Uvězněni v Big Blue: Ocean Carbon Dioxide Removal

Rozbití klimatického geoinženýrství: Část 2

Část 1: Nekonečné neznámo
Část 3: Modifikace slunečního záření
Část 4: Zvažování etiky, spravedlnosti a spravedlnosti

Odstraňování oxidu uhličitého (CDR) je forma klimatického geoinženýrství, která se snaží odstranit oxid uhličitý z atmosféry. CDR se zaměřuje na dopad emisí skleníkových plynů snižováním a odstraňováním atmosférického oxidu uhličitého prostřednictvím dlouhodobého a krátkodobého skladování. CDR lze považovat za pozemní nebo oceánské v závislosti na materiálu a systémech použitých k zachycení a skladování plynu. V těchto rozhovorech převládal důraz na pozemní CDR, ale zájem o využití oceánské CDR roste, s důrazem na zdokonalené přírodní, mechanické a chemické projekty.

---

Přírodní systémy již odstraňují oxid uhličitý z atmosféry

Oceán je přirozeným úložištěm uhlíku, zachytit 25 % atmosférického oxidu uhličitého a 90 % zemského přebytečného tepla prostřednictvím přírodních procesů, jako je fotosyntéza a absorpce. Tyto systémy pomohly udržet globální teplotu, ale stávají se přetížené kvůli nárůstu atmosférického oxidu uhličitého a dalších skleníkových plynů z emisí fosilních paliv. Toto zvýšené vychytávání začalo ovlivňovat chemii oceánu, což způsobuje okyselování oceánů, ztrátu biologické rozmanitosti a nové vzorce ekosystémů. Obnova biologické rozmanitosti a ekosystémů spojená s omezením fosilních paliv posílí planetu proti změně klimatu.

K odstraňování oxidu uhličitého prostřednictvím růstu nových rostlin a stromů může dojít jak na souši, tak v oceánských ekosystémech. Zalesňování je vytváření nových lesů nebo oceánské ekosystémy, jako jsou mangrovy, v oblastech, které historicky takové rostliny neobsahovaly, zatímco znovuzalesňování se snaží znovu vysadit stromy a jiné rostliny v místech, která byla převedena na jiné využití, jako je zemědělská půda, těžba nebo rozvoj, nebo po ztrátě v důsledku znečištění.

Mořské trosky, plasty a znečištění vody přímo přispěly k většině ztrát mořské trávy a mangrovů. The Zákon o čisté vodě ve Spojených státech a další úsilí pracovalo na snížení takového znečištění a umožnění opětovného zalesňování. Tyto termíny se obecně používají k popisu suchozemských lesů, ale mohou také zahrnovat oceánské ekosystémy, jako jsou mangrovy, mořské trávy, slané bažiny nebo mořské řasy.

Slib:

Stromy, mangrovy, mořské trávy a podobné rostliny jsou uhlík klesá, využívající a sekvestrující oxid uhličitý přirozeně prostřednictvím fotosyntézy. Ocean CDR často zdůrazňuje „modrý uhlík“ nebo oxid uhličitý sekvestrovaný v oceánu. Jedním z nejúčinnějších ekosystémů modrého uhlíku jsou mangrovy, které vázají uhlík ve své kůře, kořenovém systému a půdě a ukládají až 10 krát více uhlíku než lesy na souši. Mangrovy poskytují četné environmentální vedlejší přínosy místním komunitám a pobřežním ekosystémům, předcházení dlouhodobé degradaci a erozi a také zmírňování dopadu bouří a vln na pobřeží. Mangrovové lesy také vytvářejí stanoviště pro různá suchozemská, vodní a ptačí zvířata v kořenovém systému a větvích rostliny. I takové projekty lze využít přímo obráceně účinky odlesňování nebo bouří, obnova pobřeží a půdy, která ztratila pokrývku stromů a rostlin.

Hrozba:

Rizika doprovázející tyto projekty pramení z dočasného skladování přirozeně sekvestrovaného oxidu uhličitého. Jak se mění využití pobřežní půdy a oceánské ekosystémy jsou narušeny pro rozvoj, cestování, průmysl nebo zesilující bouře, uhlík uložený v půdě se uvolní do oceánské vody a atmosféry. Tyto projekty jsou také náchylné k ztráta biologické rozmanitosti a genetické rozmanitosti ve prospěch rychle rostoucích druhů, což zvyšuje riziko onemocnění a velkého vymírání. Projekty restaurování může být energeticky náročná a vyžadují fosilní paliva pro dopravu a stroje pro údržbu. Obnova pobřežních ekosystémů prostřednictvím těchto řešení založených na přírodě bez náležitého zohlednění místních komunit může vést k záborům půdy a znevýhodňují komunity, které se na změně klimatu podílely nejméně. Silné komunitní vztahy a zapojení zainteresovaných stran s domorodými obyvateli a místními komunitami jsou klíčem k zajištění rovnosti a spravedlnosti v úsilí o CDR v oblasti přírodních oceánů.

Cílem kultivace mořských řas je vysadit řasu a makrořasy, aby filtrovaly oxid uhličitý z vody ukládat do biomasy prostřednictvím fotosyntézy. Tyto mořské řasy bohaté na uhlík pak mohou být pěstovány a použity v produktech nebo potravinách nebo potopeny na dno oceánu a izolovány.

Slib:

Mořské řasy a podobné velké oceánské rostliny rychle rostou a vyskytují se v oblastech po celém světě. Ve srovnání se zalesňováním nebo zalesňováním není oceánské prostředí mořských řas náchylné k požárům, pronikání nebo jiným hrozbám pro suchozemské lesy. Odlučovače mořských řas vysoké množství oxidu uhličitého a po růstu má různé využití. Odstraněním oxidu uhličitého na bázi vody mohou mořské řasy pomoci regionům působit proti okyselování oceánů a poskytují stanoviště bohatá na kyslík pro oceánské ekosystémy. Kromě těchto ekologických výher mají mořské řasy také výhody adaptace na klima, které mohou chránit pobřeží před erozí tlumením energie vln. 

Hrozba:

Zachycování uhlíku z mořských řas se liší od jiných procesů CDR modré ekonomiky, kdy závod ukládá CO₂ v její biomase, spíše než aby ji přenášel do sedimentu. V důsledku toho CO₂ potenciál odstraňování a skladování mořských řas je rostlinou omezen. Domestikace divokých mořských řas prostřednictvím pěstování mořských řas může snížit genetickou rozmanitost rostliny, což zvyšuje potenciál pro onemocnění a velké vymírání. Kromě toho, současné navrhované metody pěstování mořských řas zahrnují pěstování rostlin ve vodě na umělém materiálu, jako je lano, a v mělkých vodách. To může zabránit světlu a živinám z biotopů ve vodě pod mořskými řasami a způsobit poškození těchto ekosystémů včetně zápletek. Mořské řasy samotné jsou také náchylné k degradaci v důsledku problémů s kvalitou vody a predace. Velké projekty zaměřené na potopení mořských řas do oceánu v současnosti očekávají potopit lano nebo umělý materiál také potenciálně znečišťovat vodu, když se mořské řasy potopí. U tohoto typu projektu se také očekává, že bude mít omezení nákladů, což omezí škálovatelnost. Je zapotřebí dalšího výzkumu určit nejlepší způsob, jak pěstovat mořské řasy a získat prospěšné sliby a zároveň minimalizovat očekávané hrozby a nezamýšlené důsledky.

Celkově má ​​obnova oceánských a pobřežních ekosystémů prostřednictvím mangrovů, mořských tráv, ekosystémů slaných bažin a pěstování mořských řas za cíl zvýšit a obnovit schopnost přírodních systémů Země zpracovávat a ukládat atmosférický oxid uhličitý. Ztráta biologické rozmanitosti v důsledku změny klimatu je spojena se ztrátou biologické rozmanitosti v důsledku lidských činností, jako je odlesňování, které snižuje odolnost Země vůči změně klimatu. 

V roce 2018 Mezivládní vědecko-politická platforma pro biologickou rozmanitost a ekosystémové služby (IPBES) uvedla, že dvě třetiny oceánských ekosystémů jsou poškozeny, znehodnoceny nebo změněny. Toto číslo se bude zvyšovat se stoupající hladinou moří, acidifikací oceánů, hlubinnou těžbou na mořském dně a dopady antropogenní změny klimatu. Přirozené metody odstraňování oxidu uhličitého budou těžit ze zvýšení biologické rozmanitosti a obnovy ekosystémů. Pěstování mořských řas je rozvíjející se oblastí studia, které by prospěl cílený výzkum. Promyšlená obnova a ochrana oceánských ekosystémů má okamžitý potenciál zmírnit dopady změny klimatu prostřednictvím snížení emisí ve spojení s vedlejšími přínosy.

---

Posílení přirozených oceánských procesů pro zmírnění změny klimatu

Kromě přírodních procesů výzkumníci zkoumají metody, jak zlepšit přirozené odstraňování oxidu uhličitého, a tím podpořit absorpci oxidu uhličitého oceánem. Do této kategorie zlepšování přírodních procesů spadají tři projekty oceánského klimatického geoinženýrství: zvýšení alkality oceánu, hnojení živinami a umělé vzestupy a sestupy. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) je metoda CDR, jejímž cílem je odstranit oceánský oxid uhličitý urychlením přirozených reakcí minerálů na zvětrávání. Tyto zvětrávací reakce využívají oxid uhličitý a vytvářejí pevný materiál. Současné techniky OAE zachytit oxid uhličitý alkalickými horninami, např. vápnem nebo olivínem, nebo elektrochemickým procesem.

Slib:

Na základě přirozené procesy zvětrávání hornin, OAE je škálovatelné a nabízí trvalou metodu odstranění oxidu uhličitého. Reakce mezi plynem a minerálem vytváří usazeniny, které se očekávají zvýšit vyrovnávací kapacitu oceánua tím i snížení acidifikace oceánů. Nárůst minerálních ložisek v oceánu může také zvýšit produktivitu oceánů.

Hrozba:

Úspěch reakce zvětrávání závisí na dostupnosti a distribuci minerálů. Nerovnoměrné rozložení minerálů a regionální citlivosti snížení oxidu uhličitého může mít negativní dopad na životní prostředí oceánů. Navíc množství minerálů potřebných pro OAE bude s největší pravděpodobností pocházející z pozemských dolůa bude vyžadovat přepravu do pobřežních oblastí pro použití. Zvýšení zásaditosti oceánu také změní pH oceánu ovlivňující biologické procesy. Zvýšení alkality oceánu má nebylo vidět tolik terénních experimentů nebo tolik výzkumů jako pozemní zvětrávání a dopady této metody jsou lépe známé pro pozemní zvětrávání. 

Hnojení živinami navrhuje přidávání železa a dalších živin do oceánu, aby se podpořil růst fytoplanktonu. Fytoplankton využívá přírodního procesu a snadno absorbuje atmosférický oxid uhličitý a klesá na dno oceánu. V roce 2008 se státy připojily k Úmluvě OSN o biologické rozmanitosti souhlasil s preventivním moratoriem o praxi, která vědecké komunitě umožní lépe porozumět výhodám a nevýhodám takových projektů.

Slib:

Kromě odstraňování atmosférického oxidu uhličitého může hnojení živinami dočasně snížit acidifikaci oceánů a zvýšit stavy ryb. Fytoplankton je zdrojem potravy pro mnoho ryb a zvýšená dostupnost potravy může zvýšit množství ryb v regionech, kde se projekty provádějí. 

Hrozba:

Studie zůstávají omezené na hnojení živinami a rozpoznat spoustu neznámých o dlouhodobých účincích, vedlejších přínosech a stálosti této CDR metody. Projekty hnojení živinami mohou vyžadovat velké množství materiálů ve formě železa, fosforu a dusíku. Získávání těchto materiálů může vyžadovat další těžbu, výrobu a přepravu. To by mohlo negovat dopad pozitivního CDR a poškodit další ekosystémy na planetě v důsledku těžby. Kromě toho může mít za následek růst fytoplanktonu škodlivé květy řas, snižují kyslík v oceánu a zvyšují produkci metanu, skleníkový plyn, který zachycuje 10krát větší množství tepla než oxid uhličitý.

Přirozené promíchávání oceánu prostřednictvím vzestupu a sestupu přivádí vodu z povrchu do sedimentu, distribuuje teplotu a živiny do různých oblastí oceánu. Umělé upwelling a Downwelling si klade za cíl použít fyzikální mechanismus k urychlení a podpoře tohoto míšení, zvýšení míšení mořské vody, aby se povrchová voda bohatá na oxid uhličitý dostala do hlubin oceánu, a studená voda bohatá na živiny na povrch. Předpokládá se, že to podpoří růst fytoplanktonu a fotosyntézu k odstranění oxidu uhličitého z atmosféry. Současné navrhované mechanismy zahrnují pomocí vertikálních potrubí a čerpadel čerpat vodu ze dna oceánu až nahoru.

Slib:

Umělé upwelling a downwelling je navrženo jako vylepšení přirozeného systému. Tento plánovaný pohyb vody může pomoci vyhnout se vedlejším účinkům zvýšeného růstu fytoplanktonu, jako jsou zóny s nízkým obsahem kyslíku a přebytek živin, tím, že se zvýší míchání oceánů. V teplejších oblastech může tato metoda pomoci snížit povrchové teploty a pomalé bělení korálů. 

Hrozba:

Tato metoda umělého míchání prošla omezenými experimenty a polními testy zaměřenými na malá měřítka a po omezená časová období. Dřívější výzkumy ukazují, že celkově umělé upwelling a downwelling mají nízký CDR potenciál a zajistit dočasnou sekvestraci oxidu uhličitého. Toto dočasné uložení je výsledkem cyklu vzestupu a sestupu. Jakýkoli oxid uhličitý, který se pohybuje na dně oceánu prostřednictvím sestupu, pravděpodobně v nějakém jiném časovém okamžiku vzroste. Kromě toho tato metoda také vidí potenciál pro riziko ukončení. Pokud umělé čerpadlo selže, je přerušeno nebo nemá finanční prostředky, zvýšené množství živin a oxidu uhličitého na povrchu může zvýšit koncentraci metanu a oxidu dusného a také okyselení oceánů. Současný navrhovaný mechanismus pro umělé míchání oceánů vyžaduje potrubní systém, čerpadla a externí zdroj energie. Instalace těchto trubek bude pravděpodobně vyžadovat lodě, účinný zdroj energie a údržba. 

---

Ocean CDR prostřednictvím mechanických a chemických metod

Mechanické a chemické oceánské CDR zasahuje do přírodních procesů s cílem využít technologii ke změně přírodního systému. V současné době převládá v mechanické a chemické konverzaci CDR oceánů těžba uhlíku z mořské vody, ale do této kategorie by mohly spadat i jiné metody, jako je umělé upwelling a downwelling, diskutované výše.

Mořská extrakce uhlíku nebo elektrochemická CDR má za cíl odstranit oxid uhličitý z mořské vody a uložit jej jinde, přičemž funguje na podobných principech jako přímé zachycování a ukládání oxidu uhličitého ve vzduchu. Navrhované metody zahrnují použití elektrochemických procesů ke sběru plynné formy oxidu uhličitého z mořské vody a uložení tohoto plynu v pevné nebo kapalné formě v geologické formaci nebo v oceánském sedimentu.

Slib:

Očekává se, že tento způsob odstraňování oxidu uhličitého z oceánské vody umožní oceánu absorbovat více atmosférického oxidu uhličitého přírodními procesy. Studie na elektrochemické CDR ukázaly, že s obnovitelným zdrojem energie, tato metoda může být energeticky efektivní. Dále se očekává odstranění oxidu uhličitého z oceánské vody zvrátit nebo pozastavit okyselování oceánů. 

Hrozba:

První studie o extrakci uhlíku z mořské vody primárně testovaly tento koncept v laboratorních experimentech. V důsledku toho zůstává komerční aplikace této metody vysoce teoretická a potenciální energeticky náročné. Výzkum se také primárně zaměřil na chemickou schopnost oxidu uhličitého odstraňovat z mořské vody malý výzkum environmentálních rizik. Současné obavy zahrnují nejistoty ohledně posunů rovnováhy místních ekosystémů a dopadu, který tento proces může mít na mořský život.

---

Existuje cesta vpřed pro oceánské CDR?

Mnoho projektů CDR přírodních oceánů, jako je obnova a ochrana pobřežních ekosystémů, je podporováno prozkoumanými a známými pozitivními přínosy pro životní prostředí a místní komunity. Stále je zapotřebí další výzkum k pochopení množství a délky doby, po kterou lze uhlík ukládat prostřednictvím těchto projektů, ale vedlejší přínosy jsou jasné. Kromě přirozené oceánské CDR však mají vylepšené přírodní a mechanické a chemické oceánské CDR identifikovatelné nevýhody, které by měly být pečlivě zváženy před implementací jakéhokoli projektu ve velkém měřítku. 

Všichni jsme zúčastněnými stranami na planetě a budeme ovlivněni projekty klimatického geoinženýrství a také změnou klimatu. Tvůrci rozhodnutí, politici, investoři, voliči a všichni zúčastnění jsou klíčoví při určování, zda riziko jedné metody klimatického geoinženýrství převáží riziko jiné metody nebo dokonce riziko změny klimatu. Metody Ocean CDR mohou pomoci snížit atmosférický oxid uhličitý, ale měly by být zvažovány pouze jako doplněk k přímému snížení emisí oxidu uhličitého.