Atrapat al Big Blue: eliminació de diòxid de carboni de l'oceà

Desglossament de la geoenginyeria climàtica: part 2

Part 1: Infinits desconeguts
Part 3: Modificació de la radiació solar
Part 4: Considerant l'ètica, l'equitat i la justícia

L'eliminació de diòxid de carboni (CDR) és una forma de geoenginyeria climàtica que busca eliminar el diòxid de carboni de l'atmosfera. El CDR té com a objectiu l'impacte de les emissions de gasos d'efecte hivernacle reduint i eliminant el diòxid de carboni atmosfèric mitjançant l'emmagatzematge a llarg i curt termini. El CDR es pot considerar terrestre o oceànic, segons el material i els sistemes utilitzats per capturar i emmagatzemar el gas. En aquestes converses ha predominat l'èmfasi en la CDR terrestre, però l'interès per aprofitar la CDR oceànica està augmentant, amb atenció a projectes naturals, mecànics i químics millorats.

---

Els sistemes naturals ja eliminen el diòxid de carboni de l'atmosfera

L'oceà és un embornal natural de carboni, capturant un 25% de diòxid de carboni atmosfèric i el 90% de l'excés de calor terrestre a través de processos naturals com la fotosíntesi i l'absorció. Aquests sistemes han ajudat a mantenir la temperatura global, però s'estan sobrecarregant a causa de l'augment del diòxid de carboni atmosfèric i altres gasos d'efecte hivernacle procedents de les emissions de combustibles fòssils. Aquest augment de l'absorció ha començat a afectar la química de l'oceà, provocant l'acidificació dels oceans, la pèrdua de biodiversitat i nous patrons d'ecosistema. La reconstrucció de la biodiversitat i els ecosistemes combinada amb una reducció dels combustibles fòssils enfortirà el planeta contra el canvi climàtic.

L'eliminació de diòxid de carboni, mitjançant el creixement de noves plantes i arbres, es pot produir tant a la terra com als ecosistemes oceànics. La forestació és la creació de nous boscos o ecosistemes oceànics, com els manglars, en zones que històricament no han conté aquestes plantes, mentre que la reforestació busca reintroduir arbres i altres plantes en ubicacions que s'havien convertit a un ús diferent, com ara terres de conreu, mineria o desenvolupament, o després de la pèrdua a causa de la contaminació.

Residus marins, plàstics i contaminació de l'aigua han contribuït directament a la majoria de les herbes marines i la pèrdua de manglars. El Llei d’aigües netes als Estats Units, i altres esforços han treballat per reduir aquesta contaminació i permetre la reforestació. Aquests termes s'han utilitzat generalment per descriure els boscos terrestres, però també poden incloure ecosistemes oceànics com els manglars, les herbes marines, les maresmes o les algues.

La promesa:

Els arbres, els manglars, les herbes marines i plantes similars ho són l’enfonsament de carboni, utilitzant i segrestant diòxid de carboni de manera natural mitjançant la fotosíntesi. Ocean CDR sovint destaca el "carboni blau" o diòxid de carboni segrestat a l'oceà. Un dels ecosistemes de carboni blau més efectius són els manglars, que segresten carboni a l'escorça, el sistema radicular i el sòl, emmagatzemant fins a 10 vegades més carboni que els boscos terrestres. Els manglars en proporcionen nombrosos co-beneficis ambientals a les comunitats locals i als ecosistemes costaners, evitant la degradació i l'erosió a llarg termini, així com moderant l'impacte de les tempestes i les onades a la costa. Els boscos de manglars també creen hàbitats per a diversos animals terrestres, aquàtics i aviaris en el sistema radicular i les branques de la planta. Aquests projectes també es poden utilitzar directament al revés els efectes de la desforestació o les tempestes, restaurant les costes i els terrenys que han perdut la coberta arbòria i vegetal.

L'amenaça:

Els riscos que acompanyen aquests projectes provenen de l'emmagatzematge temporal de diòxid de carboni segrestat de manera natural. A mesura que canvia l'ús del sòl costaner i els ecosistemes oceànics es veuen alterats per al desenvolupament, els viatges, la indústria o l'enfortiment de les tempestes, el carboni emmagatzemat als sòls s'alliberarà a l'aigua de l'oceà i a l'atmosfera. Aquests projectes també són propensos a biodiversitat i pèrdua de diversitat genètica a favor d'espècies de creixement ràpid, augmentant el risc de malalties i grans morts. Projectes de restauració pot ser intensiu energètic i requereixen combustibles fòssils per al transport i maquinària per al manteniment. Restaurar els ecosistemes costaners mitjançant aquestes solucions basades en la natura sense la consideració adequada per a les comunitats locals pot donar lloc a l'acaparament de terres i les comunitats desfavorides que menys han contribuït al canvi climàtic. Les relacions comunitàries sòlides i la participació de les parts interessades amb els pobles indígenes i les comunitats locals són clau per garantir l'equitat i la justícia en els esforços de CDR de l'oceà natural.

El cultiu d'algues té com a objectiu plantar algues i macroalgues per filtrar el diòxid de carboni de l'aigua i emmagatzemar-lo en biomassa mitjançant la fotosíntesi. Aquesta alga rica en carboni es pot cultivar i utilitzar en productes o aliments o enfonsar-se al fons de l'oceà i segrestar-la.

La promesa:

Les algues i les grans plantes oceàniques similars creixen ràpidament i estan presents a regions de tot el món. En comparació amb els esforços de reforestació o reforestació, l'hàbitat oceànic de les algues fa que no sigui susceptible al foc, invasió o altres amenaces als boscos terrestres. Segrestadors d'algues grans quantitats de diòxid de carboni i té una varietat d'usos després del creixement. Mitjançant l'eliminació del diòxid de carboni a base d'aigua, les algues poden ajudar les regions a treballar contra l'acidificació dels oceans proporcionar hàbitats rics en oxigen per als ecosistemes oceànics. A més d'aquestes victòries ambientals, les algues també tenen beneficis d'adaptació al clima que poden protegir les costes de l'erosió esmorteint l'energia de les ones. 

L'amenaça:

La captura de carboni d'algues marines és diferent d'altres processos CDR de l'economia blava, amb la planta que emmagatzema CO₂ en la seva biomassa, en lloc de transferir-la al sediment. Com a resultat, el CO₂ el potencial d'eliminació i emmagatzematge de les algues està limitat per la planta. La domesticació d'algues silvestres mitjançant el cultiu d'algues pot ser disminuir la diversitat genètica de la planta, augmentant el potencial de malalties i grans morts. A més, els mètodes actuals proposats de cultiu d'algues inclouen el cultiu de plantes a l'aigua sobre material artificial, com una corda, i en aigües poc profundes. Això pot evitar que la llum i els nutrients dels hàbitats de l'aigua sota les algues i causar danys a aquests ecosistemes. inclosos els embolcalls. La pròpia alga també és vulnerable a la degradació a causa de problemes de qualitat de l'aigua i depredació. Actualment esperen grans projectes que tenen com a objectiu enfonsar les algues a l'oceà enfonsar la corda o el material artificial també, potencialment contaminant l'aigua quan l'alga s'enfonsa. També es preveu que aquest tipus de projectes experimenti limitacions de costos, limitant l'escalabilitat. Es necessiten més investigacions per determinar la millor manera de conrear algues i obtenir les promeses beneficioses alhora que es minimitzen les amenaces previstes i les conseqüències no desitjades.

En general, la recuperació dels ecosistemes oceànics i costaners a través de manglars, herbes marines, ecosistemes de pantans salats i cultiu d'algues pretén augmentar i restaurar la capacitat dels sistemes naturals de la Terra per processar i emmagatzemar el diòxid de carboni atmosfèric. La pèrdua de biodiversitat pel canvi climàtic s'afegeix a la pèrdua de biodiversitat per les activitats humanes, com la desforestació, la qual cosa disminueix la resiliència de la Terra al canvi climàtic. 

El 2018, la Plataforma Intergovernamental de Ciència i Política sobre Biodiversitat i Serveis Ecosistèmics (IPBES) va informar que dos terços dels ecosistemes oceànics estan danyats, degradats o alterats. Aquesta xifra augmentarà amb l'augment del nivell del mar, l'acidificació dels oceans, la mineria dels fons marins i els impactes antropogènics del canvi climàtic. Els mètodes naturals d'eliminació de diòxid de carboni es beneficiaran de l'augment de la biodiversitat i la restauració dels ecosistemes. El cultiu d'algues és una àrea d'estudi en creixement que es beneficiaria d'una investigació específica. La restauració i protecció minucioses dels ecosistemes oceànics té un potencial immediat per mitigar els efectes del canvi climàtic mitjançant reduccions d'emissions combinades amb beneficis complementaris.

---

Millorar els processos oceànics naturals per a la mitigació del canvi climàtic

A més dels processos naturals, els investigadors estan investigant mètodes per millorar l'eliminació natural de diòxid de carboni, fomentant l'absorció de diòxid de carboni de l'oceà. Tres projectes de geoenginyeria climàtica oceànica s'inclouen dins d'aquesta categoria de millora dels processos naturals: millora de l'alcalinitat de l'oceà, fertilització de nutrients i aflorament i descens artificial. 

La millora de l'alcalinitat de l'oceà (OAE) és un mètode CDR que té com a objectiu eliminar el diòxid de carboni de l'oceà accelerant les reaccions naturals de meteorització dels minerals. Aquestes reaccions meteorològiques utilitzen diòxid de carboni i creen material sòlid. Tècniques actuals d'OAE captar el diòxid de carboni amb roques alcalines, és a dir, calç o olivina, o mitjançant un procés electroquímic.

La promesa:

Basat en processos naturals de meteorització de les roques, OAE és escalable i ofereix un mètode permanent d'eliminació de diòxid de carboni. La reacció entre el gas i el mineral crea dipòsits que es preveuen augmentar la capacitat d'amortiment de l'oceà, al seu torn disminuint l'acidificació dels oceans. L'augment dels dipòsits minerals a l'oceà també pot augmentar la productivitat de l'oceà.

L'amenaça:

L'èxit de la reacció meteorològica depèn de la disponibilitat i distribució dels minerals. Una distribució desigual dels minerals i sensibilitats regionals la disminució del diòxid de carboni pot afectar negativament el medi oceànic. A més, és més probable que sigui la quantitat de minerals necessària per a l'OAE procedents de mines terrestres, i requerirà transport a les regions costaneres per al seu ús. L'augment de l'alcalinitat de l'oceà també modificarà el pH de l'oceà afectant els processos biològics. La millora de l'alcalinitat de l'oceà té no s'han vist tants experiments de camp ni tanta investigació com a meteorització terrestre, i els impactes d'aquest mètode són més coneguts per a la meteorització terrestre. 

Fertilització de nutrients proposa afegir ferro i altres nutrients a l'oceà per afavorir el creixement del fitoplàncton. Aprofitant un procés natural, el fitoplàncton absorbeix fàcilment el diòxid de carboni atmosfèric i s'enfonsa al fons de l'oceà. El 2008, les nacions a la Convenció de les Nacions Unides sobre la Diversitat Biològica va acordar una moratòria cautelar sobre la pràctica per permetre que la comunitat científica entengui millor els pros i els contres d'aquests projectes.

La promesa:

A més d'eliminar el diòxid de carboni atmosfèric, la fertilització de nutrients pot reduir temporalment l'acidificació dels oceans i augmentar les poblacions de peix. El fitoplàncton és una font d'aliment per a molts peixos, i l'augment de la disponibilitat d'aliment pot augmentar la quantitat de peixos a les regions on es realitzen els projectes. 

L'amenaça:

Els estudis segueixen sent limitats sobre la fertilització de nutrients i reconèixer les moltes incògnites sobre els efectes a llarg termini, els co-beneficis i la permanència d'aquest mètode CDR. Els projectes de fertilització de nutrients poden requerir grans quantitats de materials en forma de ferro, fòsfor i nitrogen. L'obtenció d'aquests materials pot requerir extracció, producció i transport addicionals. Això podria negar l'impacte del CDR positiu i danyar altres ecosistemes del planeta a causa de l'extracció minera. A més, pot provocar el creixement del fitoplàncton les floracions d'algues nocives, redueixen l'oxigen a l'oceà i augmenten la producció de metà, un GEH que atrapa 10 vegades la quantitat de calor en comparació amb el diòxid de carboni.

La barreja natural de l'oceà a través de la surgència i la baixada porta l'aigua de la superfície al sediment, distribuint la temperatura i els nutrients a les diferents regions de l'oceà. Upwelling i Downwelling artificials pretén utilitzar un mecanisme físic per accelerar i fomentar aquesta barreja, augmentant la barreja de l'aigua de l'oceà per portar l'aigua superficial rica en diòxid de carboni a l'oceà profund, i aigua freda i rica en nutrients a la superfície. Es preveu que això afavoreixi el creixement del fitoplàncton i la fotosíntesi per eliminar el diòxid de carboni de l'atmosfera. Els mecanismes proposats actuals inclouen utilitzant canonades i bombes verticals per treure aigua del fons de l'oceà fins al cim.

La promesa:

La surgència artificial i la baixada es proposa com la millora d'un sistema natural. Aquest moviment planificat de l'aigua pot ajudar a evitar els efectes secundaris de l'augment del creixement del fitoplàncton com les zones de baix oxigen i l'excés de nutrients augmentant la barreja de l'oceà. A les regions més càlides, aquest mètode pot ajudar a refredar les temperatures de la superfície i blanqueig lent del corall. 

L'amenaça:

Aquest mètode de mescla artificial ha vist experiments i proves de camp limitats centrats a petites escales i durant períodes de temps limitats. Les primeres investigacions indiquen que, en general, la surgència artificial i la baixada tenen un potencial CDR baix i proporcionar un segrest temporal de diòxid de carboni. Aquest emmagatzematge temporal és el resultat del cicle de pujada i baixada. Qualsevol diòxid de carboni que es desplaci al fons de l'oceà a través d'un descens és probable que surti en algun altre moment. A més, aquest mètode també veu el potencial d'un risc de terminació. Si la bomba artificial falla, s'interromp o no té finançament, l'augment de nutrients i diòxid de carboni a la superfície pot augmentar les concentracions de metà i òxid nitrós, així com l'acidificació de l'oceà. El mecanisme proposat actual per a la barreja artificial de l'oceà requereix un sistema de canonades, bombes i un subministrament d'energia extern. És probable que la instal·lació d'aquestes canonades requereixi vaixells, una font eficient d'energia i manteniment. 

---

Ocean CDR mitjançant mètodes mecànics i químics

El CDR mecànic i químic oceànic intervé amb processos naturals, amb l'objectiu d'utilitzar la tecnologia per alterar un sistema natural. Actualment, l'extracció de carboni d'aigua de mar predomina en la conversa mecànica i química de l'oceà CDR, però altres mètodes com la surgència artificial i la baixada, comentats anteriorment, també podrien entrar en aquesta categoria.

L'extracció de carboni d'aigua de mar, o CDR electroquímic, té com a objectiu eliminar el diòxid de carboni de l'aigua de l'oceà i emmagatzemar-lo en un altre lloc, operant amb principis similars per dirigir la captura i l'emmagatzematge de diòxid de carboni de l'aire. Els mètodes proposats inclouen l'ús de processos electroquímics per recollir una forma gasosa de diòxid de carboni de l'aigua de mar i emmagatzemar aquest gas en forma sòlida o líquida en una formació geològica o en sediments oceànics.

La promesa:

S'espera que aquest mètode d'eliminació del diòxid de carboni de l'aigua de l'oceà permeti que l'oceà absorbeixi més diòxid de carboni atmosfèric mitjançant processos naturals. Els estudis sobre CDR electroquímics han indicat que amb una font d'energia renovable, aquest mètode podria ser eficient energèticament. També s'espera que l'eliminació del diòxid de carboni de l'aigua de l'oceà invertir o aturar l'acidificació dels oceans. 

L'amenaça:

Els primers estudis sobre l'extracció de carboni d'aigua de mar han provat principalment el concepte en experimentació basada en laboratori. Com a resultat, l'aplicació comercial d'aquest mètode continua sent altament teòrica i potencialment intensiva en energia. La investigació també s'ha centrat principalment en la capacitat química del diòxid de carboni d'eliminar-se de l'aigua de mar, amb poca investigació sobre els riscos ambientals. Les preocupacions actuals inclouen les incerteses sobre els canvis d'equilibri dels ecosistemes locals i l'impacte que aquest procés pot tenir en la vida marina.

---

Hi ha un camí a seguir per al CDR oceànic?

Molts projectes de CDR oceànics naturals, com ara la restauració i protecció dels ecosistemes costaners, es recolzen en beneficis conjunts positius investigats i coneguts per al medi ambient i les comunitats locals. Encara calen investigacions addicionals per entendre la quantitat i el temps que es pot emmagatzemar el carboni a través d'aquests projectes, però els co-beneficis són clars. No obstant això, més enllà del CDR oceànic natural, el CDR de l'oceà natural, mecànic i químic millorat té desavantatges identificables que s'han de considerar acuradament abans d'implementar qualsevol projecte a gran escala. 

Tots som parts interessades al planeta i ens veurem afectats pels projectes de geoenginyeria climàtica i pel canvi climàtic. Els responsables de la presa de decisions, els responsables polítics, els inversors, els votants i totes les parts interessades són clau per determinar si el risc d'un mètode de geoenginyeria climàtica supera el risc d'un altre mètode o fins i tot el risc del canvi climàtic. Els mètodes de CDR oceànics poden ajudar a reduir el diòxid de carboni atmosfèric, però només s'han de considerar a més de la reducció directa de les emissions de diòxid de carboni.