vata na kvadratni meter, črni ogljik pa z močjo 1,1 vata. To pomeni, da sta primerljiva. Razlika je v tem, da je življenjska doba ogljikovega dioksida sto let, življenjska doba črnega ogljika pa je od kakšnega tedna do meseca. Če bi nam uspelo odstraniti črni ogljik iz ozračja, bi si s tem zelo hitro in ne tako zelo zapleteno kupili čas za zmanjšanje emisij ogljikovega dioksida. Če ne bomo naredili nič, se bo planet do leta 2045 segrel za več kot dve stopinji Celzija. Če bi odstranili črni ogljik, bi se to obdobje zamaknilo skoraj do leta 2065. Tehnologija za odstranjevanje črnega ogljika že obstaja.

So to različni filtri?

V Evropi so to filtri na dizelskih motorjih in termoelektrarnah. Ni treba takoj izumiti tehnologij, kot je zajemanje in shranjevanje ogljika, kar je zapleteno, drago, pa še veliko energije porabi. Z odstranjevanjem črnega ogljika bi si kupili dvajset let za razvoj novih tehnologij in vzpostavitev zakonodaje za izpuste ogljikovega dioksida. Poleg tega zmanjšanje porabe energije v krizi ni ravno politično priljubljen ukrep. To pomeni, da je črni ogljik zdaj zelo pomemben. Ker je tudi politično primeren, se je zdaj začelo o njem veliko govoriti.

Kje se je začelo, ste imeli prste vmes?

Začelo se je v Združenih narodih, kjer smo v eni od komisij predlagali merjenje črnega ogljika in spremljanje emisij. To zadnje je bilo sprejeto. Združeni narodi so doslej sprejeli dve zelo uspešni konvenciji. Prva je omejevala emisije žvepla, ki povzroča kisel dež in uničuje gozdove. Žvepla danes praktično ni več. Enako je s klorofluoroogljikovodiki (CFC), ki so uničevali ozonsko plast. To sta zgodbi o uspehu, ki bi ju morali ponoviti tudi pri črnem ogljiku. Najprej moramo izmeriti koncentracije v atmosferi, potem je treba sprejeti ukrepe in nato nadzirati njihovo uspešnost.

Težav pa je ogromno. Omejitvam prometa se izogibamo, kurjenje drv je v porastu, Kitajci pa so pred časom še trdili, da rjavi oblaki s senco celo preprečujejo segrevanje.

To je res. Ko sežgemo neko snov, nastanejo delci in plini. Nekateri od teh delcev so obarvani: črni ogljik je črn, imamo pa tudi organske snovi, ki so obarvane rjavo, in delce, ki so beli. V atmosferi nastanejo še novi delci, večinoma naj bi bili beli. Če imamo veliko belih delcev, ti odbijajo svetlobo nazaj v vesolje in tako hladijo atmosfero in tla. Nekateri so zatrjevali, da je vpliv belih delcev, ki sipajo svetlobo in ohlajajo planet, veliko pomembnejši kot vpliv črnih. To se je izkazalo za popolnoma napačno razmišljanje. Ko kurimo biomaso, nastane nekaj črnih in nekaj belih, pa veliko rjavih delcev. Ti rjavi delci absorbirajo svetlobo v modrem in ultravijoličnem delu spektra. Treba je stopiti korak nazaj in pogledati celoten spekter. Tako so ugotovili, da različno obarvani delci zelo vplivajo na podnebne spremembe, poleg tega pa imajo še zelo škodljiv učinek na zdravje. Na Kitajskem ali v Indiji bi brez delcev v zraku na leto umrlo 1.500.000 ljudi manj. To so ogromne številke, ki se izražajo tudi povsem ekonomsko. Samo za srednjo in južno Kalifornijo, kjer so to izračunali, stroški onesnaženega zraka segajo skoraj do 30 milijard dolarjev na leto.

Danci so podobno izračunali, da kolo mestu prinaša dobiček, avto pa izgubo.

Problem velikih mest je promet. Ena od pomembnih rešitev je v učinkovitem sistemu javnega prometa, ki zniža emisije, pa to ni nujno draga podzemna železnica. V Sao Paulu so izračunali, da je veliko bolj učinkovito urediti proge javnega prevoza na površju, a ločene od drugega prometa. Če so avtobusi še na plin, kjer so emisije majhne, lahko onesnaženje precej zmanjšaš. Na črnem ogljiku se to zelo pozna, ne pa nujno tudi na PM10 (Trdni delec, PM, je izraz za prah, ki je prisoten v zraku v določenem obdobju. V veliki večini delcev je glavna komponenta ogljik, na tega pa se lahko vežejo primesi, kot so kovine, organska topila ali ozon. V zadnjih letih se najpogosteje izvajajo meritve delcev premera 10, PM10, in 2,5, PM2,5 mikrometra, ki so zdravju najbolj škodljivi, op. p.), ki so bolj zapletena zgodba. Če primerjamo dizel in bencin, so pri bencinu emisije delcev bistveno manjše, so pa zato večje emisije plinastih ogljikovodikov. V atmosferi ti plini oksidirajo in nastanejo snovi, ki kondenzirajo, v atmosferi pa nastanejo iz njih delci. To so sekundarni aerosoli. O tem se ve zelo malo. V nazadnje objavljeni študiji smo analizirali, kako se ti delci starajo. Na začetku so izpusti delcev v bencinarju zelo majhni, sčasoma pa jih v atmosferi lahko nastane več, kot jih izpusti dizel. Ko merimo PM10, pa merimo tako primarne kot sekundarne delce.

Se da vse to izmeriti?

Vse to se da izmeriti, tudi primarne emisije plinov, in da se kvantitativno opredeliti, kakšen motor je treba narediti in kako naj ta motor deluje, kaj je treba potem narediti z izpušnimi plini, da ne pride do tvorbe delcev. To je zdaj znanost, a prej ali slej bo to postalo tehnični standard za proizvajalce opreme.

Je to dovolj hitro izvedljivo?

Izvedljivo je. Problem, ki ga vidim, je bolj v tem, da je promet lažje regulirati kot domača kurišča na biomaso, ki so v Evropi resna težava. Za promet lahko zapreš del mesta. To so naredili v Milanu. Meritve jim kljub zaprtemu središču niso pokazale kakega zmanjšanja delcev PM10, kar je bil ogromen politični problem. Trgovine v jedru mesta so tožile, da nimajo več prometa. Potem pa smo izmerili koncentracije črnega ogljika v središču mesta in na obrobju in ugotovili, da so koncentracije v zaprtem delu trikrat manjše. Črni ogljik pa je najboljši kazalec vpliva zraka na zdravje, najboljšo korelacijo z zdravstvenimi težavami ima.

Kakšno je razmerje med črnim ogljikom in delci PM10, ki so politično zelo pomembna tema?

Črn ogljik je del PM10, nekako od pet do 30 ali 40 odstotkov, sestava se spreminja. Črn ogljik je boljši pokazatelj vpliva onesnaženega zraka na zdravje kot PM10. Je bolj povezan z viri onesnaženja.

Kako pa črni ogljik merimo?

Inštrumentu, ki smo ga razvili in ga proizvajamo, se reče Aethalometer. Način delovanja je precej preprost. Zrak črpamo skozi filter, na katerem se nabirajo delci. Skozi filter posvetimo s svetlobo različnih valovnih dolžin oziroma barv in vsako minuto izmerimo, koliko svetlobe prepusti ta vzorec. Iz spremembe intenzitete svetlobe med dvema meritvama izračunamo koncentracijo črnega ogljika v zraku v tisti minuti. Z meritvami pri več valovnih dolžinah lahko določimo, kateri so viri črnega ogljika.

In kateri so glavni viri črnega ogljika?

Promet in kurjenje biomase.

Kje ga nastane več, v prometu ali pri kurjenju drv?

Črni ogljik v glavnem prispeva promet, od vseh aerosolov, ki vsebujejo ogljik in katerih del je črni ogljik, pa jih tri četrtine prihaja iz kurjenja lesa, podobno velja tudi za PM10. Zlasti zato, ker kurimo narobe. Nujen je sistematičen način izobraževanja ljudi, kako kuriti, da bodo emisije manjše. V dno srca me boli, da se kurjenje lesa promovira, ker je to obnovljiv vir, ljudje pa kupujejo nizkokakovostne peči, ker je to poceni, država jim da še subvencije in na koncu imam skoraj sredi Ljubljane dva soseda, ki sta začela kuriti les. Zvečer smo imeli lokalno noro onesnažen zrak. Ni evropske tehnične regulative, ki bi jo dimnikar moral upoštevati, čeprav je to edini način za zmanjšanje emisij. Če na evropskem trgu ne bi bilo dovoljeno kupovati neučinkovitih peči, jih ljudje ne bi kupovali. To ni zgolj slovenska posebnost, enako je v Avstriji, Italiji, Nemčiji in Franciji, Belgiji, da ne govorimo o Skandinaviji. Lesni dim je povsod v Evropi, to ni samo problem držav v razvoju.

Vi lahko merite vsebnost črnega ogljika in drugih delcev v zraku v razmikih ene minute, uradne analize vzamejo precej več časa. Vas povabijo k sodelovanju?

Uradni postopki določanja onesnaževal v zraku so dolgi, kemične metode vzamejo ves dan, mi pa lahko merimo koncentracije onesnaževal v razmiku minut. Ugotovili pa smo, da se rezultati uradnih postopkov in naših meritev zelo ujemajo. Glavni vir PM10 v Celovcu, Mariboru, Zagorju in drugod, kjer smo merili, je lesni dim. Pri tem lepo sodelujemo tudi z agencijo za okolje. Ugotovili smo, da omejitve prometa samo lokalno zmanjšajo onesnaženost, delež lesnega dima pa ostaja čez dan bolj kot ne enak. To je enako v vsej Evropi. Še v centru Pariza, kjer je prepovedano kuriti les, imajo 20-odstotni delež PM10 iz lesnega dima.

Nekateri so prepričani, da je dim lesa manj škodljiv kot izpuh avtomobila.

Da je lesni dim naraven in ni tako škodljiv, je predpostavka. Danci so preverjali, ali to drži, in pokazali, da dim zaradi kurjenja lesa tudi povzroča vnetje dihalnih poti in druge bolezni. Zato so začeli regulacijo peči na les, uvedli bodo strožje standarde. Evropska komisija se je tudi začela ukvarjati s tem. Agencija za okolje je v Zagorju merila koncentracije rakotvornih PAH. Zanimalo nas je, kaj so viri teh snovi. Pokazalo se je, da kurjenje lesa povzroča tudi emisije kancerogenih snovi.

Kakšna je alternativa? Navsezadnje smo zelo gozdnata država.

Les se da kuriti čisto z visokim izkoristkom; potrebuješ pač peč, ki je malo bolj zapletena in dražja, dodana pa morata biti nadzor in vzdrževanje. Poleg tega je veliko bolje imeti en večji in nadzorovan vir emisij s sistemom daljinskega ogrevanja. V Ljubljani se je najbolje priključiti na toplovod. Problem Ljubljane je sicer to, da lahko manjši viri emisij zaradi kotlinske lege in inverzije onesnažujejo zrak celotne kotline. To je težava vsega tega hribovitega in alpskega območja. Lahko pa bi imeli avtomatizirane sisteme nadzora onesnaženja.

Kako bi ta pomagal?

Tak sistem izmeri stanje, vlada ali občine na podlagi tega uvedejo ukrepe, sistem pa potem spremlja učinkovitost teh ukrepov. Sistem lahko spremlja vse vire onesnaženja, zazna, kaj se dogaja zjutraj, opoldne in zvečer. Tako morda ni treba omejiti prometa ves dan, temveč le zjutraj. Z vsemi podatki lahko namreč sprejmeš ukrepe, ki so usmerjeni ne samo na vire, ampak tudi na obdobja. Na Kitajskem recimo dostavni tovornjaki čez dan ne smejo v mesto.

Največjo prepoznavnost vam je prinesel projekt prvega merjenja črnega ogljika nad Severnim tečajem z letalom Pipistrela in pilotom Matevžem Lenarčičem.

Eno je merjenje lokalne oziroma regionalne onesnaženosti, drugo pa je globalni prenos onesnaženja. V dveh projektih z Lenarčičem, lanskim poletom okrog sveta in letošnjim prek Severnega tečaja, nam je uspelo izmeriti koncentracije črnega ogljika, ki so relevantne za podnebne spremembe. Imamo 80.000 kilometrov meritev črnega ogljika s frekvenco ene minute. To pomeni ogromno podatkov, od skoraj nič emisij nad južnim Pacifikom do zelo zanimivih meritev nad Indijo, kjer so koncentracije na treh kilometrih zelo visoke, poleg tega je sestava onesnaženosti nad vso državo zelo homogena. Oblak onesnaženosti nad Indijo zelo močno vpliva na regijsko podnebje. Ne samo da segreva zrak, vpliva tudi na vreme, na tvorbo oblakov, vpliva na to, kdaj pride monsun. Zdaj že ugotavljajo, da monsunsko deževje zaradi onesnaženega zraka zamuja, kar pomeni, da so suha obdobja daljša. Tam živi milijarda ljudi, vreme pa vpliva na kmetijstvo, denimo na pridelek riža. V Indiji in na Kitajskem se zato močno ukvarjajo s črnim ogljikom ter njegovim vplivom na vreme in podnebje, saj to vpliva na družbo. Majhen dvig morske gladine bi poplavil pol Bangladeša. V projektu z Lenarčičem smo opravili meritve, kjer jih prej sploh ni bilo. Ko smo podatke pokazali, je bilo zanimanje znanstvenikov zelo veliko, saj je bilo meritev ogromno, hkrati pa smo določili tudi vire onesnaženja.

Kaj je vir oblaka dima nad celotno Indijo?

Kurjenje biomase. To so majhni viri, ampak jih je ogromno. Vsaka družina si vsak dan skuha zajtrk, kosilo in večerjo. Ko to sešteješ, prideš do vrtoglavih številk. Na Kitajskem in v Indiji se je močno ohranil tudi običaj sežiga ostankov pridelka na poljih. Ko se to dogaja, na Kitajskem recimo nekaj dni ni mogoče videti človeka na drugi strani ceste.

Nad Severnim tečajem načeloma ne bi smelo biti delcev.

Polet na Severni tečaj je zanimiv zato, ker se tja prenaša veliko onesnaženja iz severne Evrope in Amerike. Po nekaj tednih, ko ti delci segrevajo atmosfero, se usedejo na led, ki je potem temnejši, odboj svetlobe se zato zmanjša. Sneg in led se tako ogrevata in se topita. Če se stopi led v Arktičnem morju, to seveda ne bo dvignilo gladine morja. To se bo zgodilo zaradi stopljenega ledu in snega z Grenlandije. Oboje pa bo spremenilo slanost vode v Atlantiku. To lahko vpliva na zalivski tok in pomeni ohlajanje severne Evrope, spreminja življenjska okolja za rastline in zlasti živali. Najhuje pa je, da bodo začele tam pluti ladje. Za pot od New Yorka do Šanghaja prek severnega prehoda bi ladja samo pri gorivu prihranila 300.000 dolarjev v primerjavi s potjo prek Panamskega prekopa. Ladje pa na odprtem morju kurijo najbolj umazan dizel in kurilno olje. Tako se bodo emisije na tem občutljivem območju še povečale, kar pomeni povratno zanko. Zdaj je glavni vir črnega ogljika nad Severnim tečajem dim z naftnih ploščadi.

Z višanjem temperatur in več črnega ogljika na ledu se bodo spremembe le še pospešile, vplivale pa bodo na svetovno podnebje, ne samo regionalno. Spremenili se bodo vodni tokovi, vedno več bo ekstremnih pojavov, več neurij. To ima posledice, ki so povsem merljive in povsem gospodarske. Zato postajajo pozorne tudi vlade.

Ste na severu izmerili tudi kaj dramatično nenavadnega?

Koncentracije so tam nizke, imeli pa smo dva nenavadna dogodka, ki pa ju je treba še bolj natančno raziskati. Eden je najverjetneje povezan s transportom onesnaženega zraka iz Evrope, za drugega pa kaže, da prihaja s severa Amerike. Ampak tudi če ne odkrijemo nič dramatično posebnega, je pomembno že to, da bomo imeli prvič meritve črnega ogljika od Slovenije do Norveške, potem prek Severnega tečaja do Kanade in nazaj čez Atlantik v Slovenijo. Vsi, ki modelirajo podnebne spremembe, bodo te podatke lahko uporabili za preverjanje svojih modelov. Najboljši modeli namreč podcenjujejo vpliv črnega ogljika na podnebje za dva- do trikrat. Letos bo izšlo novo poročilo Medvladnega panela za podnebne spremembe (IPCC) in črni ogljik bo po napovedih dobil ustreznejše mesto, opisali bodo globalne in regionalne učinke.

Ravno ste se vrnili s Kitajske. Je to vaš največji trg?

Kitajska, EU, ZDA in Indija so naši najpomembnejši partnerji. Kitajska je uvedla celo zelo sistematizirano merjenje črnega ogljika. Ogromno ekonomsko rast so dosegali na račun okolja, zdaj pa ugotavljajo, da so podnebne spremembe zelo pomembne. Sever Kitajske je zelo industrializiran, tam nastajajo velike emisije črnega ogljika, ta pa že zelo vpliva na vreme, in tudi zaradi sprememb vremena, ki jih povzroča človek, se širijo puščave. Južna Kitajska pa doživlja več ekstremnih vremenskih dogodkov, pade več dežja, ampak na hitro, kar pomeni težave v kmetijstvu in na hidroelektrarnah. Tudi cena javnega zdravstva postaja zelo pomembna. Zdrava populacija je pač bolj produktivna. Bilo bi pa dobro, če bi meritve objavili, saj bi to pomagalo tudi drugim državam.

Vaša proizvodnja in prodaja sta se lani povečali za sto odstotkov.

Delno je to posledica dejstva, da smo lani razvili in dali na trg nov inštrument. Veliko smo jih prodali ameriški okoljski agenciji (EPA) za mrežo za spremljanje emisij črnega ogljika ob avtocestah.

Ste zraven, ker ste cenejši od konku­rence?

Ne, zraven smo, ker smo boljši. Razvili smo najboljši aparat na trgu. Tudi naš tržni delež je gromozanski, približno 80-odstoten na svetovnem trgu. Nas je tukaj 12, vseh zaposlenih v podjetjih, ki proizvajajo inštrumente za merjenje črnega ogljika na svetu pa je verjetno manj kot 200. Mi, kot zelo majhno visokotehnološko podjetje iz Slovenije, smo pač vodilni v tej tržni niši in naš inštrument je vodilni na trgu.

Ne prodajate pa le škatel s črpalko in trakom, čeprav so najboljše na trgu.

Kar prodaš, ni le škatla, ampak vse znanje, vgrajeno v inštrument, pa še znanje, kako uporabljati napravo, kako interpretirati rezultate, kako obdelati podatke in drugo. Redno hodimo na konference, redno objavljamo, smo v tesnem stiku z znanstveniki, ki so v špici znanosti. Sodelujemo v nacionalnih in evropskih raziskovalnih projektih. Novi inštrument je bil razvit v zelo uspešnem projektu Eureka, ki ga je sofinanciralo ministrstvo za gospodarstvo; metodo za določitev virov onesnaženja zraka smo avtomatizirali v sklopu projekta, ki sta ga financirali agencija za raziskovalno dejavnost in francoska agencija za atomsko in obnovljivo energijo. Taki projekti nam pomagajo ostati v vrhu raziskav, za kar smo zelo hvaležni. Ko smo razvili nov inštrument, so ga preizkusili v Švici in Franciji. Zelo dobre stike imamo z univerzo na Dunaju, sodelujemo s Francozi, Američani, Indijci, tudi Kitajci. To nam omogoča načeti ključna vprašanja znanosti in najti tehnološki odgovor na ta vprašanja. Večji del dejavnosti v družbi so raziskave.