У пастцы вялікага сіняга: выдаленне вуглякіслага газу ў акіяне

Разбурэнне кліматычнай геаінжынерыі: частка 2

Частка 1: Бясконцыя невядомыя
Частка 3: Мадыфікацыя сонечнай радыяцыі
Частка 4: Разгляд этыкі, справядлівасці і справядлівасці

Выдаленне вуглякіслага газу (CDR) - гэта форма кліматычнай геаінжынерыі, якая імкнецца выдаліць вуглякіслы газ з атмасферы. CDR накіраваны на ўздзеянне выкідаў парніковых газаў шляхам скарачэння і выдалення вуглякіслага газу з атмасферы шляхам працяглага і кароткатэрміновага захоўвання. CDR можна лічыць наземным або акіянскім, у залежнасці ад матэрыялу і сістэм, якія выкарыстоўваюцца для захопу і захоўвання газу. Акцэнт на наземных CDR быў пераважнай у гэтых размовах, але цікавасць да выкарыстання акіянскіх CDR расце, з увагай да палепшаных прыродных, механічных і хімічных праектаў.

---

Прыродныя сістэмы ўжо выдаляюць вуглякіслы газ з атмасферы

Акіян - натуральны паглынальнік вугляроду, захоп 25% атмасфернага вуглякіслага газу і 90% залішняга цяпла зямлі праз натуральныя працэсы, такія як фотасінтэз і паглынанне. Гэтыя сістэмы дапамаглі падтрымліваць глабальную тэмпературу, але становяцца перагружанымі з-за павелічэння ў атмасферы вуглякіслага газу і іншых парніковых газаў у выніку выкідаў выкапнёвага паліва. Гэта павелічэнне паглынання пачало ўплываць на хімічны склад акіяна, выклікаючы закісленне акіяна, страту біяразнастайнасці і новыя мадэлі экасістэм. Аднаўленне біяразнастайнасці і экасістэм у спалучэнні са скарачэннем выкарыстання выкапнёвага паліва ўмацуе планету супраць змены клімату.

Выдаленне вуглякіслага газу праз рост новых раслін і дрэў можа адбывацца як на сушы, так і ў экасістэмах акіяна. Лесаразвядзенне - гэта стварэнне новых лясоў або акіянскія экасістэмы, такія як мангравыя зараснікі, у раёнах, дзе гістарычна не было такіх раслін, у той час як аднаўленне лясоў імкнецца рэінтрадукцыі дрэў і іншых раслін у месцах, якія былі пераўтвораны ў іншае выкарыстанне, напрыклад, сельскагаспадарчыя ўгоддзі, здабыча карысных выкапняў або распрацоўка, або пасля страты з-за забруджвання.

Марское смецце, пластык і забруджванне вады непасрэдна ўнеслі свой уклад у страту большай часткі марской травы і мангравых зараснікаў. The Закон аб чыстай вадзе у Злучаных Штатах, і іншыя намаганні працавалі, каб паменшыць такое забруджванне і дазволіць аднаўленне лясоў. Гэтыя тэрміны звычайна выкарыстоўваюцца для апісання наземных лясоў, але могуць таксама ўключаць акіянскія экасістэмы, такія як мангры, марскія травы, саланчакі або марскія водарасці.

Абяцанне:

Дрэвы, мангры, марскія травы і падобныя расліны мыйкі вугляроду, выкарыстанне і паглынанне вуглякіслага газу натуральным шляхам праз фотасінтэз. Акіян CDR часта падкрэслівае «блакітны вуглярод» або вуглякіслы газ, які захоўваецца ў акіяне. Адной з найбольш эфектыўных экасістэм блакітнага вугляроду з'яўляюцца мангравыя зараснікі, якія затрымліваюць вуглярод у сваёй кары, каранёвай сістэме і глебе, захоўваючы да 10 разоў больш вугляроду, чым лясы на сушы. Мангравыя зараснікі забяспечваюць мноства экалагічныя сумесныя выгады для мясцовых суполак і прыбярэжных экасістэм, прадухіляючы доўгатэрміновую дэградацыю і эрозію, а таксама змякчаючы ўздзеянне штормаў і хваль на ўзбярэжжы. Мангравыя лясы таксама ствараюць асяроддзе пражывання для розных наземных, водных і птушыных жывёл у каранёвай сістэме і галінах раслін. Такія праекты таксама можна выкарыстоўваць прама рэверс наступствы высечкі лясоў або штормаў, аднаўленне берагавой лініі і зямлі, якая страціла дрэвавы і раслінны покрыва.

Пагроза:

Рызыкі, звязаныя з гэтымі праектамі, звязаны з часовым захоўваннем натуральным паглынаннем вуглякіслага газу. Па меры змянення прыбярэжнага землекарыстання і парушэння экасістэм акіяна для развіцця, падарожжаў, прамысловасці або ўзмацнення штормаў вуглярод, які захоўваецца ў глебе, будзе выкідвацца ў ваду акіяна і атмасферу. Гэтыя праекты таксама схільныя да страта біяразнастайнасці і генетычнай разнастайнасці на карысць відаў, якія хутка растуць, павялічваючы рызыку хвароб і вялікага вымірання. Праекты рэстаўрацыі можа быць энергаёмістым і патрабуюць выкапнёвага паліва для транспарту і машын для абслугоўвання. Аднаўленне прыбярэжных экасістэм з дапамогай прыродных рашэнняў без уліку мясцовых суполак можа прывесці да захопу зямлі і паставіць у нявыгаднае становішча суполкі, якія ўнеслі найменшы ўклад у змяненне клімату. Моцныя адносіны з грамадствам і ўзаемадзеянне зацікаўленых бакоў з карэннымі народамі і мясцовымі суполкамі з'яўляюцца ключом да забеспячэння роўнасці і справядлівасці ў намаганнях CDR прыроднага акіяна.

Вырошчванне марскіх водарасцяў накіравана на вырошчванне ламінарыі і макраводарасцей для фільтрацыі вуглякіслага газу з вады і захоўваць яго ў біямасе праз фотасінтэз. Затым гэтыя багатыя вугляродам марскія водарасці можна вырошчваць і выкарыстоўваць у прадуктах або ежы або пагрузіць на дно акіяна і секвестраваць.

Абяцанне:

Марскія водарасці і падобныя буйныя акіянскія расліны хутка растуць і прысутнічаюць па ўсім свеце. У параўнанні з намаганнямі па аблясенні або аднаўленні лясоў, акіянічнае асяроддзе пражывання марскіх водарасцяў робіць іх неўспрымальнымі да пажараў, замахаў і іншых пагроз для наземных лясоў. Секвестры марскіх водарасцяў вялікая колькасць вуглякіслага газу і мае розныя варыянты выкарыстання пасля росту. Выдаляючы вуглякіслы газ з вады, марскія водарасці могуць дапамагчы рэгіёнам змагацца з закісленнем акіяна і забяспечваюць багатыя кіслародам асяроддзя пражывання для акіянічных экасістэм. У дадатак да гэтых экалагічных пераваг марскія водарасці таксама прыносяць карысць адаптацыі да клімату абараняюць берагавую лінію ад эрозіі шляхам згасання энергіі хвалі. 

Пагроза:

Улоўліванне вугляроду марскімі водарасцямі адрозніваецца ад іншых працэсаў CDR блакітнай эканомікі, калі завод захоўвае CO₂ у сваёй біямасе, а не пераносіць яе ў асадак. У выніку CO₂ Патэнцыял выдалення і захоўвання марскіх водарасцяў абмежаваны раслінай. Прыручэнне дзікай марской капусты праз вырошчванне марскіх водарасцяў можа паменшыць генетычнае разнастайнасць раслін, павялічваючы патэнцыял хвароб і вялікага вымірання. Акрамя таго, прапанаваныя ў цяперашні час метады вырошчвання марскіх водарасцяў ўключаюць вырошчванне раслін у вадзе на штучным матэрыяле, такім як вяроўка, і на плыткаводдзе. Гэта можа прадухіліць паступленне святла і пажыўных рэчываў з асяроддзя пражывання ў вадзе пад марскімі водарасцямі і нанесці шкоду гэтым экасістэмам у тым ліку перапляценні. Самі марскія водарасці таксама ўразлівыя да дэградацыі з-за праблем з якасцю вады і драпежніцтва. У цяперашні час чакаюцца вялікія праекты, накіраваныя на апусканне марскіх водарасцей у акіян тануць вяроўку або штучны матэрыял а таксама патэнцыйна забруджваючы ваду, калі марскія водарасці тонуць. Мяркуецца, што гэты тып праектаў таксама сутыкнецца з абмежаваннямі ў выдатках, якія абмяжоўваюць маштабаванасць. Неабходныя далейшыя даследаванні каб вызначыць лепшы спосаб вырошчвання марскіх водарасцяў і атрымаць добрыя абяцанні, мінімізуючы пры гэтым чаканыя пагрозы і непрадбачаныя наступствы.

У цэлым, аднаўленне акіянічных і прыбярэжных экасістэм праз мангравыя зараснікі, марскія травы, экасістэмы саланчакоў і вырошчванне марскіх водарасцяў накіравана на павелічэнне і аднаўленне здольнасці прыродных сістэм Зямлі перапрацоўваць і захоўваць атмасферны вуглякіслы газ. Страта біяразнастайнасці ў выніку змены клімату ўскладняецца са стратай біяразнастайнасці ў выніку дзейнасці чалавека, напрыклад, высечкі лясоў, што зніжае ўстойлівасць Зямлі да змены клімату. 

У 2018 г. Міжурадавая навукова-палітычная платформа па біяразнастайнасці і экасістэмным паслугам (IPBES) паведаміла, што дзве траціны экасістэм акіяна пашкоджаныя, дэградаваныя або змененыя. Гэта колькасць будзе павялічвацца з павышэннем узроўню мора, закісленнем акіяна, глыбакаводнай здабычай карысных выкапняў і антрапагенным уздзеяннем змены клімату. Натуральныя метады выдалення вуглякіслага газу выйграюць ад павелічэння біяразнастайнасці і аднаўлення экасістэм. Вырошчванне марскіх водарасцяў - гэта развіваецца вобласць даследаванняў, мэтанакіраваныя даследаванні якой прынясуць карысць. Прадуманае аднаўленне і абарона экасістэм акіяна мае непасрэдны патэнцыял для змякчэння наступстваў змены клімату за кошт скарачэння выкідаў у спалучэнні з дадатковымі выгодамі.

---

Узмацненне натуральных акіянскіх працэсаў для змякчэння наступстваў змены клімату

У дадатак да прыродных працэсаў, даследчыкі даследуюць метады павышэння натуральнага выдалення вуглякіслага газу, заахвочваючы паглынанне вуглякіслага газу акіянам. Тры праекты геаінжынерыі клімату акіяна адносяцца да гэтай катэгорыі ўзмацнення прыродных працэсаў: павышэнне шчолачнасці акіяна, угнаенне пажыўнымі рэчывамі і штучнае ўздыманне і сыходжанне. 

Павышэнне шчолачнасці акіяна (OAE) - гэта метад CDR, які накіраваны на выдаленне вуглякіслага газу акіяна шляхам паскарэння натуральных рэакцый выветрывання мінералаў. Гэтыя рэакцыі выветрывання выкарыстоўваюць вуглякіслы газ і ствараюць цвёрды матэрыял. Сучасныя метады ОАЭ захоп вуглякіслага газу шчолачнымі пародамі, г.зн. вапнай або алівінам, або з дапамогай электрахімічнага працэсу.

Абяцанне:

На аснове натуральныя працэсы выветрывання горных парод, OAE ёсць маштабуецца і прапануе пастаянны метад выдалення вуглякіслага газу. Рэакцыя паміж газам і мінералам стварае адклады, якія чакаюцца павялічыць буферную здольнасць акіяна, у сваю чаргу памяншаючы закісленне акіяна. Павелічэнне радовішчаў карысных выкапняў у акіяне таксама можа павялічыць прадуктыўнасць акіяна.

Пагроза:

Поспех рэакцыі выветрывання залежыць ад наяўнасці і размеркавання мінералаў. Нераўнамернае размеркаванне мінералаў і рэгіянальная адчувальнасць да зніжэння вуглякіслага газу можа негатыўна паўплываць на навакольнае асяроддзе акіяна. Акрамя таго, колькасць мінералаў, неабходных для OAE, хутчэй за ўсё, будзе атрыманы з наземных шахтаў, і для выкарыстання спатрэбіцца транспарціроўка ў прыбярэжныя рэгіёны. Павышэнне шчолачнасці акіяна таксама зменіць pH акіяна якія ўплываюць на біялагічныя працэсы. Павышэнне шчолачнасць акіяна мае не бачылі столькі палявых эксперыментаў і даследаванняў як наземнае выветрыванне, і ўздзеянне гэтага метаду больш вядома для наземнага выветрывання. 

Падкормка пажыўнымі рэчывамі прапануе дадаваць жалеза і іншыя пажыўныя рэчывы ў акіян для стымулявання росту фітапланктону. Карыстаючыся натуральным працэсам, фітапланктон лёгка паглынае атмасферны вуглякіслы газ і апускаецца на дно акіяна. У 2008 годзе краіны ў Канвенцыі ААН аб біялагічнай разнастайнасці пагадзіліся на прэвентыўны мараторый на практыцы, каб навуковая супольнасць лепш разумела плюсы і мінусы такіх праектаў.

Абяцанне:

У дадатак да выдалення атмасфернага вуглякіслага газу можа быць унесена пажыўнае ўгнаенне часова паменшыць закісленне акіяна і павялічыць рыбныя запасы. Фітапланктон з'яўляецца крыніцай ежы для многіх рыб, і павелічэнне даступнасці ежы можа павялічыць колькасць рыбы ў рэгіёнах, дзе выконваюцца праекты. 

Пагроза:

Даследаванні застаюцца абмежаванымі на пажыўныя ўгнаенні і прызнаць шмат невядомых аб доўгатэрміновых эфектах, дадатковых перавагах і сталасці гэтага метаду CDR. Праекты ўнясення пажыўных угнаенняў могуць запатрабаваць вялікай колькасці матэрыялаў у выглядзе жалеза, фосфару і азоту. Пошук гэтых матэрыялаў можа запатрабаваць дадатковай здабычы, вытворчасці і транспарціроўкі. Гэта можа звесці на нішто ўплыў станоўчага CDR і нанесці шкоду іншым экасістэмам на планеце з-за здабычы карысных выкапняў. Акрамя таго, рост фітапланктону можа прывесці да шкоднае красаванне багавіння, памяншае ўтрыманне кіслароду ў акіяне і павялічвае выпрацоўку метану, ПГ, які затрымлівае ў 10 разоў больш цяпла ў параўнанні з вуглякіслым газам.

Натуральнае змешванне акіяна шляхам пад'ёму і сыходу пераносіць ваду з паверхні ў асадак, размяркоўваючы тэмпературу і пажыўныя рэчывы ў розных рэгіёнах акіяна. Штучны апвеллінг і спуск імкнецца выкарыстоўваць фізічны механізм для паскарэння і заахвочвання гэтага змешвання, павялічваючы змешванне акіянічнай вады, каб даставіць багатую вуглякіслым газам паверхневую ваду ў глыбокі акіян, і халодную, багатую пажыўнымі рэчывамі ваду на паверхню. Мяркуецца, што гэта будзе стымуляваць рост фітапланктону і фотасінтэз для выдалення вуглякіслага газу з атмасферы. Бягучыя прапанаваныя механізмы ўключаюць з дапамогай вертыкальных труб і помпаў цягнуць ваду з дна акіяна наверх.

Абяцанне:

Штучнае ўздыманне і апусканне прапануецца ў якасці паляпшэння натуральнай сістэмы. Гэта запланаванае перамяшчэнне вады можа дапамагчы пазбегнуць пабочных эфектаў узмоцненага росту фітапланктону, такіх як зоны з нізкім утрыманнем кіслароду і лішак пажыўных рэчываў, шляхам павелічэння змешвання акіяна. У больш цёплых рэгіёнах гэты метад можа дапамагчы знізіць тэмпературу паверхні і павольнае адбельванне каралаў. 

Пагроза:

Гэты метад штучнага змешвання бачыў абмежаваныя эксперыменты і палявыя выпрабаванні, сканцэнтраваныя на невялікіх маштабах і на працягу абмежаваных перыядаў часу. Раннія даследаванні паказваюць, што ў цэлым штучны апвеллінг і спуск маюць нізкі патэнцыял CDR і забяспечыць часовы секвестр вуглякіслага газу. Гэта часовае захоўванне з'яўляецца вынікам цыкла ўздыму і сыходу. Любы вуглякіслы газ, які перамяшчаецца на дно акіяна праз спуск, верагодна, падымецца ў іншы момант часу. Акрамя таго, гэты метад таксама бачыць патэнцыял для рызыкі спынення. Калі штучны помпа выходзіць з ладу, спыняецца або не мае фінансавання, павелічэнне пажыўных рэчываў і вуглякіслага газу на паверхні можа павялічыць канцэнтрацыі метану і закісу азоту, а таксама падкісленне акіяна. Прапанаваны ў цяперашні час механізм штучнага змешвання акіяна патрабуе сістэмы труб, помпаў і вонкавага крыніцы энергіі. Верагодна, спатрэбіцца ўстаноўка гэтых труб караблі, эфектыўная крыніца энергіі і абслугоўванне. 

---

CDR акіяна механічнымі і хімічнымі метадамі

Механічны і хімічны CDR акіяна ўмешваецца ў прыродныя працэсы, імкнучыся выкарыстоўваць тэхналогію для змены прыроднай сістэмы. У цяперашні час здабыча вугляроду марской вадой пераважае ў размове аб механічных і хімічных акіянскіх CDR, але іншыя метады, такія як штучнае ўздыманне і спусканне ўверх, пра якія гаварылася вышэй, таксама могуць патрапіць у гэтую катэгорыю.

Здабыча вугляроду з марской вады, або электрахімічны CDR, накіравана на выдаленне вуглякіслага газу ў акіянічнай вадзе і захоўванне яго ў іншым месцы, дзейнічаючы па падобных прынцыпах, накіраваных на прамы захоп і захоўванне вуглякіслага газу ў паветры. Прапанаваныя метады ўключаюць выкарыстанне электрахімічных працэсаў для збору газападобнай формы вуглякіслага газу з марской вады і захоўвання гэтага газу ў цвёрдай або вадкай форме ў геалагічнай фармацыі або ў акіянскіх адкладах.

Абяцанне:

Чакаецца, што гэты метад выдалення вуглякіслага газу з акіянскай вады дазволіць акіяну паглынаць больш атмасфернага вуглякіслага газу ў выніку натуральных працэсаў. Даследаванні электрахімічнага CDR паказалі, што з аднаўляльнай крыніцай энергіі гэты метад можа быць энергаэфектыўным. Выдаленне вуглякіслага газу з вады ў акіяне чакаецца далей адмяніць або прыпыніць закісленне акіяна. 

Пагроза:

Раннія даследаванні экстракцыі вугляроду марской вадой у асноўным правяралі гэтую канцэпцыю ў лабараторных эксперыментах. У выніку камерцыйнае прымяненне гэтага метаду застаецца вельмі тэарэтычным і патэнцыйным энергаёмістыя. Даследаванні таксама ў асноўным сканцэнтраваны на хімічнай здольнасці вуглякіслага газу выдаляцца з марской вады, з мала даследаванняў аб экалагічных рызыках. Бягучыя праблемы ўключаюць у сябе нявызначанасць адносна зрухаў раўнавагі мясцовых экасістэм і ўздзеяння гэтага працэсу на марскую флору і фауну.

---

Ці ёсць шлях наперад для акіянскага CDR?

Многія праекты CDR прыроднага акіяна, такія як аднаўленне і абарона прыбярэжных экасістэм, падтрымліваюцца даследаванымі і вядомымі станоўчымі дадатковымі перавагамі для навакольнага асяроддзя і мясцовых суполак. Па-ранейшаму неабходныя дадатковыя даследаванні, каб зразумець колькасць і працягласць захоўвання вугляроду ў рамках гэтых праектаў, але дадатковыя перавагі відавочныя. Аднак, акрамя натуральнага акіянічнага CDR, узмоцнены прыродны, механічны і хімічны акіянскі CDR мае відавочныя недахопы, якія варта ўважліва разгледзець перад рэалізацыяй любога праекта ў буйным маштабе. 

Мы ўсе з'яўляемся зацікаўленымі бакамі на планеце і будзем падвяргацца ўздзеянню кліматычных геаінжынерных праектаў, а таксама змены клімату. Асобы, якія прымаюць рашэнні, палітыкі, інвестары, выбаршчыкі і ўсе зацікаўленыя бакі з'яўляюцца ключавымі ў вызначэнні таго, ці перавышае рызыка аднаго метаду геаінжынерыі клімату рызыку іншага метаду або нават рызыку змены клімату. Метады Ocean CDR могуць дапамагчы паменшыць атмасферны вуглякіслы газ, але іх варта разглядаць толькі ў дадатак да непасрэднага скарачэння выкідаў вуглякіслага газу.