Aleš Vunjak
Sažetak
U članku je predstavljen način na koji učenicima možemo predstaviti pozitivne i negativne osobine izuma parnog stroja, na koji je način ovaj izum utjecao na iskorištavanje fosilnih goriva i kako je na to reagirala atmosfera. U medijima često možemo primijetiti tvrdnje da se podneblje promijenilo radi čovjeka, kao i one koji takav stav odbacuju. Jedna od zadaća prirodoslovnih znanosti je da učenike potaknemo na uzročno-posljedično razmišljanje temeljeno na činjenicama, što pomoću ove tematike i činimo.
Ključne riječi: James Watt, parni stroj, klimatske promjene, ugljen, ugljični dioksid.
1. Uvod
Klima se u posljednjih nekoliko desetljeća nesumnjivo promijenila. Iako u znanosti to nije mjerodavno, te promjene možemo opaziti već i golim okom. Pravog snijega nema već 20 do 30 godina, ljeta su neobično vruća, neobično su jaki pljuskovi, tuče i oluje. Kiše je također manje nego što je uobičajeno.
Istovremeno bilježimo strahoviti tehnološki razvoj. Gospodarstvo cvjeta kao nikad dosad. Tehnologija koja je sada na raspolaganju čovjeku ranije nije postojala. Ne u tom obliku i ne u toj mjeri kao danas. Sav taj razvoj, naravno, traži i neko ulaganje – energiju. Energija nam je potrebna za izradu tehnologija koje poznajemo. Potrebna nam je za rad svih tih strojeva, naprava i pomagala. Energiju trebamo i za izradu proizvoda koje čovjek danas koristi: odjeća, nastambe, inventar, nakit, prijevozna sredstva itd. Otkud ta energija?
Dio energije proizvodimo u termoelektranama koje za svoj rad koriste ogromne količine ugljena. Da ukratko ponovimo: u termoelektrani ložimo ogromne količine ugljena. Tim postupkom osiguravamo toplinu kojom pokrećemo parne turbine, a one svojim okretanjem zajedno s ostalim kompleksnim mehanizmima proizvode struju. Struju potom čovjek u velikoj mjeri koristi za stvaranje i održavanje velike većine dobara koje smo ranije nabrojali.
A kako je započela ta istovremeno korisna i štetna suradnja između čovjeka, ugljena i strojeva, koja je – ili pak nije – utjecala na podneblje? Uz pomoć parnog stroja.
2. Parni stroj
Čovjek je vodenu paru kao sredstvo za pogon i pomicanje stvari koristio već prije 2000 godina. Naravno da naprave koje su tada djelovale na ovaj način nisu bile odviše uporabljive. Prvi patent za parni stroj je 1606. godine ishodio španjolski izumitelj Jerónimo de Ayanz. Nakon toga je 1698. godine Thomas Savery patentirao parnu crpku. Nešto kasnije, 1712. godine je Thomas Newcomen izradio prvi tržišno zanimljiv parni stroj. Njime su iz rudnika crpili vodu.
Pravi komercijalni i tehnološki proboj započeo je s parnim strojem kojeg je izradio James Watt. James Watt je bio škotski izumitelj, inženjer i kemičar. Živio je između 1736. i 1819. godine. Godine 1769. je poboljšao osobine parnog stroja kojeg je 1698. godine izradio Thomas Savery. Stroj je najprije imao 10 konjskih snaga, a mogli su ga koristiti svugdje gdje je na raspolaganju bila voda te ugljen ili drva. Radi toga su parni strojevi bili jako uporabljivi. Do 1883. godine se snaga tih strojeva značajno povećala, čak na 10.000 konjskih snaga.
Parni stroj je sve do početka 20. stoljeća ostao prevladavajući izvor energije. Nakon toga počeli su ga zamjenjivati elektromotori i motori s unutarnjim izgaranjem koji su se do tada uspjeli dovoljno razviti. Usprkos svemu, većinu električne energije u svijetu još uvijek proizvode parne turbine, stoga se, naravno, još uvijek kontinuirano i u velikoj većini vadi i loži ugljen.
3. Vađenje ugljena
Ugljen je čovjek vadio i ložio već puno prije širenja uporabe parnog stroja, ali to je 
vađenje bilo više-manje zanemarivo u usporedbi s iskopom koji danas poznajemo. Na donjoj slici (Slika 1) možemo vidjeti što se događalo s vađenjem ugljena u Velikoj Britaniji oko 1769. godine kada je James Watt „izumio“ parni stroj. Količina iskopa ugljena je prikazana u milijardama tona (Gt) ugljičnog dioksida koji se oslobađa izgaranjem ugljena.
Slika 1. Iskop ugljena u Gt godišnje
Do 1800. godine se proizvodnja ugljena udvostručila, a potom se do 1830. godine još jednom udvostručila. Sljedeće udvostručenje se dogodilo već u narednih 20 godina, a iduće udvostručenje do 1870. godine. Vjerojatno je čitatelj do ovdje već izgubio nadu i teško može zamisliti što se događalo s ugljenom i gdje bi se proizvodnja mogla nalaziti danas. Stoga neka događanje prikaže donji grafikon (Slika 2).
Slika 2. Iskop ugljena u Gt godišnje. Skala je u istom mjerilu kao grafikon na Slici 1.
Cjelokupno događanje koje smo dosad opisali, sve do današnjeg dana, opisuju donji grafikoni. Ali pažnja! Skala ordinate desnog grafikona je logaritamska. Time informacija o iskopavanju i spaljivanju postaje još više zastrašujuća. Ukoliko ne razumijete logaritamske skale, dovoljno je zamisliti da, ukoliko ne bismo koristili logaritamsku skalu, ordinatna os bila bi velika jedan metar!
Slika 3. Lijevi grafikon: iskop ugljena u Gt godišnje
Desni grafikon: iskop ugljena u Gt godišnje. Na tom grafikonu je sivom bojom obojano područje koje zauzima lijevi grafikon.
Da sažmemo. Iskop ugljena se od 1769. godine do 2006. godine povećao 800 puta – i još se uvijek povećava. Gdje završava ugljen nam je već poznato.
4. Ugljični dioksid
Spaljivanje fosilnih goriva, među koja pripada i ugljen, uzrokuje oslobađanje ugljičnog dioksida. Ugljični dioksid je jedan od stakleničkih plinova. Jednostavno rečeno, u kombinaciji sa sunčevim zrakama zagrijava ili, bolje rečeno, pregrijava Zemljinu atmosferu i tako ima nepoželjan učinak na podneblje. Točno je da je količina ugljičnog dioksida oslobođena prirodnim putem značajno veća od količine koju prouzrokuje čovjek, međutim, ti odnosi bili su uspostavljeni kroz čitavu povijest naše planete. Bili su 
u ravnoteži, što za ugljični dioksid kojeg stvara čovjek ne možemo tvrditi.
Pogledajmo što se je kroz povijest i oko 1769. godine događalo s koncentracijom ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi i što se s koncentracijom događalo nakon toga.
Slika 4. Grafikon prikazuje 1000-godišnji trend ugljičnog dioksida u Zemljinoj atmosferi u dijelova na milijun (ppm). Godine 1769. se trend značajno mijenja.
Na grafikonu je ponovno označena 1769. godina, kada je James Watt oživio prvi, za ona vremena dosta učinkovit parni stroj. Možemo vidjeti da se stabilnost koncentracije ugljičnog dioksida poruši i doslovce podivlja oko 1769. godine.
Da ponovimo. Godine 1769. je James Watt izradio do tada najučinkovitiji i stoga najviše upotrebljavan parni stroj. Iste je godine započelo enormno vađenje ugljena. Upravo se je te godine počela enormno povećavati koncentracija ugljičnog dioksida. Sve to vjerojatno ne može biti slučajno. Praktički nema sumnje da se godine i događaji podudaraju radi djelovanja čovjeka.
5. Zaključak
James Watt i nekolicina njegovih prethodnika su parnim strojevima u razdoblju oko 1769. godine počeli značajno utjecati na potrošnju i iskop ugljena, a time i na njegovo spaljivanje i ispust ugljičnog dioksida. Parni stroj čovječanstvu, naravno, nije donio samo zlo za klimu, nego mu je značajno pojednostavio život, a ekstremno je povećao i tehnološki razvoj. Svejedno, klimatske promjene još su uvijek – što je u redu – vrlo važna tema, koje bi čovječanstvo trebalo ozbiljnije shvatiti. Klimatske promjene u stvarnosti nisu problem podneblja, nego energetski problem. Ukoliko nećemo reagirati i korjenito promijeniti način pridobivanja energije i odnosa prema materijalnim dobrima, trend vađenja ugljena će se nastaviti. Nastavit će se i loženje ugljena, a time i stvaranje ugljičnog dioksida koji priroda, usprkos relativno manjoj količini naspram prirodnim tokovima ugljičnog dioksida, ne može uravnotežiti. Stoga isti „zaglavljuje“ u našoj okolini i kao staklenički plin na nepoželjan način utječe na Zemljinu atmosferu, a tako i na naš život.
6. Literatura
- David J.C. MacKay. Sustainable Energy – without the hot air. UIT Cambridge, 2008. ISBN 978-0-9544529-3-3.
- https://sl.wikipedia.org/wiki/James_Watt
https://sl.wikipedia.org/wiki/Parni_stroj - Slike 1 do 4: David J.C. MacKay. Sustainable Energy – without the hot air. UIT Cambridge, 2008. ISBN 978-0-9544529-3-3.
Pogled kroz prozor 