Microsoft chce uratować świat

Tytuł tej notki wcale nie jest na wyrost. Jeśli Microsoft osiągnie choć częściowo swoje ambitne cele, to może być wzorem dla innych korporacji i przetrzeć szlak dla technologii, która jest po prostu konieczna, jeśli mamy uniknąć najgorszej katastrofy. Jeśli jakimś cudem nie widzieliście nagłówków, to wyjaśniam - Microsoft postanowił, że do 2030 roku będzie węglowo neutralny a do 2050 roku usunie z atmosfery w całości swoje historyczne emisje.

Planeta została podgrzana o jeden stopień i efekty tego coraz mocniej przedostają się do zbiorowej świadomości. Mamy już walki o wodę, bezprecedensowe wymieranie gatunków, kłopoty rolnictwa, coraz silniejsze ekstrema pogodowe… pisałem o tym już wielokrotnie. Jest wiele rzeczy, które powinniśmy robić jako ludzkość. Wiele z tych działań tyczy się ograniczenia emisji CO2. Jednak konsensus naukowy jest dość jasny. O ile odejście od emisji CO2 mogło wystarczyć gdy naukowcy bili na alarm w latach dziewięćdziesiątych, to jeśli teraz chcemy uniknąć prawdziwie dramatycznej katastrofy klimatycznej, musimy też dołożyć starań by usunąć nadmiar CO2 z atmosfery. Przekroczyliśmy pewne punkty krytyczne i ruszyły liczne mechanizmy sprzężeń zwrotnych, które mogą napędzać ocieplenie już bez pomocy człowieka. Tymczasem my zamiast mu przeciwdziałać, zamiast naciskać na hamulec, wciąż zwiększamy emisje.

Dlatego deklaracja Microsoftu jest tak ważna. Bo ma ambicje sięgające poza emisyjną neutralność. Ich plan usuwania CO2 jest ważny, bo technologie potrzebne do tego celu są kompletnie w powijakach. Nawet jeśli ich roczne emisje to 0,0003 światowych emisji, to jeśli miliard dolarów, który planują wpompować w technologię przechwytywania CO2, to ta technologia, a zatem Microsoft może uratować nasz świat.

Prezes Microsoftu mówi wprost - konieczne będzie agresywne podejście, nowe technologie, które nie istnieją i innowacyjna polityka firmy. Określa cel pięknym słowem “audacious”. Oznacza ono więcej niż “ambitny”. Sugeruje zuchwałość, ale w pozytywnym, śmiałym sensie. Ten cel jednocześnie jest absolutnie fundamentalny dla każdego człowieka na świecie i każdego pokolenia, które ma nastąpić.

Cel Microsoftu obejmuje neutralność w 2030 a do 2050 usunięcie całego śladu węglowego - zarówno bezpośrednich emisji jak i tych spowodowanych zużyciem energii elektrycznej od momentu założenia firmy w 1975 roku. I powiem Wam, że nie interesuje mnie wszystko co powiecie o tych korpobogaczach ich monopolistycznych praktykach czy paskudnych chwytach. Jeśli zrealizują ten cel, są u mnie na plusie.

Brad Smith wspomina również oczywiste - nie wystarczy jedynie ambitny cel, potrzebny jest jeszcze dokładny plan. W jego ramach MS rozbuduje swój program “internal carbon fee”, który istnieje od 2012 roku (w jego ramach działy firmy przekazują proporcjonalne sumy na “sustainability improvements”, więc dla lepszych wyników finansowych starają się ograniczać swój odcisk węglowy). Poza tym przekaże miliard dolarów na rozwój technologii ograniczenia i przechwytywania i usuwania emisji. Przyznam, że to nie jest zawrotna kwota. To mniej niż 1% przychodu firmy. Nie wiem ile wynosi ich sumaryczny internal carbon fee, ale to osobne źródło pieniędzy na zbliżone cele.

Jednak Microsoft ma zamiar rozliczać się z postępów. Już od kilku lat publikuje “Environmental Data Factsheet”, a od 2020 ma publikować “Environmental Sustainability Report”. Ponadto firma chce być orędownikiem ograniczania emisji i usuwania CO2.

Już słyszę te głosy o “PRowym bullszicie”. Jednak wbrew pozorom, można zakładać, że szefostwo Microsoftu jest racjonalne i kieruje się przesłankami naukowymi. A te jasno mówią gdzie jesteśmy i jaki jest kurs naszej cywilizacji. Zakładam też, że ludzie w zarządzie MS mają dzieci i lubią życie. Mogą też mieć świadomość, że współczesny pracownik poza pieniędzmi ceni wartości i misję swojej firmy. Na pewnym poziomie wynagrodzenia to ostatnie zaczyna być naprawdę istotne. Także najzwyklejsza chęć zysku i umocnienia korporacji może motywować Microsoft do tego, by nie skończyło się na “PRowym gadaniu”.

W tym miejscu pozwolę sobie na parafrazę słów Neila Tysona z jego zeznania przed Kongresem USA. Choć tyczył się fundowania NASA, zaskakująco dobrze wpasowuje się w ambitny cel Microsoftu.

Śmiałe wizje mają moc by przekształcać umysły, by zmieniać założenia o tym co jest możliwe. Kiedy społeczeństwo pozwoli sobie na ambitne marzenia, te marzenia opanowują ambicje jednostek. W erze Apollo nie potrzeba było rządowych programów, które miałyby przekonywać ludzi, że bycie naukowcem lub inżynierem było dobre dla społeczeństwa. To było oczywiste.

Fundowanie misji oczyszczenia atmosfery z dwutlenku węgla ożywiłoby zdolność ludzi do innowacji jak żadna inna siła. Brak ambicji pożera nas, gdy przestajemy mieć marzenia. Robienie czegoś, czego nigdy wcześniej nie dokonano stanowi intelektualną pokusę. Zew tej przygody odbiłby się echem w społeczeństwie i w edukacji.

Plan Microsoftu zakłada, że do 2025 cała energia konsumowana przez centra danych, budynki i kampusy firmy będzie pochodzić ze źródeł odnawialnych. A jako, że pierwszy punkt ich zasad mówi o kierowaniu się nauką, mam cholerną nadzieję, że wśród tych źródeł będzie energia jądrowa. Do 2030 cała flota pojazdów na kampusach ma być elektryczna. Już w tym roku ich internal carbon fee będzie obejmować również bardziej pośrednie emisje.

Microsoft w najbliższych latach planuje mieć cały wachlarz technologii negatywnych emisji. Od zalesiania i sekwestracji w glebie, po technologie bezpośredniego wychwytywania CO2 z atmosfery. Technologie mają być skalowalne, przystępne cenowo i dostępne komercyjnie.

Warto docenić, że Brad Smith sam stwierdził, że ten 1 miliard (do zainwestowania na przestrzeni czterech lat) to ułamek potrzebnych inwestycji, ale liczy, że to rozpocznie trend wśród rządów i firm. I myślę, że może mieć rację. Argumenty wymieniłem wcześniej.


Źródła:
https://blogs.microsoft.com/blog/2020/01/16/microsoft-will-be-carbon-negative-by-2030/

https://query.prod.cms.rt.microsoft.com/cms/api/am/binary/RE3455q

https://download.microsoft.com/documents/en-us/csr/environment/microsoft_carbon_fee_guide.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=wj0UrF2T130
https://space.nss.org/neil-degrasse-tyson-senate-testimony/


Podoba Ci się to co robię? Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.

Kwantowy kocyk - czemu gaz jest cieplarniany

Co sprawia, że dany gaz jest określany mianem gazu cieplarnianego? Można by też zapytać, dlaczego kocyk grzeje? W tym tekście spróbuję możliwie krótko (hyhy) i prosto (serio, serio) wyjaśnić, dlaczego dwutlenek węgla i nie tylko zaliczamy do gazów cieplarnianych. W tym celu przejdziemy przez kilka uproszczeń, otrzemy się o fizykę kwantową, żeby dojść do sedna. Przy okazji odkurzymy trochę szkolnej wiedzy.


Kocyk nie grzeje

Podstawowa sprawa. Kocyki nie grzeją. To pierwsze uproszczenie. Koc, kołdra, ubranie “grzeją” bo powstrzymują ucieczkę ciepła, które emitują nasze ciała. To samo tyczy się niektórych gazów. Chodzi głównie o absorbowanie i ponowną emisję promieniowania podczerwonego.

Niektóre gazy są przezroczyste dla podczerwieni. Przepuszczają podczerwone fotony, które dzięki temu mogą na przykład odbić się od powierzchni planety i znów bez przeszkód pomknąć w pustkę kosmosu. Inne jednak przechwytują je i emitują ponownie w losowym kierunku. Czasem może to oznaczać, że foton wysłany przez Słońce trafi w cząsteczkę dwutlenku węgla, która na chwilę ją pochłonie i wyśle znów kosmos. Równie dobrze może jednak wyemitować ją z powrotem w kierunku powierzchni lub innej cząsteczki tego samego lub innego gazu cieplarnianego. Również fotony które emituje nasza powierzchnia mają większą szansę na to, by dłużej zostać w pobliżu, jeśli w atmosferze, jest dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane.

Można powiedzieć, że foton to porcja energii w postaci światła o określonej długości (częstotliwości) fali. Gazy cieplarniane sprawiają, że ta energia utrzymuje się na Ziemi. Dlatego analogia do koca lub szklarni (stąd greenhouse gas/effect) jest tak trafna. W takim razie trzeba się teraz zastanowić dlaczego niektóre gazy absorbują podczerwone cieplutkie fotony a inne nie. To moment na odkurzenie starych wiadomości ze szkoły.


Proste atomy

Sięgniemy po model atomu opracowany przez Nielsa Bohra w 1913 roku. Według niego atomy tworzą coś podobnego do małego układu planetarnego. Wokół ciężkiego jądra krążą elektrony, które wyobrażamy sobie jako małe, lekkie kuleczki. Kluczowe jest to, że reguły fizyki kwantowej sprawiają, że elektrony mogą poruszać się tylko ściśle określonych orbitach.

Orbity te są związane z poziomem energetycznym. Niższa orbita - mniejsza energia, wyższa orbita - większa energia. Wspomniałem, że fotony to porcje energii. Jeśli w atom trafi foton o dokładnie takiej energii (długości fali), jaka jest potrzebna, żeby elektron wskoczył na którąś z wyższych orbit, to może go zaabsorbować. Jeśli energia nie jest dopasowana foton po prostu poleci sobie dalej.

Kolejny kluczowy fakt jest taki, że wszystkie układy w przyrodzie dążą do minimum energii. Tyczy się to również elektronów. Więc jeśli tylko elektron nie jest już na najniższej orbicie, albo niższe orbity nie są już zajęte przez inne elektrony, to naturalnym będzie to, że wyemituje on foton o częstotliwości odpowiadającej różnicy energii między orbitami i hyc, wróci na niższą orbitę. To właśnie próbowałem przedstawić na ilustracji obok.

W rzeczywistości elektrony nie są kuleczkami na orbicie wokół atomów, są raczej rozproszonymi chmurami prawdopodobieństw, czasem o naprawdę ciekawych kształtach (które wynikają z równań), możecie na nie zerknąć tutaj. Zasada jednak pozostaje z grubsza jednakowa - elektrony mogą pochłonąć tylko ściśle określone porcje energii.

Ciekawiej jednak robi się gdy przejdziemy do cząsteczek…


Skomplikowane cząsteczki

Odkurzyliśmy fizykę, teraz pora na chemię. Czasami dwa lub więcej atomów uwspólniają sobie elektrony, szczególnie gdy taki układ jest bardziej korzystny energetycznie. W ten sposób powstają wiązania chemiczne i cząsteczki.

Wyobrażamy sobie je z reguły jak posklejane kuleczki lub kuleczki połączone sztywnymi “nóżkami”. Tymczasem powinniśmy sobie je wyobrażać bardziej jak kuleczki połączone sprężynkami. Podobnie jak elektrony, choć mają określone stany energetyczne, są bliższe rozmytym chmurom, tak wiązania atomów choć układają je w konkretny kształt, mogą wibrować, zginać się, rozciągać i skręcać.

W większości przypadków promieniowanie podczerwone jest zbyt słabe by wzbudzić elektrony (wznieść je na wyższe orbitale). Jednak ma ono wystarczającą energię by wywołać te prześmieszne taneczne ruchy, które widzicie na animacji obok. Nie tyczy się to symetrycznych cząsteczek typu tlenu O2 czy azotu N2. Ale już H2O, czy CO2 mają taką budowę, że wpadają w takie oscylacje i rotacje jeśli dostaną energię z promieniowania podczerwonego.


Wszystko razem (i jeszcze trochę)

W efekcie, jako że różne drgania i rotacje mogą się na siebie nakładać cząsteczki gazów cieplarnianych mogą pochłaniać bardzo szerokie spektrum promieniowania. Dwutlenek węgla ma wręcz tysiące długości fal, które jest w stanie absorbować i emitować.

A to wciąż nie jest pełen obraz. Powoływałem się na fizykę kwantową mówiłem, że pochłaniane są tylko bardzo ściśle określone porcje energii. W rzeczywistości jednak jest coś takiego jak zasada nieoznaczoności Heisenberga, która sprawia, że te wartości są lekko rozmyte. Kiedyś chętnie napiszę cały osobny tekst dlaczego zasada Heisenberga “ratuje” nasz świat.

Do tego dochodzi efekt Dopplera. Jeśli energia fotonu byłaby zbyt niska dla nieruchomej cząsteczki, ale idą one na zderzenie czołowe, to dojdzie do absorpcji, bo z perspektywy cząsteczki foton ma większą energię (częstotliwość). Jeśli byłaby zbyt wysoka, ale foton dogania “uciekającą” cząstkę” to pozornie energia fotonu jest niższa i więc również może dojść do absorpcji.

I właśnie dlatego gazy takie jak para wodna, dwutlenek węgla czy metan są gazami cieplarnianymi. Ich bardziej złożona struktura sprawia, że mogą absorbować energię promieniowania podczerwonego. A co za tym idzie, utrudniają ucieczkę ciepła z naszej planety.


Podoba Ci się to co robię? Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.


Źródła:
- Edukacja podstawowa i średnia
- Obrazek efektu cieplarnianego Wikimedia commons
- Rysunek w Visio mój. Jak widać nie umiałem narysować falującej linii, w przypadku fotonów.
- Przecudna animacja tańczących molekuł pochodzi stąd