Tento článek navazuje na článek BIOETANOL – naše naděje nebo past ze 7.4.2006,
u kterého se v diskusi vyskytly nejasnosti, které chci vysvětlit.
Často se uvádí tvrzení, že rostliny na zemi svým reprodukčním potenciálem jsou schopny zajistit všechny potřeby lidstva. Intenzita slunečního svitu se za celou dobu existence lidstva nezměnila a je zřejmá dominance solární energie v zemědělské produkci.

Principy trvalé udržitelnosti
Účinnost tohoto procesu solární energie je však možná jen v přímé návaznosti na způsob obdělávání půdy, které může způsobit entropickou degradaci půdy, která se může stát kritickou. Asi nejjednodušší příklad je, že na Sahaře přes téměř nepřetržitý sluneční svit vegetace prakticky neexistuje. Poučení z toho je, že cyklický proces obnovy úrodnosti půdy je základní podmínkou pro trvale udržitelný produkční proces. Život potřebuje nejenom sluneční svit, ale také nízkoentropický trvale udržitelný ekosystém.
Tyto zákonitosti vypozorovali už první zemědělci a věděli, že bez cyklické obnovy je půda neuživí. V minulém století došlo k tomu, že tažná zvířata jako koně,osli, dobytek byla nahrazena stroji z kovů, poháněna naftou, benzínem, přirozená hnojiva byla z velké části nahrazena umělými hnojivy, vyrobených z ropy, zemního plynu, uhlí.
Důležitost tohoto přechodu spočívá v tom, že trvale udržitelný přírodní cyklus nevyčerpatelné solární energie přešel na konečnou, vyčerpatelnou zásobu minerálů a fosilních zdrojů v zemské kůře. Tímto se stala sluneční energie nutnou, ale nikoliv postačující podmínkou pro přežití.

Role slunečního záření v energetickém cyklu zrna
Sluneční svit je předpokladem k uskutečnění reakce přeměny atmosférického CO₂ na glukózu a kyslík podle následeující rovnice:

6CO2 + 6H2O + Solarní záření = C6H12O6 + 6O2 + teplo

probíhá takto:
Světelná energie pohlcená chlorofylem (energie fotonů) je využita na rozklad molekuly vody za uvolnění elektronů i protonů a také se přeměňuje na energii chemickou. Calvinův cyklus provádí asimilací přeměnu CO2 na glukózu. [M.Calvin-Nobelova cena za fotosyntézu]. Fotosyntéza je exotermní proces, kdy část energie uniká zpět do prostoru jako rozptýlená nevratná tepelná energie.
Z celkového množství dopadajícího záření rostliny využijí kolem 1 % podle rostliny, vegetační doby a slunečního spektra.

Závěr : Sluneční svit podmiňuje fotosyntetickou reakci, která zvyšuje energetický obsah rostliny v formou chemické energie, ale sám se na zvýšení energetického obsahu podílí jen nepatrně, což je z hlediska energetického bezvýznamné.
Tento závěr byl doložen experimentálně v podobě ideálního etanolového cyklu.

Ideální etanolový cyklus
Ideální, teoretický etanolový cyklus je poháněn pouze solární energií a všechny vedlejší chemické produkty jsou plně recyklovány.
. Skládá se ze 3 částí:
1.udržitelné pěstování kukuřice
2.udržitelná produkce etanolu
3.spalování etanolu k vykonání užitečné práce
Je vyzařováno rozptylové odpadové teplo, je recyklován CO_2, a všechna voda. Tento proces můžeme s jistým přiblížením aplikovat na velkoplošné pěstování kukuřice v USA v létech 1866 -1937. Průměrný výnos kukuřice byl 1600 kg/ha [USDA.gov, NASS,24b], to je 1/5 současné produkce, půda byla hnojena přirozeným hnojem, kompostováním, rotací sklizně a přesto byl měřením prokázán pokles výnosu následkem vyčerpávání půdy.
Bez fosilních paliv by bylo třeba pěstovat kukuřici místo na 30 m il. ha na 150-180 mil. ha, což by znamenalo využít veškerou ornou půdu a k tomu by nebyl dostatek dobytka pro produkci chlévského hnoje. Půda by se vyčerpala za 30 roků a to by v různých časových rozměrech platilo pro všechny průmyslové zdroje biomasy. Na základě dlouhodobých měření je produkce biopaliva neudržitelná.

Samotná solární energie nebyla schopná zajistit trvalou udržitelnost etanolového cyklu a vyprodukovat použitelné množství etanolu.
Hlavním hráčem se stala stále se zmenšující zásoba fosilních a minerálních surovin v zemské kůře.
Otázkou tedy je, jak dlouho je lidstvo schopno přežívat – u ropy a zmního plynu to jsou desítky let, u uhlí stovky let, u uranu (snad) tisíce let. Na vyčerpávání zdrojů úzce navazuje průmyslová výroba strojů a zařízení a průmyslová produkce fosilních paliv jako je etanol.
Vyvstávají otázky:
za jakých podmínek je trvale udržitelný, obnovitelný cyklus výroby bioetanolu, ale i jiných produktů biomasy.

Trvalá udržitelnost obecně
Opakem udržitelnosti je nevratnost.
Def.: Proces je nevratný (neobnovitelný) tehdy, když nemůže probíhat opačným směrem a vrátit se do původního stavu bez dodání energie z vnějšku. [Max Planck, 2.věta termodynamická].

Proces lineární je takový, který probíhá jedním směrem tak, že vyčerpává fosilní zdroje, teplo je využíváno civilizací k pohonu motorů a teplo, které zůstane po vykonání práce se rozptýlí nevratně do prostoru. Tento proces probíhá tak dlouho dokud nejsou vyčerpány všechny zdroje. Tím dochází k nevratné degradaci energie – buď do prostoru ve formě rozptýleného tepla nebo do půdy ve formě znehodnocené půdy.
Def.:Proces trvale udržitelný je takový, který probíhá bez přerušení, zeslabení nebo ztráty kvality neomezeně dlouho bez vylučování jeho odpadů.
Proces cyklický je takový, který může být trvale udržitelný. Přírodní cyklus: energie slunce =>H₂O, CO₂, živiny => rostliny, únik tepla => život, únik tepla => smrt, zánik => sluneční energie.=> .. . Takovýto proces podle termodynamických zákonů probíhal tisíce let, než do procesu vstoupil člověk.

Trvalá udržitelnost etanolového cyklu
[Canadian scientists, Richard Berthiaume, Christian Bouchard, and Marc A. Rosen (Berthiaume et al., 2001), W. Patzek, D.Pimentel.]
Fosilní – reálný etanolový cyklus
Vzhledem k tomu, že ideální sluneční cyklus není schopen produkovat etanol v použitelném množství, vstoupila do hry fosilní paliva. Masivním nasazením ropy, zemního plynu, uhlí a jejich produktů jako umělá hnojiva, pesticidy a herbicidy se podstatně zvýšil výnos kukuřice a produkce etanolu i za cenu větší spotřeby vstupní energie než je výstupní kalorická hodnota vzniklého etanolu, ale také velký nárust chemického odpadu. Vedle toho dochází k velkému vyčerpávání půdy odnímáním velkého množství zelené hmoty a vyčerpání spodní vody. Podrobný popis tohoto procesu je velmi rozsáhlý, je možné ho uvést, ale zatím nám stačí uvedené skutečnosti.
Průmyslový etanolový cyklus spoléhá na lineární proces čerpání fosilních, půdních a vodních zdrojů, takže tento proces není trvale udržitelný.

Jaká jsou rizika průmyslové produkce etanolu.

1. Výrobní cyklus průmyslové produkce bioetanolu není trvale udržitelný, protože vstupní fosilní energie a energie zrna je větší než kalorická hodnota vyrobeného etanolu. K tomuto a dalším závěrům došly výzkumné týmy univerzity University of California, Berkeley a Department of Enviromental Engineering, California a Cornell Univ.na základě studia 150 letého velkoplošnoho pěstování kukuřice v USA.

2. Dlouhodobé velkoplošné průmyslové pěstování kukuřice s fosilními vstupy je trvale neudržitelné, protože způsobuje nevratné vyčerpání půdy.

3. Obnovitelný proces výroby etanolu je možný pouze v podmínkách cyklické obnovy úrodnosti půdy a to je možné pouze bez použití fosilních neobnovitelných vstupů. Podmínkou je udržení úrovně humusu vracením veškeré rostlinné hmoty kromě zrna do půdy. Výnos etanolu je v tomto případě tak nízký, že je průmyslově nevyužitelný.

4. Sluneční záření se zúčastňuje procesu fotosyntézy, ale vzhledem k nízkému, cca 1% využití celkové energie slunečního záření, není limitujícím činitelm při tvorbě energetického obsahu.

5. Při procesu výroby etanolu se vytváří více CO₂, než se váže do rostliny při fotosyntéze, čímž se podílí na tvorbě skleníkových plynů. Je to stejné množství, jako je emitováno v celé ČR.
V uhlíkovém cyklu produkce etanlou dochází k vázání atmosférického CO₂ do rostliny, při hoření asi stejné množství CO₂ vytváří, což je v rovnováze, ale kromě toho se v procesu produkce etanolu vytváří další CO₂ při procesu fermentace a z odpadové vody při destilaci další CO₂, čímž do atmosféry přibývají další skleníkové plyny. Podle výpočtu a testů se z každého ha vytváří 7475 kg ekvivalentního CO₂ tj. 89 mil t emisí za rok v USA.

6. Při průmyslovém procesu dochází na monokulturách k nenávratnému vyčerpávání spodní vody a vysušování krajiny.

7. Pokud by se přešlo na použití veškeré biomasy za účelem tvorby energie (spalováním,výrobou pohonných hmot), může to mít krákodobý přínos, ale hrozí riziko, že proces devastace půdy by se urychlil z desítek let na roky.

8. všechny uvedené údaje jsou převzaty z výzkumných zpráv univerzit a ústavů, týkajících se pěstování kukuřice v USA za dobu pěstování 150 roků, po kterou se velkoplošně pěstuje. Všechny výpočty jsou prováděny na základě přírodních zákonů bez ohledu na to, jakou ideologii kdo zastává. Pokud mocní, kteří rozhodují, budou ignorovat přírodní zákony, tak to povede ke katastrofě.

9. Výzkumné týmy intezivně pracují na výzkumu ostatních plodin biomasy. Vývoj výzkumů budu nadále sledovat, protože se to týká nejn USA, ale i nás. Co s tím politici udělají je jejich mocenská hra, ale nebudou moci říci, že nebyli varováni.

10. Pokud bychom chtěli uvedené skutečnosti aplikovat na jiné plodiny, musely by se provést korekce. Obecně můžeme konstatovat, že průmyslové fosilní pěstování není trvale udržitelné bez zhoubných následků na ekosystémy ve kterých žijeme. Můžeme se tak dostat do stavu, kdy kromě vyčerpaných fosilních zdrojů budeme mít i vyčerpanou půdu. Potom Bůh nás ochraňuj.

Několik příkladů důsledků devastace půdy:

– Na Ukrajině všemocní ideologové poručili dešti, větru, vzali přírodní zákony do svých rukou a zničili za zpěvu budovatelských písní vzácnou černozem a přivedli zemi k hladomoru, při kterém zahynuly miliony lidí. Z obilnice Evropy udělali zbídačenou zemi. Dodnes, po 85 letech, se s tím nedokázali vyrovnat a dále tam mnoho lidí živoří.
Toto je varování, že nejenom atomové elektrárny, ale i neodpovědné vyčerpávání půdy s cílem momentálního užitku, může přinést katastrofu přesahující katastrofu v Černobylu.
– Deštné pralesy jsou trvale udržitelné soustavy bez fosilních zdrojů. Pokud jsou vykáceny, dojde k likvidaci obnovitelného cyklu a ztrátě úrodnosti půdy, která se sotva hodí jako pastviny. Pokud se tam založí plantáže, mohou existovat pouze při používání fosilních hnojiv a stanou se trvale neudržitelné a závislé na stupni vyčerpání fosilních zdrojů.
Mnozí ze čtenářů by jistě mohli jmenovat další případy neobnovitelného zacházení s naší přírodou.

Pozn.:Spotřeba umělých hnojiv v ČR v R. 2005 (ČSU):
Celkem 293 144 t čistých živin
Dusík 316 390 t
Fosfor 45 923 t
Potaš 30 831 t
To je 100 kg na 1 ha. Od r. 2000 se v rozmezí 1 % nezměnila