В капана на Голямото синьо: Премахване на въглероден диоксид в океана

Разрушаване на климатичното геоинженерство: Част 2

Част 1: Безкрайни неизвестни
Част 3: Модификация на слънчевата радиация
Част 4: Разглеждане на етиката, справедливостта и справедливостта

Отстраняването на въглероден диоксид (CDR) е форма на климатично геоинженерство, която се стреми да премахне въглеродния диоксид от атмосферата. CDR е насочен към въздействието на емисиите на парникови газове чрез намаляване и премахване на атмосферния въглероден диоксид чрез дългосрочно и краткосрочно съхранение. CDR може да се счита за наземно или океанско, в зависимост от материала и системите, използвани за улавяне и съхранение на газа. Акцентът върху базираните на сушата CDR е преобладаващ в тези разговори, но интересът към овладяването на океанските CDR нараства, като се обръща внимание на подобрените природни, механични и химически проекти.

---

Природните системи вече премахват въглеродния диоксид от атмосферата

Океанът е естествен въглероден поглътител, улавяне на 25% от атмосферния въглероден диоксид и 90% от излишната топлина на земята чрез естествени процеси като фотосинтеза и абсорбция. Тези системи са помогнали за поддържането на глобалната температура, но се претоварват поради увеличаването на атмосферния въглероден диоксид и други парникови газове от емисиите на изкопаеми горива. Това увеличено усвояване е започнало да влияе върху химията на океана, причинявайки подкисляване на океана, загуба на биоразнообразие и нови модели на екосистемите. Възстановяването на биоразнообразието и екосистемите, съчетано с намаляването на изкопаемите горива, ще укрепи планетата срещу изменението на климата.

Отстраняването на въглероден диоксид чрез растеж на нови растения и дървета може да се случи както на сушата, така и в океанските екосистеми. Залесяването е създаване на нови гори или океански екосистеми, като мангрови гори, в райони, които исторически не са съдържали такива растения, докато повторното залесяване се стреми да повторно въвеждане на дървета и други растения на места, които са били превърнати в друга употреба, като земеделска земя, минно дело или развитие, или след загуба поради замърсяване.

Морски отпадъци, пластмаса и замърсяване на водата са допринесли пряко за повечето загуби на морска трева и мангрови дървета. The Закон за чистата вода в Съединените щати и други усилия са работили за намаляване на такова замърсяване и позволяват повторно залесяване. Тези термини обикновено се използват за описание на наземни гори, но могат да включват и океански екосистеми като мангрови гори, морски треви, солени блата или морски водорасли.

Обещанието:

Дървета, мангрови гори, морски треви и подобни растения са въглеродни мивки, използване и отделяне на въглероден диоксид по естествен път чрез фотосинтеза. CDR на океана често подчертава „синия въглерод“ или въглероден диоксид, погълнат в океана. Една от най-ефективните екосистеми със син въглерод са мангровите гори, които отделят въглерода в своята кора, коренова система и почва, съхранявайки до 10 пъти повече въглерод, отколкото горите на сушата. Мангровите гори осигуряват множество съпътстващи ползи за околната среда към местните общности и крайбрежните екосистеми, предотвратявайки дългосрочна деградация и ерозия, както и смекчавайки въздействието на бурите и вълните върху брега. Мангровите гори също създават местообитания за различни сухоземни, водни и птичи животни в кореновата система и клоните на растението. Такива проекти също могат да се използват за директно обратно ефектите от обезлесяването или бурите, възстановяване на брегови линии и земя, която е загубила дървесна и растителна покривка.

Заплахата:

Рисковете, съпътстващи тези проекти, произтичат от временното съхранение на естествено изолиран въглероден диоксид. Тъй като използването на крайбрежната земя се променя и океанските екосистеми се нарушават за развитие, пътуване, промишленост или от засилващи се бури, въглеродът, съхраняван в почвите, ще бъде изпуснат в океанската вода и атмосферата. Тези проекти също са склонни към биоразнообразие и загуба на генетично разнообразие в полза на бързо растящи видове, увеличаващи риска от болести и голямо измиране. Проекти за реставрация може да бъде енергоемко и изискват изкопаеми горива за транспорт и машини за поддръжка. Възстановяване на крайбрежните екосистеми чрез тези базирани на природата решения без подходящо внимание към местните общности може да доведе до заграбване на земя и поставя в неравностойно положение общности, които имат най-малък принос за изменението на климата. Силните връзки с общността и ангажираността на заинтересованите страни с коренното население и местните общности са от ключово значение за осигуряване на равнопоставеност и справедливост в усилията за CDR на естествения океан.

Култивирането на морски водорасли има за цел да засади водорасли и макроводорасли, които да филтрират въглеродния диоксид от водата и съхраняват го в биомаса чрез фотосинтеза. Тези богати на въглерод морски водорасли могат след това да бъдат отглеждани и използвани в продукти или храна или потопени на дъното на океана и изолирани.

Обещанието:

Морските водорасли и подобни големи океански растения растат бързо и присъстват в региони по света. В сравнение с усилията за залесяване или повторно залесяване, океанското местообитание на морските водорасли ги прави неподатливи на пожари, посегателства или други заплахи за сухоземните гори. Секвестри на морски водорасли големи количества въглероден диоксид и има различни приложения след растеж. Чрез премахване на водния въглероден диоксид морските водорасли могат да помогнат на регионите да работят срещу окисляването на океана и осигуряват богати на кислород местообитания за океанските екосистеми. В допълнение към тези предимства за околната среда, морските водорасли имат и ползи за адаптиране към климата, които могат защита на бреговата ивица от ерозия чрез потискане на вълновата енергия. 

Заплахата:

Улавянето на въглерод от морски водорасли е различно от другите CDR процеси в синята икономика, като растението съхранява CO₂ в неговата биомаса, вместо да го прехвърля в седимента. В резултат на това CO₂ потенциалът за отстраняване и съхранение на водорасли е ограничен от растението. Опитомяването на диви морски водорасли чрез култивиране на водорасли може намаляват генетичното разнообразие на растенията, увеличавайки потенциала за заболяване и голямо измиране. Освен това предложените в момента методи за отглеждане на водорасли включват отглеждане на растения във водата върху изкуствен материал, като въже, и в плитки води. Това може да попречи на светлината и хранителните вещества от местообитанията във водата под морските водорасли и да причини вреда на тези екосистеми включително заплитания. Самите морски водорасли също са уязвими към деградация поради проблеми с качеството на водата и хищничество. Големи проекти, целящи да потопят морските водорасли в океана, в момента се очакват потопете въжето или изкуствения материал както и потенциално замърсяване на водата, когато водораслите потънат. Този тип проекти също се очаква да изпитват ограничения на разходите, ограничаващи мащабируемостта. Необходими са по-нататъшни изследвания да се определи най-добрият начин за култивиране на морски водорасли и получаване на полезните обещания, като същевременно минимизирате очакваните заплахи и непредвидени последствия.

Като цяло възстановяването на океанските и крайбрежните екосистеми чрез мангрови гори, морски треви, екосистеми от солени блата и отглеждане на морски водорасли има за цел да увеличи и възстанови способността на природните системи на Земята да обработват и съхраняват атмосферния въглероден диоксид. Загубата на биоразнообразие от изменението на климата се комбинира със загуба на биоразнообразие от човешки дейности, като обезлесяване, което намалява устойчивостта на Земята към изменението на климата. 

През 2018 г. Междуправителствената научно-политическа платформа за биоразнообразието и екосистемните услуги (IPBES) съобщи, че две трети от океанските екосистеми са повредени, деградирали или променени. Този брой ще се увеличи с покачването на морското равнище, окисляването на океана, дълбоководния добив и антропогенните въздействия на изменението на климата. Естествените методи за отстраняване на въглероден диоксид ще се възползват от увеличаването на биоразнообразието и възстановяването на екосистемите. Отглеждането на морски водорасли е процъфтяваща област на изследване, която би се възползвала от целенасочени изследвания. Обмисленото възстановяване и защита на океанските екосистеми има непосредствен потенциал за смекчаване на ефектите от изменението на климата чрез намаляване на емисиите, съчетано със съпътстващи ползи.

---

Подобряване на естествените океански процеси за смекчаване на изменението на климата

В допълнение към естествените процеси, изследователите изследват методи за подобряване на естественото отстраняване на въглероден диоксид, насърчавайки поглъщането на въглероден диоксид от океана. Три проекта за геоинженерство на океанския климат попадат в тази категория за подобряване на естествените процеси: повишаване на алкалността на океана, наторяване с хранителни вещества и изкуствено издигане и изтичане. 

Повишаването на алкалността на океана (OAE) е CDR метод, който има за цел да премахне океанския въглероден диоксид чрез ускоряване на естествените реакции на изветряне на минералите. Тези реакции на изветряне използват въглероден диоксид и създават твърд материал. Текущи ОАЕ техники улавяне на въглероден диоксид с алкални скали, т.е. вар или оливин, или чрез електрохимичен процес.

Обещанието:

Базиран на естествени процеси на изветряне на скалите, OAE е мащабируем и предлага постоянен метод на отстраняване на въглероден диоксид. Реакцията между газа и минерала създава отлагания, които се очаква да увеличаване на буферния капацитет на океана, което от своя страна намалява окисляването на океана. Увеличаването на минералните находища в океана може също да увеличи производителността на океана.

Заплахата:

Успехът на реакцията на изветряне зависи от наличието и разпространението на минералите. Неравномерно разпределение на минерали и регионална чувствителност намаляването на въглеродния диоксид може да повлияе отрицателно на океанската среда. В допълнение, количеството минерали, необходими за OAE, е най-вероятно да бъде добити от земни мини, и ще изисква транспортиране до крайбрежните региони за използване. Увеличаването на алкалността на океана също ще промени pH на океана засягащи биологичните процеси. Подобряването на алкалността на океана има не се виждат толкова полеви експерименти или толкова много изследвания като наземно изветряне и въздействието на този метод е по-известно за наземно изветряне. 

Торене с хранителни вещества предлага добавяне на желязо и други хранителни вещества в океана, за да се насърчи растежа на фитопланктона. Възползвайки се от естествен процес, фитопланктонът лесно поема атмосферния въглероден диоксид и потъва на дъното на океана. През 2008 г. нациите в Конвенцията на ООН за биологичното разнообразие се съгласи на предпазен мораториум върху практиката, за да позволи на научната общност да разбере по-добре плюсовете и минусите на подобни проекти.

Обещанието:

В допълнение към премахването на атмосферния въглероден диоксид, торенето с хранителни вещества може временно намаляване на окисляването на океана намлява увеличаване на рибните запаси. Фитопланктонът е източник на храна за много риби и повишената наличност на храна може да увеличи количеството риба в регионите, където се изпълняват проектите. 

Заплахата:

Проучванията остават ограничени върху торенето с хранителни вещества и разпознават многото неизвестни относно дългосрочните ефекти, съпътстващите ползи и постоянството на този CDR метод. Проектите за торене с хранителни вещества може да изискват големи количества материали под формата на желязо, фосфор и азот. Набавянето на тези материали може да изисква допълнителен добив, производство и транспорт. Това би могло да отмени въздействието на положителния CDR и да навреди на други екосистеми на планетата поради добива на минни ресурси. В допълнение, растежът на фитопланктона може да доведе до вреден цъфтеж на водорасли, намаляват кислорода в океана и увеличават производството на метан, парников газ, който улавя 10 пъти повече топлина в сравнение с въглеродния диоксид.

Естественото смесване на океана чрез повдигане нагоре и надолу извежда водата от повърхността към седимента, разпределяйки температурата и хранителните вещества в различните региони на океана. Изкуствено издигане нагоре и надолу има за цел да използва физически механизъм за ускоряване и насърчаване на това смесване, увеличаване на смесването на океанската вода, за да донесе богата на въглероден диоксид повърхностна вода в дълбокия океан, и студена, богата на хранителни вещества вода на повърхността. Очаква се това да насърчи растежа на фитопланктона и фотосинтезата за отстраняване на въглеродния диоксид от атмосферата. Текущите предложени механизми включват с помощта на вертикални тръби и помпи да изтегли вода от дъното на океана до върха.

Обещанието:

Изкуственото издигане и изтичане се предлага като подобряване на естествена система. Това планирано движение на водата може да помогне да се избегнат страничните ефекти от увеличения растеж на фитопланктона като зони с ниско съдържание на кислород и излишни хранителни вещества чрез увеличаване на смесването на океаните. В по-топлите райони този метод може да помогне за охлаждане на повърхностните температури и бавно избелване на коралите. 

Заплахата:

Този метод на изкуствено смесване е видял ограничени експерименти и полеви тестове, фокусирани върху малки мащаби и за ограничени периоди от време. Ранните изследвания показват, че като цяло изкуственото издигане нагоре и надолу има нисък CDR потенциал и осигурете временно секвестиране въглероден диоксид. Това временно съхранение е резултат от цикъла на издигане и надолу. Всеки въглероден диоксид, който се движи към дъното на океана чрез изтичане, вероятно ще се изкачи нагоре в някакъв друг момент от времето. В допълнение, този метод също така вижда потенциал за риск от прекратяване. Ако изкуствената помпа се повреди, бъде преустановена или липсва финансиране, увеличените хранителни вещества и въглероден диоксид на повърхността може да повишат концентрациите на метан и азотен оксид, както и подкисляването на океана. Настоящият предложен механизъм за изкуствено смесване на океана изисква тръбна система, помпи и външно енергийно захранване. Монтажът на тези тръби вероятно ще изисква кораби, ефективен източник на енергия и поддръжка. 

---

Океански CDR чрез механични и химични методи

Механичният и химичен океански CDR се намесва в естествените процеси, като цели да използва технология за промяна на естествена система. Понастоящем извличането на въглерод от морска вода преобладава в дискусията за механични и химически океански CDR, но други методи като изкуствено издигане и изтичане, обсъдени по-горе, също могат да попаднат в тази категория.

Извличането на въглерод от морска вода, или електрохимичният CDR, има за цел да премахне въглеродния диоксид в океанската вода и да го съхранява на друго място, работейки на подобни принципи за директно улавяне и съхранение на въглероден диоксид във въздуха. Предложените методи включват използване на електрохимични процеси за събиране на газообразна форма на въглероден диоксид от морска вода и съхраняване на този газ в твърда или течна форма в геоложка формация или в океански седимент.

Обещанието:

Този метод за отстраняване на въглероден диоксид от океанската вода се очаква да позволи на океана да поеме повече атмосферен въглероден диоксид чрез естествени процеси. Проучванията върху електрохимичния CDR показват, че с възобновяем източник на енергия, този метод може да бъде енергийно ефективен. Премахването на въглеродния диоксид от океанската вода се очаква допълнително обръщане или спиране на подкисляването на океана. 

Заплахата:

Ранните проучвания върху извличането на въглерод от морска вода основно са тествали концепцията в лабораторни експерименти. В резултат на това търговското приложение на този метод остава силно теоретично и потенциално енергоемко. Изследванията също са фокусирани основно върху химическата способност на въглеродния диоксид да бъде отстранен от морската вода, с малко изследвания върху рисковете за околната среда. Настоящите опасения включват несигурност относно промените в равновесието на местните екосистеми и въздействието, което този процес може да има върху морския живот.

---

Има ли път напред за океанския CDR?

Много проекти за естествени океански CDR, като възстановяване и защита на крайбрежни екосистеми, са подкрепени от проучени и известни положителни съпътстващи ползи за околната среда и местните общности. Все още са необходими допълнителни изследвания, за да се разбере количеството и продължителността на времето, през което въглеродът може да се съхранява чрез тези проекти, но съпътстващите ползи са ясни. Отвъд естествения океански CDR обаче, подобреният естествен, механичен и химичен океански CDR има разпознаваеми недостатъци, които трябва да бъдат внимателно обмислени преди прилагането на какъвто и да е проект в голям мащаб. 

Ние всички сме заинтересовани страни на планетата и ще бъдем засегнати от проектите за геоинженерство на климата, както и от изменението на климата. Вземащите решения, политиците, инвеститорите, гласоподавателите и всички заинтересовани страни са ключови при определянето дали рискът от един метод за геоинженерство на климата превишава риска от друг метод или дори риска от изменението на климата. Океанските CDR методи могат да помогнат за намаляване на атмосферния въглероден диоксид, но трябва да се разглеждат само в допълнение към директното намаляване на емисиите на въглероден диоксид.