Gefangen im Big Blue: Entfernung von Kohlendioxid aus dem Ozean

Klima-Geoengineering aufschlüsseln: Teil 2

Teil 1: Endlose Unbekannte
Teil 3: Modifikation der Sonnenstrahlung
Teil 4: Berücksichtigung von Ethik, Gerechtigkeit und Gerechtigkeit

Kohlendioxidentfernung (CDR) ist eine Form des Klima-Geoengineerings, das darauf abzielt, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. CDR zielt auf die Auswirkungen von Treibhausgasemissionen ab, indem es atmosphärisches Kohlendioxid durch Langzeit- und Kurzzeitspeicherung reduziert und entfernt. Abhängig vom Material und den Systemen, die zum Auffangen und Speichern des Gases verwendet werden, kann CDR als land- oder meeresbasiert betrachtet werden. In diesen Gesprächen lag der Schwerpunkt vor allem auf landgestützter CDR, aber das Interesse an der Nutzung von CDR auf Ozeanen nimmt zu, wobei der Schwerpunkt auf verstärkten natürlichen, mechanischen und chemischen Projekten liegt.

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Natürliche Systeme entziehen der Atmosphäre bereits Kohlendioxid

Der Ozean ist eine natürliche Kohlenstoffsenke, 25 % einfangen des atmosphärischen Kohlendioxids und 90 % der überschüssigen Wärme der Erde durch natürliche Prozesse wie Photosynthese und Absorption. Diese Systeme haben dazu beigetragen, die globale Temperatur aufrechtzuerhalten, werden jedoch aufgrund des Anstiegs des atmosphärischen Kohlendioxids und anderer Treibhausgase aus den Emissionen fossiler Brennstoffe überlastet. Diese erhöhte Aufnahme hat begonnen, die Chemie des Ozeans zu beeinflussen und zu einer Versauerung der Ozeane, einem Verlust der Artenvielfalt und neuen Ökosystemmustern zu führen. Der Wiederaufbau der Artenvielfalt und der Ökosysteme gepaart mit der Reduzierung fossiler Brennstoffe wird den Planeten gegen den Klimawandel stärken.

Die Entfernung von Kohlendioxid durch das Wachstum neuer Pflanzen und Bäume kann sowohl an Land als auch in Meeresökosystemen erfolgen. Aufforstung ist die Schaffung neuer Wälder oder Meeresökosysteme, wie Mangroven, in Gebieten, in denen es in der Vergangenheit keine solchen Pflanzen gab, während die Wiederaufforstung dies anstrebt Bäume und andere Pflanzen wieder einführen an Standorten, die einer anderen Nutzung zugeführt wurden, beispielsweise Ackerland, Bergbau oder Erschließung, oder nach Verlusten aufgrund von Umweltverschmutzung.

Meeresmüll, Plastik und Wasserverschmutzung haben direkt zum größten Verlust an Seegras und Mangroven beigetragen. Der Clean Water Act in den Vereinigten Staaten und andere Bemühungen haben dazu beigetragen, diese Verschmutzung zu reduzieren und die Wiederaufforstung zu ermöglichen. Diese Begriffe werden im Allgemeinen zur Beschreibung landbasierter Wälder verwendet, können aber auch ozeanische Ökosysteme wie Mangroven, Seegräser, Salzwiesen oder Algen umfassen.

Das Versprechen:

Bäume, Mangroven, Seegräser und ähnliche Pflanzen sind es Kohlenstoffsenken, indem es Kohlendioxid auf natürliche Weise durch Photosynthese nutzt und bindet. Ocean CDR hebt häufig „blauen Kohlenstoff“ oder im Ozean gebundenes Kohlendioxid hervor. Eines der effektivsten Ökosysteme mit blauem Kohlenstoff sind Mangroven, die Kohlenstoff in ihrer Rinde, ihrem Wurzelsystem und im Boden binden und speichern bis 10 mal mehr Kohlenstoff als Wälder an Land. Mangroven bieten zahlreiche Möglichkeiten Vorteile für die Umwelt für lokale Gemeinschaften und Küstenökosysteme, verhindert langfristige Schädigung und Erosion und mildert die Auswirkungen von Stürmen und Wellen auf die Küste. Mangrovenwälder schaffen im Wurzelsystem und in den Zweigen der Pflanze auch Lebensräume für verschiedene Land-, Wasser- und Vogeltiere. Solche Projekte können auch genutzt werden direkt umkehren die Auswirkungen von Abholzung oder Stürmen, Wiederherstellung von Küsten und Land, das Baum- und Pflanzenbewuchs verloren hat.

Die Drohung:

Risiken, die mit diesen Projekten einhergehen, ergeben sich aus der Zwischenspeicherung von natürlich gebundenem Kohlendioxid. Wenn sich die Landnutzung an der Küste ändert und die Ökosysteme der Ozeane durch Entwicklung, Reisen, Industrie oder durch die Verstärkung von Stürmen gestört werden, wird im Boden gespeicherter Kohlenstoff in das Meerwasser und die Atmosphäre freigesetzt. Diese Projekte sind auch anfällig für Verlust der biologischen Vielfalt und der genetischen Vielfalt zugunsten schnell wachsender Arten, was das Risiko von Krankheiten und großem Aussterben erhöht. Restaurierungsprojekte kann energieintensiv sein und erfordern fossile Brennstoffe für den Transport und Maschinen für die Wartung. Wiederherstellung von Küstenökosystemen durch diese naturbasierten Lösungen ohne angemessene Berücksichtigung der lokalen Gemeinschaften kann zu Landraub führen und benachteiligen Gemeinden, die am wenigsten zum Klimawandel beigetragen haben. Starke gemeinschaftliche Beziehungen und die Einbindung von Interessengruppen in indigene Völker und lokale Gemeinschaften sind der Schlüssel zur Gewährleistung von Gleichheit und Gerechtigkeit bei den CDR-Bemühungen für natürliche Ozeane.

Der Algenanbau zielt darauf ab, Seetang und Makroalgen anzupflanzen, um Kohlendioxid aus dem Wasser zu filtern und speichern es durch Photosynthese in Biomasse. Diese kohlenstoffreichen Algen können dann gezüchtet und in Produkten oder Lebensmitteln verwendet oder auf den Meeresgrund versenkt und dort abgesondert werden.

Das Versprechen:

Algen und ähnliche große Meerespflanzen wachsen schnell und sind in Regionen auf der ganzen Welt verbreitet. Im Vergleich zu Aufforstungs- oder Wiederaufforstungsbemühungen sind Algen aufgrund ihres ozeanischen Lebensraums nicht anfällig für Brände, Eingriffe oder andere Bedrohungen der Landwälder. Algen-Sequester hohe Mengen Kohlendioxid und hat nach dem Wachstum eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten. Durch die Entfernung von wasserbasiertem Kohlendioxid können Algen Regionen dabei helfen, der Versauerung der Ozeane entgegenzuwirken sorgen für sauerstoffreiche Lebensräume für ozeanische Ökosysteme. Zusätzlich zu diesen Vorteilen für die Umwelt haben Algen auch Vorteile bei der Anpassung an das Klima Küsten vor Erosion schützen durch Dämpfung der Wellenenergie. 

Die Drohung:

Die Kohlenstoffabscheidung aus Meeresalgen unterscheidet sich von anderen CDR-Prozessen der Blue Economy, da die Anlage CO speichert₂ in seiner Biomasse, anstatt es in das Sediment zu übertragen. Infolgedessen ist das CO₂ Das Entnahme- und Lagerpotenzial für Algen ist durch die Pflanze begrenzt. Die Domestizierung wilder Algen durch den Algenanbau kann möglich sein die genetische Vielfalt der Pflanze verringern, was das Risiko von Krankheiten und großen Todesfällen erhöht. Darüber hinaus umfassen die derzeit vorgeschlagenen Methoden für den Algenanbau den Anbau von Pflanzen im Wasser auf künstlichem Material wie Seilen und in seichten Gewässern. Dadurch können Licht und Nährstoffe aus den Lebensräumen im Wasser unter den Algen verhindert und diese Ökosysteme geschädigt werden einschließlich Verstrickungen. Auch die Algen selbst sind aufgrund von Wasserqualitätsproblemen und Raubtieren anfällig für Abbau. Große Projekte, die darauf abzielen, die Algen im Meer zu versenken, rechnen derzeit damit versenken Sie das Seil oder das künstliche Material Außerdem kann es möglicherweise zu einer Verschmutzung des Wassers kommen, wenn die Algen sinken. Es wird erwartet, dass bei dieser Art von Projekten auch Kosteneinschränkungen auftreten, die die Skalierbarkeit einschränken. Weitere Forschung ist erforderlich Ermittlung der besten Methode zum Anbau von Algen, um die positiven Versprechen zu erhalten und gleichzeitig die erwarteten Bedrohungen und unbeabsichtigten Folgen zu minimieren.

Insgesamt zielt die Wiederherstellung von Ozean- und Küstenökosystemen durch Mangroven, Seegras, Salzwiesenökosysteme und Algenanbau darauf ab, die Fähigkeit der natürlichen Systeme der Erde, atmosphärisches Kohlendioxid zu verarbeiten und zu speichern, zu erhöhen und wiederherzustellen. Der Verlust der biologischen Vielfalt durch den Klimawandel geht mit dem Verlust der biologischen Vielfalt durch menschliche Aktivitäten wie Abholzung einher, was die Widerstandsfähigkeit der Erde gegenüber dem Klimawandel verringert. 

Im Jahr 2018 berichtete die Zwischenstaatliche Wissenschafts- und Politikplattform für Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen (IPBES). zwei Drittel der Meeresökosysteme beschädigt, beeinträchtigt oder verändert sind. Diese Zahl wird mit dem Anstieg des Meeresspiegels, der Versauerung der Ozeane, dem Abbau des Tiefseebodens und den anthropogenen Auswirkungen des Klimawandels zunehmen. Natürliche Methoden zur Kohlendioxidentfernung werden von der Erhöhung der Artenvielfalt und der Wiederherstellung von Ökosystemen profitieren. Der Algenanbau ist ein aufstrebendes Forschungsgebiet, das von gezielter Forschung profitieren würde. Eine durchdachte Wiederherstellung und der Schutz der Meeresökosysteme bergen unmittelbar das Potenzial, die Auswirkungen des Klimawandels durch Emissionsreduzierungen gepaart mit zusätzlichen Vorteilen abzumildern.

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Verbesserung natürlicher Ozeanprozesse zur Eindämmung des Klimawandels

Zusätzlich zu den natürlichen Prozessen erforschen Forscher Möglichkeiten, die natürliche Kohlendioxidentfernung zu verbessern und so die Kohlendioxidaufnahme des Ozeans zu fördern. Drei Meeresklima-Geoengineering-Projekte fallen in diese Kategorie der Verbesserung natürlicher Prozesse: Erhöhung der Meeresalkalität, Nährstoffdüngung sowie künstlicher Auf- und Abschwung. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) ist eine CDR-Methode, die darauf abzielt, Kohlendioxid aus dem Ozean zu entfernen, indem die natürlichen Verwitterungsreaktionen von Mineralien beschleunigt werden. Diese Verwitterungsreaktionen nutzen Kohlendioxid und erzeugen festes Material. Aktuelle OAE-Techniken Kohlendioxid mit alkalischen Gesteinen wie Kalk oder Olivin oder durch einen elektrochemischen Prozess einfangen.

Das Versprechen:

Basierend auf natürliche Gesteinsverwitterungsprozesse, OAE ist skalierbar und bietet eine dauerhafte Methode der Kohlendioxidentfernung. Durch die Reaktion zwischen dem Gas und dem Mineral entstehen Ablagerungen, die zu erwarten sind Erhöhen Sie die Pufferkapazität des Ozeans, was wiederum die Versauerung der Ozeane verringert. Die Zunahme der Mineralvorkommen im Ozean kann auch die Produktivität der Ozeane steigern.

Die Drohung:

Der Erfolg der Verwitterungsreaktion hängt von der Verfügbarkeit und Verteilung der Mineralien ab. Eine ungleichmäßige Verteilung von Mineralien und regionale Empfindlichkeiten Der Rückgang des Kohlendioxids kann sich negativ auf die Meeresumwelt auswirken. Darüber hinaus ist die Menge an Mineralien, die für OAE benötigt werden, am wahrscheinlichsten aus terrestrischen Minen gewonnen, und für den Einsatz ist ein Transport in Küstenregionen erforderlich. Eine Erhöhung der Alkalität des Ozeans wird auch den pH-Wert des Ozeans verändern Beeinflussung biologischer Prozesse. Die Verbesserung der Alkalität der Ozeane hat Es gibt nicht so viele Feldexperimente oder so viel Forschung B. landbasierte Verwitterung, und die Auswirkungen dieser Methode sind für landbasierte Verwitterung besser bekannt. 

Nährstoffdüngung schlägt vor, dem Ozean Eisen und andere Nährstoffe zuzuführen, um das Wachstum von Phytoplankton zu fördern. Durch einen natürlichen Prozess nimmt Phytoplankton leicht atmosphärisches Kohlendioxid auf und sinkt auf den Meeresboden. Im Jahr 2008 traten die Nationen der UN-Konvention über die biologische Vielfalt bei stimmte einem vorsorglichen Moratorium zu über die Praxis, damit die wissenschaftliche Gemeinschaft die Vor- und Nachteile solcher Projekte besser verstehen kann.

Das Versprechen:

Neben der Entfernung von atmosphärischem Kohlendioxid kann auch eine Nährstoffdüngung erfolgen die Versauerung der Ozeane vorübergehend reduzieren machen Fischbestände erhöhen. Phytoplankton ist eine Nahrungsquelle für viele Fische, und die erhöhte Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln kann die Anzahl der Fische in den Regionen, in denen die Projekte durchgeführt werden, erhöhen. 

Die Drohung:

Studien zur Nährstoffdüngung sind weiterhin begrenzt Erkenne die vielen Unbekannten über langfristige Auswirkungen, Nebenvorteile und Dauerhaftigkeit dieser CDR-Methode. Für Nährstoffdüngungsprojekte können große Mengen an Materialien in Form von Eisen, Phosphor und Stickstoff erforderlich sein. Die Beschaffung dieser Materialien erfordert möglicherweise zusätzlichen Abbau, Produktion und Transport. Dies könnte die Auswirkungen des positiven CDR zunichte machen und andere Ökosysteme auf dem Planeten durch den Bergbau schädigen. Darüber hinaus kann es zu einem Wachstum von Phytoplankton kommen schädliche Algenblüten, verringern den Sauerstoffgehalt im Meer und erhöhen die Methanproduktion, ein Treibhausgas, das im Vergleich zu Kohlendioxid die zehnfache Menge an Wärme einfängt.

Die natürliche Durchmischung des Ozeans durch Auf- und Abwärtsbewegung bringt Wasser von der Oberfläche ins Sediment und verteilt so Temperatur und Nährstoffe auf die verschiedenen Regionen des Ozeans. Künstlicher Auf- und Abschwung zielt darauf ab, einen physikalischen Mechanismus zu nutzen, um diese Vermischung zu beschleunigen und zu fördern und die Vermischung von Meerwasser zu erhöhen, um kohlendioxidreiches Oberflächenwasser in die Tiefsee zu bringen kaltes, nährstoffreiches Wasser an die Oberfläche. Es wird erwartet, dass dadurch das Wachstum von Phytoplankton und die Photosynthese gefördert werden, um Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. Zu den derzeit vorgeschlagenen Mechanismen gehören: Verwendung vertikaler Rohre und Pumpen um Wasser vom Grund des Ozeans nach oben zu leiten.

Das Versprechen:

Künstliches Auf- und Abschwellen wird als Verbesserung eines natürlichen Systems vorgeschlagen. Diese geplante Bewegung des Wassers kann dazu beitragen, die Nebenwirkungen eines erhöhten Phytoplanktonwachstums wie Zonen mit niedrigem Sauerstoffgehalt und überschüssige Nährstoffe zu vermeiden, indem die Durchmischung der Ozeane erhöht wird. In wärmeren Regionen kann diese Methode dazu beitragen, die Oberflächentemperaturen abzukühlen langsame Korallenbleiche. 

Die Drohung:

Für diese Methode des künstlichen Mischens gab es begrenzte Experimente und Feldtests, die sich auf kleine Maßstäbe und für begrenzte Zeiträume konzentrierten. Frühe Untersuchungen deuten darauf hin, dass künstlicher Auf- und Abschwung insgesamt ein geringes CDR-Potenzial aufweist sorgen für eine vorübergehende Sequestrierung von Kohlendioxid. Diese vorübergehende Speicherung ist ein Ergebnis des Auf- und Abstiegszyklus. Jegliches Kohlendioxid, das durch Abwärtsbewegung auf den Meeresboden gelangt, wird wahrscheinlich zu einem anderen Zeitpunkt wieder aufsteigen. Darüber hinaus besteht bei dieser Methode auch das Potenzial eines Kündigungsrisikos. Wenn die künstliche Pumpe ausfällt, eingestellt wird oder die Finanzierung fehlt, kann ein erhöhter Nährstoff- und Kohlendioxidanstieg an der Oberfläche zu einem Anstieg der Methan- und Lachgaskonzentrationen sowie zur Versauerung der Ozeane führen. Der derzeit vorgeschlagene Mechanismus zur künstlichen Durchmischung der Ozeane erfordert ein Rohrsystem, Pumpen und eine externe Energieversorgung. Die Installation dieser Rohre ist wahrscheinlich erforderlich Schiffe, eine effiziente Energiequelle und Wartung. 

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Ozean-CDR durch mechanische und chemische Methoden

Mechanische und chemische Ozean-CDR greift in natürliche Prozesse ein und zielt darauf ab, mithilfe von Technologie ein natürliches System zu verändern. Derzeit dominiert die Kohlenstoffgewinnung aus Meerwasser in der mechanischen und chemischen Ozean-CDR-Diskussion, aber auch andere Methoden wie der oben diskutierte künstliche Auf- und Abschwung könnten in diese Kategorie fallen.

Die Meerwasser-Kohlenstoffextraktion oder elektrochemische CDR zielt darauf ab, das Kohlendioxid im Meerwasser zu entfernen und an anderer Stelle zu speichern. Dabei werden ähnliche Prinzipien wie bei der direkten Kohlendioxidabscheidung und -speicherung in der Luft angewendet. Zu den vorgeschlagenen Methoden gehört der Einsatz elektrochemischer Prozesse, um eine gasförmige Form von Kohlendioxid aus Meerwasser zu sammeln und dieses Gas in fester oder flüssiger Form in einer geologischen Formation oder im Meeressediment zu speichern.

Das Versprechen:

Diese Methode zur Entfernung von Kohlendioxid aus dem Meerwasser soll es dem Ozean ermöglichen, durch natürliche Prozesse mehr atmosphärisches Kohlendioxid aufzunehmen. Studien zur elektrochemischen CDR haben gezeigt, dass diese Methode mit einer erneuerbaren Energiequelle kompatibel ist könnte energieeffizient sein. Es wird erwartet, dass die Entfernung von Kohlendioxid aus dem Meerwasser noch weiter voranschreitet die Versauerung der Ozeane umkehren oder stoppen. 

Die Drohung:

Frühe Studien zur Kohlenstoffgewinnung aus Meerwasser haben das Konzept hauptsächlich in Laborexperimenten getestet. Daher bleibt die kommerzielle Anwendung dieser Methode höchst theoretisch und potenziell energieintensiv. Die Forschung konzentrierte sich auch hauptsächlich auf die chemische Fähigkeit von Kohlendioxid, aus Meerwasser entfernt zu werden wenig Forschung zu den Umweltrisiken. Zu den aktuellen Bedenken zählen Unsicherheiten über Gleichgewichtsverschiebungen lokaler Ökosysteme und die Auswirkungen, die dieser Prozess auf das Meeresleben haben könnte.

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Gibt es einen Weg für die Ozean-CDR?

Viele CDR-Projekte für natürliche Ozeane, wie die Wiederherstellung und der Schutz von Küstenökosystemen, werden durch erforschte und bekannte positive Nebeneffekte für die Umwelt und die lokalen Gemeinschaften unterstützt. Es bedarf noch zusätzlicher Forschung, um zu verstehen, wie viel und wie lange Kohlenstoff durch diese Projekte gespeichert werden kann, aber die Nebenvorteile liegen auf der Hand. Über die natürliche Ozean-CDR hinaus weisen verbesserte natürliche, mechanische und chemische Ozean-CDR jedoch erkennbare Nachteile auf, die sorgfältig abgewogen werden sollten, bevor ein Projekt in großem Maßstab umgesetzt wird. 

Wir alle sind Interessenvertreter des Planeten und werden sowohl von Klima-Geoengineering-Projekten als auch vom Klimawandel betroffen sein. Entscheidungsträger, politische Entscheidungsträger, Investoren, Wähler und alle Interessengruppen sind entscheidend dafür, ob das Risiko einer Klima-Geoengineering-Methode das Risiko einer anderen Methode oder sogar das Risiko des Klimawandels überwiegt. Ocean CDR-Methoden können zur Reduzierung des atmosphärischen Kohlendioxids beitragen, sollten jedoch nur zusätzlich zur direkten Reduzierung der Kohlendioxidemissionen in Betracht gezogen werden.