Zarobljeni u velikom plavetnilu: uklanjanje ugljičnog dioksida iz oceana

Razbijanje klimatskog geoinženjeringa: 2. dio

Dio 1: Beskrajne nepoznanice
Dio 3: Modifikacija solarnog zračenja
Dio 4: Razmatranje etike, pravičnosti i pravde

Uklanjanje ugljičnog dioksida (CDR) je oblik klimatskog geoinženjeringa koji nastoji ukloniti ugljični dioksid iz atmosfere. CDR cilja na utjecaj emisije stakleničkih plinova smanjenjem i uklanjanjem atmosferskog ugljičnog dioksida putem dugotrajnog i kratkoročnog skladištenja. CDR se može smatrati kopnenim ili okeanskim, u zavisnosti od materijala i sistema koji se koriste za hvatanje i skladištenje gasa. Naglasak na kopnenom CDR-u bio je dominantan u ovim razgovorima, ali interes za iskorištavanje okeanskog CDR-a raste, s pažnjom na poboljšane prirodne, mehaničke i kemijske projekte.

---

Prirodni sistemi već uklanjaju ugljični dioksid iz atmosfere

Okean je prirodni ponor ugljika, hvatanje 25% atmosferskog ugljičnog dioksida i 90% Zemljine viška topline kroz prirodne procese poput fotosinteze i apsorpcije. Ovi sistemi su pomogli u održavanju globalne temperature, ali postaju preopterećeni zbog povećanja atmosferskog ugljičnog dioksida i drugih stakleničkih plinova iz emisije fosilnih goriva. Ovo povećano upijanje počelo je da utiče na hemiju okeana, uzrokujući zakiseljavanje okeana, gubitak biodiverziteta i nove obrasce ekosistema. Obnova biodiverziteta i ekosistema u kombinaciji sa smanjenjem fosilnih goriva ojačat će planetu protiv klimatskih promjena.

Uklanjanje ugljen-dioksida, kroz rast novih biljaka i drveća, može se desiti i na kopnu i u okeanskim ekosistemima. Pošumljavanje je stvaranje novih šuma ili okeanski ekosistemi, poput mangrova, u područjima koja u prošlosti nisu sadržavala takve biljke, dok pošumljavanje nastoji ponovo uvesti drveće i druge biljke na lokacijama koje su pretvorene u drugu namjenu, poput poljoprivrednog zemljišta, rudarstva ili razvoja, ili nakon gubitka zbog zagađenja.

Morski otpad, plastika i zagađenje vode direktno su doprinijele gubitku većine morske trave i mangrova. The Zakon o čistoj vodi u Sjedinjenim Državama, a drugi napori su radili na smanjenju takvog zagađenja i omogućavanju pošumljavanja. Ovi termini se općenito koriste za opisivanje kopnenih šuma, ali mogu uključivati ​​i okeanske ekosisteme kao što su mangrove, morske trave, slane močvare ili morske alge.

Obecanje:

Drveće, mangrove, morske trave i slične biljke su ponori ugljenika, koristeći i sekvestrirajući ugljični dioksid prirodnim putem fotosinteze. Ocean CDR često naglašava 'plavi ugljik' ili ugljični dioksid izdvojen u oceanu. Jedan od najefikasnijih ekosistema plavog ugljika su mangrove, koje sekvestriraju ugljik u svojoj kori, korijenskom sistemu i tlu, pohranjujući do 10 puta više ugljika nego šuma na kopnu. Mangrove pružaju brojne ekološke ko-koristi lokalnim zajednicama i obalnim ekosistemima, sprečavajući dugoročnu degradaciju i eroziju, kao i ublažavajući uticaj oluja i talasa na obalu. Šume mangrova također stvaraju staništa za razne kopnene, vodene i ptičije životinje u korijenskom sistemu i granama biljke. Takvi projekti se također mogu koristiti direktno obrnuto posljedice krčenja šuma ili oluja, obnavljanje obala i zemljišta koje je izgubilo drveće i biljni pokrivač.

Prijetnja:

Rizici koji prate ove projekte proizlaze iz privremenog skladištenja prirodno izdvojenog ugljičnog dioksida. Kako se korištenje obalnog zemljišta mijenja i ekosistemi okeana budu poremećeni za razvoj, putovanja, industriju ili jačanjem oluja, ugljik uskladišten u tlu bit će ispušten u okeansku vodu i atmosferu. Ovi projekti su također skloni gubitak biodiverziteta i genetske raznovrsnosti u korist vrsta koje brzo rastu, povećavajući rizik od bolesti i velikog izumiranja. Projekti restauracije može biti energetski intenzivan i zahtijevaju fosilna goriva za transport i mašine za održavanje. Obnavljanje obalnih ekosistema kroz ova rješenja zasnovana na prirodi bez odgovarajuće pažnje za lokalne zajednice može rezultirati otimanjem zemlje i ugrožene zajednice koje su imale najmanji doprinos klimatskim promjenama. Snažni odnosi u zajednici i angažman dionika s autohtonim narodom i lokalnim zajednicama ključni su za osiguranje jednakosti i pravde u naporima za CDR prirodnog oceana.

Uzgoj morskih algi ima za cilj sadnju algi i makroalgi kako bi filtrirali ugljični dioksid iz vode i pohranjuju ga u biomasu putem fotosinteze. Ove morske alge bogate ugljikom mogu se potom uzgajati i koristiti u proizvodima ili hrani ili potopiti na dno okeana i odvojiti.

Obecanje:

Morske alge i slične velike okeanske biljke brzo rastu i prisutne su u regijama širom svijeta. U poređenju sa pošumljavanjem ili pošumljavanjem, okeansko stanište morske trave čini je nepodložnom požaru, zadiranju ili drugim prijetnjama kopnenim šumama. Sekvestri morskih algi velike količine ugljičnog dioksida i ima razne namjene nakon rasta. Uklanjanjem ugljičnog dioksida na bazi vode, morske alge mogu pomoći regijama da djeluju protiv zakiseljavanja oceana i obezbediti staništa bogata kiseonikom za okeanske ekosisteme. Pored ovih ekoloških pobjeda, morske alge također imaju prednosti prilagodbe klimi koje mogu zaštiti obale od erozije prigušivanjem energije talasa. 

Prijetnja:

Hvatanje ugljika morskim algama razlikuje se od drugih CDR procesa plave ekonomije, s tim da biljka skladišti CO₂ u svojoj biomasi, umjesto da je prenosi u sediment. Kao rezultat toga, CO₂ potencijal uklanjanja i skladištenja morskih algi ograničen je biljkom. Pripitomljavanje divljih morskih algi uzgojem morskih algi može smanjiti genetičku raznolikost biljke, povećavajući potencijal za bolesti i velika izumiranja. Osim toga, sadašnje predložene metode uzgoja morskih algi uključuju uzgoj biljaka u vodi na umjetnom materijalu, poput užeta, iu plitkim vodama. Ovo može spriječiti svjetlo i hranjive tvari iz staništa u vodi ispod morskih algi i uzrokovati štetu tim ekosistemima uključujući zaplet. Same alge su također osjetljive na degradaciju zbog problema s kvalitetom vode i grabežljivaca. Trenutno se očekuju veliki projekti koji imaju za cilj potapanje morskih algi u okean potopiti uže ili umjetni materijal takođe, potencijalno zagađujući vodu kada morske alge potone. Takođe se očekuje da će ovaj tip projekta doživjeti ograničenja troškova, ograničavajući skalabilnost. Potrebna su dalja istraživanja kako bi se odredio najbolji način za uzgoj morskih algi i ostvarivanje korisnih obećanja uz minimiziranje očekivanih prijetnji i neželjenih posljedica.

Sve u svemu, oporavak okeana i obalnih ekosistema kroz mangrove, morske trave, ekosisteme slanih močvara i uzgoj morskih algi ima za cilj povećanje i obnavljanje sposobnosti prirodnih sistema Zemlje da prerađuju i skladište atmosferski ugljični dioksid. Gubitak biodiverziteta usled klimatskih promena je povezan sa gubitkom biodiverziteta usled ljudskih aktivnosti, kao što je krčenje šuma, što smanjuje otpornost Zemlje na klimatske promene. 

Međuvladina platforma za nauku i politiku o biodiverzitetu i uslugama ekosistema (IPBES) izvijestila je 2018. dvije trećine okeanskih ekosistema su oštećeni, degradirani ili izmijenjeni. Ovaj broj će se povećati sa porastom nivoa mora, zakiseljavanjem okeana, eksploatacijom dubokog morskog dna i uticajima antropogenih klimatskih promena. Prirodne metode uklanjanja ugljičnog dioksida imat će koristi od povećanja biodiverziteta i obnove ekosistema. Uzgoj morskih algi je rastuća oblast proučavanja koja bi imala koristi od ciljanog istraživanja. Promišljena obnova i zaštita okeanskih ekosistema ima neposredan potencijal za ublažavanje efekata klimatskih promjena putem smanjenja emisija u kombinaciji sa zajedničkim koristima.

---

Poboljšanje prirodnih okeanskih procesa za ublažavanje klimatskih promjena

Osim prirodnih procesa, istraživači istražuju metode za poboljšanje prirodnog uklanjanja ugljičnog dioksida, podstičući unos ugljičnog dioksida iz oceana. Tri projekta geoinženjeringa okeanske klime spadaju u ovu kategoriju poboljšanja prirodnih procesa: povećanje alkalnosti oceana, gnojidba hranjivim tvarima i umjetno podizanje i spuštanje. 

Ocean Alkality Enhancement (OAE) je CDR metoda koja ima za cilj uklanjanje ugljičnog dioksida iz oceana ubrzavanjem prirodnih reakcija minerala na vremenske utjecaje. Ove reakcije vremenskih uvjeta koriste ugljični dioksid i stvaraju čvrsti materijal. Trenutne OAE tehnike hvatanje ugljičnog dioksida alkalnim stijenama, tj. vapnom ili olivinom, ili putem elektrohemijskog procesa.

Obecanje:

na osnovu prirodni procesi trošenja stijena, OAE je skalabilan i nudi trajnu metodu uklanjanja ugljičnog dioksida. Reakcija između gasa i minerala stvara naslage koje se očekuju povećati kapacitet pufera okeana, zauzvrat smanjuje zakiseljavanje oceana. Povećanje mineralnih naslaga u okeanu takođe može povećati produktivnost okeana.

Prijetnja:

Uspjeh reakcije vremenskih uvjeta ovisi o dostupnosti i distribuciji minerala. Neravnomjerna distribucija minerala i regionalne osjetljivosti smanjenje ugljičnog dioksida može negativno utjecati na okoliš okeana. Osim toga, količina minerala potrebna za OAE će najvjerovatnije biti potiču iz kopnenih rudnika, i zahtijevat će transport do primorskih regija radi upotrebe. Povećanje alkalnosti okeana takođe će modifikovati pH okeana utiču na biološke procese. Povećanje alkalnosti okeana ima nisam vidio toliko eksperimenata na terenu ili toliko istraživanja kao kopneno vremenske prilike, a uticaji ove metode su poznatiji za vremenske uslove na kopnu. 

Nutrient Fertilization predlaže dodavanje željeza i drugih hranjivih tvari u okean kako bi se potaknuo rast fitoplanktona. Koristeći prednosti prirodnog procesa, fitoplankton lako preuzima atmosferski ugljični dioksid i tone na dno oceana. 2008. godine, nacije na Konvenciji UN-a o biološkoj raznolikosti pristao na moratorijum iz predostrožnosti o praksi kako bi se omogućilo naučnoj zajednici da bolje razumije prednosti i nedostatke takvih projekata.

Obecanje:

Osim uklanjanja atmosferskog ugljičnog dioksida, gnojidba hranjivim tvarima može privremeno smanjiti zakiseljavanje oceana i povećati riblji fond. Fitoplankton je izvor hrane za mnoge ribe, a povećana dostupnost hrane može povećati količinu ribe u regijama u kojima se projekti izvode. 

Prijetnja:

Studije su i dalje ograničene na gnojidbu hranjivim tvarima i prepoznaju mnoge nepoznate o dugoročnim efektima, zajedničkim koristima i trajnosti ove CDR metode. Projekti gnojidbe nutrijentima mogu zahtijevati velike količine materijala u obliku željeza, fosfora i dušika. Nabavka ovih materijala može zahtijevati dodatno rudarenje, proizvodnju i transport. Ovo bi moglo poništiti utjecaj pozitivnog CDR-a i naškoditi drugim ekosistemima na planeti zbog rudarenja. Osim toga, rast fitoplanktona može rezultirati štetno cvjetanje algi, smanjuju kisik u oceanu i povećavaju proizvodnju metana, GHG koji zadržava 10 puta veću količinu topline u odnosu na ugljični dioksid.

Prirodno miješanje okeana kroz uzdizanje i spuštanje dovodi vodu sa površine do sedimenta, distribuirajući temperaturu i hranjive tvari u različite regije okeana. Umjetno podizanje i spuštanje ima za cilj da koristi fizički mehanizam da ubrza i potakne ovo miješanje, povećavajući miješanje okeanske vode kako bi se površinska voda bogata ugljičnim dioksidom dovela u duboki ocean, i hladna voda bogata hranljivim materijama na površinu. Očekuje se da će ovo potaknuti rast fitoplanktona i fotosintezu za uklanjanje ugljičnog dioksida iz atmosfere. Trenutni predloženi mehanizmi uključuju korištenjem vertikalnih cijevi i pumpi da crpe vodu sa dna okeana do vrha.

Obecanje:

Umjetno uzdizanje i spuštanje se predlaže kao poboljšanje prirodnog sistema. Ovo planirano kretanje vode može pomoći da se izbjegnu nuspojave povećanog rasta fitoplanktona kao što su niske zone kisika i višak hranjivih tvari povećanjem miješanja oceana. U toplijim krajevima, ova metoda može pomoći pri hladnim površinskim temperaturama i sporo izbjeljivanje koralja. 

Prijetnja:

Ova metoda umjetnog miješanja je doživjela ograničene eksperimente i terenske testove fokusirane na male razmjere i za ograničene vremenske periode. Rana istraživanja pokazuju da u cjelini, umjetno podizanje i spuštanje imaju nizak CDR potencijal i obezbediti privremenu sekvestraciju ugljičnog dioksida. Ovo privremeno skladištenje je rezultat ciklusa podizanja i spuštanja. Svaki ugljični dioksid koji se kreće na dno okeana putem spuštanja vjerovatno će se uzdići u nekom drugom trenutku. Osim toga, ova metoda također vidi potencijal za rizik raskida. Ako umjetna pumpa pokvari, prestane s radom ili joj nedostaju sredstva, povećani nutrijenti i ugljični dioksid na površini mogu povećati koncentraciju metana i dušikovog oksida, kao i zakiseljavanje oceana. Trenutni predloženi mehanizam za vještačko miješanje oceana zahtijeva sistem cijevi, pumpe i vanjsko napajanje energijom. Ugradnja ovih cijevi će vjerovatno zahtijevati brodovi, efikasan izvor energije i održavanja. 

---

Ocean CDR kroz mehaničke i hemijske metode

Mehanički i hemijski okeanski CDR interveniše u prirodnim procesima, sa ciljem da koristi tehnologiju da promeni prirodni sistem. Trenutačno, ekstrakcija ugljika iz morske vode prevladava u mehaničkom i kemijskom okeanskom CDR razgovoru, ali i druge metode poput umjetnog podizanja i spuštanja, o kojima se raspravljalo gore, također mogu spadati u ovu kategoriju.

Ekstrakcija ugljika iz morske vode, ili elektrohemijski CDR, ima za cilj uklanjanje ugljičnog dioksida u okeanskoj vodi i skladištenje na drugom mjestu, radeći na sličnim principima kao i direktno hvatanje i skladištenje ugljičnog dioksida iz zraka. Predložene metode uključuju korištenje elektrohemijskih procesa za prikupljanje plinovitog oblika ugljičnog dioksida iz morske vode i skladištenje tog plina u čvrstom ili tekućem obliku u geološkoj formaciji ili u okeanskom sedimentu.

Obecanje:

Očekuje se da će ovaj metod uklanjanja ugljičnog dioksida iz okeanske vode omogućiti oceanu da preuzme više atmosferskog ugljičnog dioksida kroz prirodne procese. Studije o elektrohemijskom CDR-u su pokazale da je kod obnovljivih izvora energije ova metoda mogao biti energetski efikasan. Dalje se očekuje uklanjanje ugljičnog dioksida iz okeanske vode preokrenuti ili pauzirati zakiseljavanje oceana. 

Prijetnja:

Rane studije o ekstrakciji ugljika iz morske vode prvenstveno su testirale koncept u laboratorijskim eksperimentima. Kao rezultat toga, komercijalna primjena ove metode ostaje vrlo teoretska i potencijalna energetski intenzivno. Istraživanja su se također prvenstveno fokusirala na hemijsku sposobnost ugljičnog dioksida da se ukloni iz morske vode malo istraživanja o ekološkim rizicima. Trenutna zabrinutost uključuje neizvjesnosti u vezi s promjenama ravnoteže lokalnog ekosistema i utjecaja koji ovaj proces može imati na morski život.

---

Postoji li put naprijed za ocean CDR?

Mnogi projekti CDR prirodnog oceana, poput obnove i zaštite obalnih ekosistema, podržani su istraženim i poznatim pozitivnim zajedničkim koristima za okoliš i lokalne zajednice. Još uvijek su potrebna dodatna istraživanja kako bi se razumjela količina i dužina vremena u kojem se ugljik može uskladištiti kroz ove projekte, ali su ko-koristi jasne. Osim prirodnog okeanskog CDR-a, međutim, poboljšani prirodni i mehanički i hemijski CDR oceana imaju prepoznatljive nedostatke koje treba pažljivo razmotriti prije implementacije bilo kojeg projekta u velikim razmjerima. 

Svi smo mi dionici na planeti i na nas će utjecati projekti klimatskog geoinženjeringa, kao i klimatske promjene. Donosioci odluka, kreatori politike, investitori, glasači i svi dionici ključni su u određivanju da li rizik jedne metode klimatskog geoinženjeringa nadmašuje rizik druge metode ili čak rizik od klimatskih promjena. Ocean CDR metode mogu pomoći u smanjenju atmosferskog ugljičnog dioksida, ali ih treba uzeti u obzir samo uz direktno smanjenje emisije ugljičnog dioksida.