محاصرون في الأزرق الكبير: إزالة ثاني أكسيد الكربون من المحيط

تقسيم الهندسة الجيولوجية المناخية: الجزء الثاني

الجزء 1: المجهول اللانهائي
الجزء الثالث: تعديل الإشعاع الشمسي
الجزء 4: مراعاة الأخلاق والإنصاف والعدالة

إزالة ثاني أكسيد الكربون (CDR) هو شكل من أشكال الهندسة الجيولوجية المناخية التي تسعى إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. يستهدف مجلس الإنماء والإعمار تأثير انبعاثات غازات الاحتباس الحراري عن طريق تقليل وإزالة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من خلال التخزين الطويل والقصير الأجل. يمكن اعتبار CDR قائمًا على اليابسة أو على المحيط ، اعتمادًا على المواد والأنظمة المستخدمة لالتقاط الغاز وتخزينه. كان التركيز على CDR على الأرض هو السائد في هذه المحادثات ولكن الاهتمام بتسخير CDR المحيطات آخذ في الازدياد ، مع الاهتمام بالمشاريع الطبيعية والميكانيكية والكيميائية المحسنة.

---

تقوم الأنظمة الطبيعية بالفعل بإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي

المحيط هو بالوعة الكربون الطبيعية ، التقاط 25٪ من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي و 90٪ من الحرارة الزائدة للأرض من خلال العمليات الطبيعية مثل التمثيل الضوئي والامتصاص. ساعدت هذه الأنظمة في الحفاظ على درجة الحرارة العالمية ، ولكنها أصبحت مثقلة بسبب زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وغازات الاحتباس الحراري الأخرى من انبعاثات الوقود الأحفوري. بدأ هذا الامتصاص المتزايد في التأثير على كيمياء المحيط ، مما تسبب في تحمض المحيطات ، وفقدان التنوع البيولوجي ، وأنماط النظام الإيكولوجي الجديدة. إن إعادة بناء التنوع البيولوجي والنظم البيئية المقترنة بالحد من الوقود الأحفوري ستقوي كوكب الأرض ضد تغير المناخ.

يمكن أن تحدث إزالة ثاني أكسيد الكربون ، من خلال نمو النباتات والأشجار الجديدة ، على اليابسة وفي النظم البيئية للمحيطات. التشجير هو إنشاء غابات جديدة أو النظم البيئية للمحيطات ، مثل غابات المانغروف ، في المناطق التي لم تحتوي تاريخيًا على مثل هذه النباتات ، بينما تسعى إعادة التحريج إلى إعادة إنتاج الأشجار والنباتات الأخرى في المواقع التي تم تحويلها إلى استخدامات مختلفة ، مثل الأراضي الزراعية أو التعدين أو التطوير ، أو بعد الخسارة بسبب التلوث.

الحطام البحري والبلاستيك وتلوث المياه ساهمت بشكل مباشر في فقدان معظم الأعشاب البحرية وأشجار المنغروف. ال قانون المياه النظيفة في الولايات المتحدة ، وقد عملت جهود أخرى على الحد من هذا التلوث والسماح بإعادة التشجير. تم استخدام هذه المصطلحات بشكل عام لوصف الغابات البرية ، ولكن يمكن أن تشمل أيضًا النظم البيئية القائمة على المحيطات مثل غابات المانغروف ، أو الأعشاب البحرية ، أو المستنقعات المالحة ، أو الأعشاب البحرية.

الوعد:

الأشجار وأشجار المانغروف والأعشاب البحرية والنباتات المماثلة تسرب الكربونباستخدام وعزل ثاني أكسيد الكربون بشكل طبيعي من خلال عملية التمثيل الضوئي. غالبًا ما يسلط الضوء على المحيطات "الكربون الأزرق" أو ثاني أكسيد الكربون المحتجز في المحيط. تعد أشجار المانغروف واحدة من أكثر النظم البيئية فعالية للكربون الأزرق ، حيث تقوم باحتجاز الكربون في لحاءها ونظام الجذر والتربة وتخزينها. حتى مرات 10 أكثر من الكربون من الغابات على الأرض. توفر أشجار المانغروف العديد من الأنواع المنافع البيئية المشتركة على المجتمعات المحلية والنظم البيئية الساحلية ، مما يمنع التدهور والتعرية على المدى الطويل وكذلك التخفيف من تأثير العواصف والأمواج على الساحل. تخلق غابات المنغروف أيضًا موائل لمختلف الحيوانات البرية والمائية والطيورية في نظام جذر النبات وفروعه. يمكن استخدام مثل هذه المشاريع ل عكس مباشرة آثار إزالة الغابات أو العواصف ، واستعادة السواحل والأراضي التي فقدت الغطاء الشجري والنباتي.

التهديد:

تنبع المخاطر المصاحبة لهذه المشاريع من التخزين المؤقت لثاني أكسيد الكربون المحبوس طبيعيًا. مع تغير استخدام الأراضي الساحلية وتعطل النظم الإيكولوجية للمحيطات من أجل التنمية أو السفر أو الصناعة أو عن طريق تقوية العواصف ، سيتم إطلاق الكربون المخزن في التربة في مياه المحيط والغلاف الجوي. هذه المشاريع هي أيضا عرضة ل التنوع البيولوجي وفقدان التنوع الجيني لصالح الأنواع سريعة النمو ، مما يزيد من مخاطر الإصابة بالأمراض ونفوق أعداد كبيرة. مشاريع الترميم يمكن أن يكون مكثفًا للطاقة وتتطلب وقودًا أحفوريًا للنقل وآلات للصيانة. استعادة النظم البيئية الساحلية من خلال هذه الحلول القائمة على الطبيعة دون مراعاة المجتمعات المحلية قد يؤدي إلى الاستيلاء على الأراضي والمجتمعات المحرومة التي كان لها أقل مساهمة في تغير المناخ. العلاقات المجتمعية القوية ومشاركة أصحاب المصلحة مع السكان الأصليين والمجتمعات المحلية هي المفتاح لضمان المساواة والعدالة في جهود مجلس الإنماء والإعمار للمحيطات الطبيعية.

يهدف استزراع الأعشاب البحرية إلى زراعة عشب البحر والطحالب الكبيرة لتصفية ثاني أكسيد الكربون من الماء و تخزينها في الكتلة الحيوية من خلال التمثيل الضوئي. يمكن بعد ذلك استزراع هذه الأعشاب البحرية الغنية بالكربون واستخدامها في المنتجات أو الغذاء أو غرقها في قاع المحيط وعزلها.

الوعد:

تنمو الأعشاب البحرية ونباتات المحيط الكبيرة المماثلة بسرعة وتوجد في مناطق حول العالم. بالمقارنة مع جهود التحريج أو إعادة التحريج ، فإن الموطن المحيطي للأعشاب البحرية يجعله غير عرضة للنيران أو التعدي أو التهديدات الأخرى للغابات الأرضية. مصاصات الأعشاب البحرية كميات عالية من ثاني أكسيد الكربون وله استخدامات متنوعة بعد النمو. من خلال إزالة ثاني أكسيد الكربون القائم على الماء ، يمكن أن تساعد الأعشاب البحرية المناطق في العمل ضد تحمض المحيطات و توفير موائل غنية بالأكسجين للنظم البيئية المحيطية. بالإضافة إلى هذه المكاسب البيئية ، تتمتع الأعشاب البحرية أيضًا بفوائد التكيف مع المناخ حماية السواحل من التآكل عن طريق ترطيب طاقة الأمواج. 

التهديد:

يتميز احتجاز كربون الطحالب البحرية عن عمليات CDR الأخرى التي تستخدم في الاقتصاد الأزرق ، حيث يخزن المصنع ثاني أكسيد الكربون₂ في كتلتها الحيوية ، بدلاً من نقلها إلى الرواسب. نتيجة لذلك ، CO₂ قدرة المصنع على إزالة وتخزين الأعشاب البحرية. يجوز تدجين الأعشاب البحرية البرية من خلال زراعة الأعشاب البحرية تقليل التنوع الجيني للنبات، مما يزيد من احتمالية الإصابة بالأمراض وحالات الوفاة الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، تشمل الأساليب المقترحة الحالية لزراعة الأعشاب البحرية زراعة النباتات في الماء على مادة اصطناعية ، مثل الحبال ، وفي المياه الضحلة. قد يمنع هذا الضوء والمغذيات من الموائل في المياه أسفل الأعشاب البحرية ويسبب ضررًا لتلك النظم البيئية بما في ذلك التشابك. كما أن الأعشاب البحرية نفسها عرضة للتدهور بسبب مشاكل جودة المياه والافتراس. تتوقع حاليًا المشاريع الكبيرة التي تهدف إلى إغراق الأعشاب البحرية في المحيط غرق الحبل أو مادة اصطناعية أيضًا ، من المحتمل أن تلوث المياه عندما تغرق الأعشاب البحرية. من المتوقع أيضًا أن يواجه هذا النوع من المشاريع قيودًا على التكلفة ، مما يحد من قابلية التوسع. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد أفضل طريقة لزراعة الأعشاب البحرية والحصول على الوعود المفيدة مع تقليل التهديدات المتوقعة والعواقب غير المقصودة.

بشكل عام ، تهدف استعادة النظم البيئية للمحيطات والساحلية من خلال غابات المانغروف والأعشاب البحرية والنظم الإيكولوجية للأهوار المالحة وزراعة الأعشاب البحرية إلى زيادة واستعادة قدرة النظم الطبيعية للأرض على معالجة وتخزين ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. يتفاقم فقدان التنوع البيولوجي الناجم عن تغير المناخ مع فقدان التنوع البيولوجي من الأنشطة البشرية ، مثل إزالة الغابات ، مما يقلل من قدرة الأرض على التكيف مع تغير المناخ. 

في عام 2018 ، أفاد المنبر الحكومي الدولي للعلوم والسياسات في مجال التنوع البيولوجي وخدمات النظم الإيكولوجية (IPBES) بذلك ثلثي النظم البيئية للمحيطات تالفة أو متدهورة أو متغيرة. سيزداد هذا العدد مع ارتفاع مستوى سطح البحر ، وتحمض المحيطات ، والتعدين في قاع البحار العميقة ، وتأثيرات تغير المناخ البشرية المنشأ. ستستفيد طرق إزالة ثاني أكسيد الكربون الطبيعية من زيادة التنوع البيولوجي واستعادة النظم البيئية. تعد زراعة الأعشاب البحرية مجالًا مزدهرًا للدراسة يمكن أن يستفيد من البحث المستهدف. إن الاستعادة المدروسة للنظم البيئية للمحيطات وحمايتها لديها إمكانية فورية للتخفيف من آثار تغير المناخ من خلال خفض الانبعاثات المقترنة بالفوائد المشتركة.

---

تعزيز العمليات الطبيعية للمحيطات من أجل التخفيف من آثار تغير المناخ

بالإضافة إلى العمليات الطبيعية ، يدرس الباحثون طرقًا لتحسين إزالة ثاني أكسيد الكربون الطبيعي ، وتشجيع امتصاص المحيط لثاني أكسيد الكربون. تندرج ثلاثة مشاريع للهندسة الجيولوجية لمناخ المحيطات ضمن هذه الفئة من تعزيز العمليات الطبيعية: تعزيز قلوية المحيطات ، والتخصيب بالمغذيات ، والصعود إلى الصاعد والماء الاصطناعي. 

تحسين قلوية المحيط (OAE) هي طريقة CDR تهدف إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون في المحيط عن طريق تسريع تفاعلات المعادن الطبيعية للعوامل الجوية. تستخدم تفاعلات التجوية هذه ثاني أكسيد الكربون وتنتج مادة صلبة. تقنيات OAE الحالية التقاط ثاني أكسيد الكربون بالصخور القلوية ، مثل الجير أو الزبرجد الزيتوني ، أو من خلال عملية كهروكيميائية.

الوعد:

مرتكز على عمليات التجوية الطبيعية للصخور، OAE هو قابلة للتطوير وتوفر طريقة دائمة من إزالة ثاني أكسيد الكربون. التفاعل بين الغاز والمعادن يخلق رواسب متوقعة زيادة قدرة التخزين المؤقت للمحيطات، مما يقلل بدوره من تحمض المحيطات. قد تؤدي زيادة الرواسب المعدنية في المحيطات أيضًا إلى زيادة إنتاجية المحيطات.

التهديد:

يعتمد نجاح تفاعل التجوية على توافر المعادن وتوزيعها. توزيع غير عادل للمعادن و الحساسيات الإقليمية لانخفاض ثاني أكسيد الكربون قد يؤثر سلبًا على بيئة المحيطات. بالإضافة إلى ذلك ، من المرجح أن تكون كمية المعادن اللازمة لـ OAE مصدرها مناجم أرضية، وسيتطلب النقل إلى المناطق الساحلية لاستخدامها. تؤدي زيادة قلوية المحيط إلى تعديل درجة حموضة المحيط أيضًا تؤثر على العمليات البيولوجية. تعزيز قلوية المحيط لم نر العديد من التجارب الميدانية أو الكثير من الأبحاث مثل التجوية الأرضية ، وتأثيرات هذه الطريقة معروفة بشكل أفضل بالتجوية الأرضية. 

التسميد الغذائي يقترح إضافة الحديد والمغذيات الأخرى إلى المحيط لتشجيع نمو العوالق النباتية. من خلال الاستفادة من العملية الطبيعية ، تمتص العوالق النباتية بسهولة ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي وتغرق في قاع المحيط. في عام 2008 ، الدول في اتفاقية الأمم المتحدة للتنوع البيولوجي وافقت على الوقف الاحترازي حول الممارسة للسماح للمجتمع العلمي بفهم إيجابيات وسلبيات مثل هذه المشاريع بشكل أفضل.

الوعد:

بالإضافة إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي ، قد يؤدي التسميد بالمغذيات تقليل تحمض المحيطات بشكل مؤقت و زيادة مخزون الأسماك. تعد العوالق النباتية مصدرًا غذائيًا للعديد من الأسماك ، وقد يؤدي زيادة توافر الغذاء إلى زيادة كمية الأسماك في المناطق التي يتم فيها تنفيذ المشاريع. 

التهديد:

لا تزال الدراسات محدودة على الإخصاب الغذائي و يتعرف على العديد من المجهول حول التأثيرات طويلة المدى ، والفوائد المشتركة ، واستمرارية طريقة CDR هذه. قد تتطلب مشاريع التسميد بالمغذيات كميات كبيرة من المواد على شكل حديد وفوسفور ونيتروجين. قد يتطلب الحصول على هذه المواد تعدينًا وإنتاجًا ونقلًا إضافيًا. هذا يمكن أن ينفي تأثير CDR الإيجابي ويضر بالنظم البيئية الأخرى على الكوكب بسبب استخراج التعدين. بالإضافة إلى ذلك ، قد ينتج عن نمو العوالق النباتية تكاثر الطحالب الضارة ، وتقليل الأكسجين في المحيط ، وزيادة إنتاج الميثان، غازات الدفيئة التي تحبس 10 أضعاف كمية الحرارة مقارنة بثاني أكسيد الكربون.

يؤدي الاختلاط الطبيعي للمحيط من خلال الموجات الصاعدة والهابطة إلى جلب المياه من السطح إلى الرواسب ، وتوزيع درجة الحرارة والمغذيات إلى مناطق مختلفة من المحيط. الموجات الصناعية والهابطة يهدف إلى استخدام آلية فيزيائية لتسريع هذا الخلط وتشجيعه ، وزيادة اختلاط مياه المحيطات لجلب المياه السطحية الغنية بثاني أكسيد الكربون إلى أعماق المحيطات ، و مياه باردة وغنية بالمغذيات على السطح. ومن المتوقع أن يشجع ذلك نمو العوالق النباتية والتمثيل الضوئي لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. الآليات المقترحة الحالية تشمل باستخدام الأنابيب والمضخات العمودية لسحب المياه من قاع المحيط إلى الأعلى.

الوعد:

يقترح استخدام المياه المتدفقة إلى السطح والماء الاصطناعي على أنه تعزيز للنظام الطبيعي. قد تساعد هذه الحركة المخططة للمياه في تجنب الآثار الجانبية لزيادة نمو العوالق النباتية مثل مناطق انخفاض الأكسجين والمغذيات الزائدة عن طريق زيادة اختلاط المحيطات. في المناطق الأكثر دفئًا ، قد تساعد هذه الطريقة في تبريد درجات حرارة السطح و تبيض المرجان البطيء. 

التهديد:

شهدت طريقة الخلط الاصطناعي هذه تجارب واختبارات ميدانية محدودة تركز على المقاييس الصغيرة ولفترات زمنية محدودة. تشير الأبحاث المبكرة إلى أنه على وجه العموم ، فإن الارتفاعات المتدفقة والهابطة الاصطناعية لها إمكانات منخفضة لـ CDR و توفير الحجز المؤقت من ثاني أكسيد الكربون. هذا التخزين المؤقت هو نتيجة لدورة المياه المتدفقة والصاعد. أي ثاني أكسيد الكربون الذي ينتقل إلى قاع المحيط من خلال تدفق المياه من المرجح أن يرتفع في وقت آخر. بالإضافة إلى ذلك ، ترى هذه الطريقة أيضًا احتمال وجود مخاطر إنهاء. إذا فشلت المضخة الاصطناعية أو توقفت أو تفتقر إلى التمويل ، فقد تؤدي زيادة المغذيات وثاني أكسيد الكربون على السطح إلى زيادة تركيزات الميثان وأكسيد النيتروز وكذلك تحمض المحيطات. تتطلب الآلية الحالية المقترحة للخلط الاصطناعي للمحيطات نظام أنابيب ومضخات وإمدادات طاقة خارجية. من المحتمل أن يتطلب تركيب هذه الأنابيب السفن ، مصدر فعال للطاقة ، والصيانة. 

---

CDR المحيط من خلال الطرق الميكانيكية والكيميائية

يتدخل CDR الميكانيكي والكيميائي للمحيطات في العمليات الطبيعية ، بهدف استخدام التكنولوجيا لتغيير النظام الطبيعي. في الوقت الحالي ، يسيطر استخراج الكربون من مياه البحر على محادثة CDR الميكانيكية والكيميائية للمحيطات ، ولكن طرقًا أخرى مثل الانبعاث الاصطناعي للتيار المتدفق والماء السفلي ، التي تمت مناقشتها أعلاه ، يمكن أن تندرج ضمن هذه الفئة أيضًا.

يهدف استخراج الكربون من مياه البحر ، أو Electrochemical CDR ، إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون في مياه المحيطات وتخزينه في مكان آخر ، ويعمل على مبادئ مماثلة لتوجيه التقاط ثاني أكسيد الكربون في الهواء وتخزينه. تتضمن الطرق المقترحة استخدام العمليات الكهروكيميائية لجمع الشكل الغازي لثاني أكسيد الكربون من مياه البحر ، وتخزين هذا الغاز في صورة صلبة أو سائلة في تكوين جيولوجي أو في رواسب المحيطات.

الوعد:

من المتوقع أن تسمح طريقة إزالة ثاني أكسيد الكربون من مياه المحيطات للمحيطات بامتصاص المزيد من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي من خلال العمليات الطبيعية. أشارت الدراسات التي أجريت على CDR الكهروكيميائية إلى أن هذه الطريقة مع مصدر الطاقة المتجددة يمكن أن يكون موفرًا للطاقة. ومن المتوقع كذلك أن تؤدي إزالة ثاني أكسيد الكربون من مياه المحيطات عكس أو إيقاف تحمض المحيطات. 

التهديد:

اختبرت الدراسات المبكرة حول استخراج الكربون من مياه البحر هذا المفهوم في الأساس في التجارب المعملية. نتيجة لذلك ، يظل التطبيق التجاري لهذه الطريقة نظريًا للغاية ، وربما طاقة مكثفة. ركزت الأبحاث أيضًا بشكل أساسي على القدرة الكيميائية لإزالة ثاني أكسيد الكربون من مياه البحر ، باستخدام القليل من البحث عن المخاطر البيئية. تشمل المخاوف الحالية عدم اليقين بشأن تحولات توازن النظام البيئي المحلي والتأثير الذي قد تحدثه هذه العملية على الحياة البحرية.

---

هل هناك مسار للمضي قدمًا لـ CDR الخاص بالمحيطات؟

يتم دعم العديد من مشاريع CDR للمحيطات الطبيعية ، مثل استعادة النظم البيئية الساحلية وحمايتها ، من خلال الفوائد المشتركة الإيجابية التي تم البحث عنها والمعروفة للبيئة والمجتمعات المحلية. لا تزال هناك حاجة إلى إجراء بحث إضافي لفهم مقدار وطول الوقت الذي يمكن فيه تخزين الكربون من خلال هذه المشاريع ، ولكن الفوائد المشتركة واضحة. ومع ذلك ، خارج نطاق CDR الطبيعي للمحيطات ، فإن CDR المعزز الطبيعي والميكانيكي والكيميائي للمحيطات له عيوب محددة يجب مراعاتها بعناية قبل تنفيذ أي مشروع على نطاق واسع. 

نحن جميعًا أصحاب مصلحة في هذا الكوكب وسوف نتأثر بمشاريع الهندسة الجيولوجية المناخية بالإضافة إلى تغير المناخ. يعتبر صانعو القرار وصناع السياسات والمستثمرون والناخبون وجميع أصحاب المصلحة من العناصر الأساسية في تحديد ما إذا كانت مخاطر إحدى طرق الهندسة الجيولوجية المناخية تفوق مخاطر طريقة أخرى أو حتى مخاطر تغير المناخ. يمكن أن تساعد طرق CDR الخاصة بالمحيطات في تقليل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، ولكن لا ينبغي النظر فيها إلا بالإضافة إلى التخفيض المباشر لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون.