Atrapado en el Gran Azul: Eliminación de dióxido de carbono en el océano

Desglosando la Geoingeniería Climática: Parte 2

Parte 1: Infinidad de incógnitas
Parte 3: Modificación de la Radiación Solar
Parte 4: Consideración de la ética, la equidad y la justicia

La eliminación de dióxido de carbono (CDR) es una forma de geoingeniería climática que busca eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera. CDR se enfoca en el impacto de las emisiones de gases de efecto invernadero al reducir y eliminar el dióxido de carbono atmosférico a través del almacenamiento a largo y corto plazo. El CDR se puede considerar basado en tierra o en el océano, según el material y los sistemas utilizados para capturar y almacenar el gas. En estas conversaciones ha predominado un énfasis en la CDR terrestre, pero el interés en aprovechar la CDR oceánica está aumentando, con atención en proyectos naturales, mecánicos y químicos mejorados.

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Los sistemas naturales ya eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera

El océano es un sumidero natural de carbono, capturando el 25% del dióxido de carbono atmosférico y el 90% del exceso de calor de la tierra a través de procesos naturales como la fotosíntesis y la absorción. Estos sistemas han ayudado a mantener la temperatura global, pero se están sobrecargando debido al aumento del dióxido de carbono atmosférico y otros gases de efecto invernadero provenientes de las emisiones de combustibles fósiles. Esta mayor absorción ha comenzado a afectar la química del océano, provocando la acidificación del océano, la pérdida de biodiversidad y nuevos patrones de ecosistemas. La reconstrucción de la biodiversidad y los ecosistemas junto con una reducción de los combustibles fósiles fortalecerá al planeta contra el cambio climático.

La eliminación de dióxido de carbono, a través del crecimiento de nuevas plantas y árboles, puede ocurrir tanto en ecosistemas terrestres como oceánicos. La forestación es la creación de nuevos bosques o ecosistemas oceánicos, como los manglares, en áreas que históricamente no han tenido este tipo de plantas, mientras que la reforestación busca reintroducir árboles y otras plantas en lugares que se habían convertido a un uso diferente, como tierras de cultivo, minería o desarrollo, o después de pérdidas debido a la contaminación.

Desechos marinos, plástico y contaminación del agua. han contribuido directamente a la mayor parte de la pérdida de pastos marinos y manglares. El Ley de Agua Limpia en los Estados Unidos, y otros esfuerzos han funcionado para reducir dicha contaminación y permitir la reforestación. Estos términos se han utilizado generalmente para describir los bosques terrestres, pero también pueden incluir ecosistemas marinos como manglares, pastos marinos, marismas o algas.

La promesa:

Los árboles, manglares, pastos marinos y plantas similares son sumideros de carbono, utilizando y secuestrando dióxido de carbono de forma natural a través de la fotosíntesis. Ocean CDR a menudo destaca el 'carbono azul' o dióxido de carbono secuestrado en el océano. Uno de los ecosistemas de carbono azul más efectivos son los manglares, que secuestran carbono en su corteza, sistema de raíces y suelo, almacenando hasta los tiempos 10 más carbono que los bosques en la tierra. Los manglares proporcionan numerosas co-beneficios ambientales a las comunidades locales y los ecosistemas costeros, previniendo la degradación y la erosión a largo plazo, así como moderando el impacto de las tormentas y las olas en la costa. Los bosques de manglares también crean hábitats para varios animales terrestres, acuáticos y aviares en el sistema de raíces y ramas de la planta. Estos proyectos también se pueden utilizar para directamente inversa los efectos de la deforestación o las tormentas, la restauración de las costas y las tierras que han perdido la cubierta vegetal y arbórea.

La amenaza:

Los riesgos que acompañan a estos proyectos se derivan del almacenamiento temporal de dióxido de carbono secuestrado naturalmente. A medida que los cambios en el uso de la tierra costera y los ecosistemas oceánicos se vean perturbados por el desarrollo, los viajes, la industria o por el fortalecimiento de las tormentas, el carbono almacenado en los suelos se liberará en el agua del océano y la atmósfera. Estos proyectos también son propensos a pérdida de biodiversidad y diversidad genética a favor de especies de rápido crecimiento, aumentando el riesgo de enfermedades y grandes mortandades. Proyectos de restauración puede ser intensivo en energía y requieren combustibles fósiles para el transporte y maquinaria para el mantenimiento. Restaurar los ecosistemas costeros a través de estas soluciones basadas en la naturaleza sin la debida consideración para las comunidades locales. puede dar lugar a la apropiación de tierras y comunidades en desventaja que han tenido la menor contribución al cambio climático. Las relaciones comunitarias sólidas y el compromiso de las partes interesadas con los pueblos indígenas y las comunidades locales son clave para garantizar la equidad y la justicia en los esfuerzos de CDR de océanos naturales.

Seaweed Cultivation tiene como objetivo plantar algas marinas y macroalgas para filtrar el dióxido de carbono del agua y almacenarlo en biomasa a través de la fotosíntesis. Estas algas ricas en carbono pueden luego ser cultivadas y utilizadas en productos o alimentos o hundidas en el fondo del océano y secuestradas.

La promesa:

Las algas marinas y plantas oceánicas grandes similares crecen rápidamente y están presentes en regiones de todo el mundo. En comparación con los esfuerzos de forestación o reforestación, el hábitat oceánico de las algas marinas hace que no sean susceptibles al fuego, la invasión u otras amenazas a los bosques terrestres. Secuestradores de algas altas cantidades de dióxido de carbono y tiene una variedad de usos después del crecimiento. Al eliminar el dióxido de carbono del agua, las algas marinas pueden ayudar a las regiones a luchar contra la acidificación de los océanos y proporcionar hábitats ricos en oxígeno para los ecosistemas oceánicos. Además de estas ventajas ambientales, las algas marinas también tienen beneficios de adaptación climática que pueden proteger las costas contra la erosión amortiguando la energía de las olas. 

La amenaza:

La captura de carbono de algas es distinta de otros procesos de CDR de economía azul, ya que la planta almacena CO₂ en su biomasa, en lugar de transferirlo al sedimento. Como resultado, el CO₂ El potencial de eliminación y almacenamiento de algas está limitado por la planta. La domesticación de algas silvestres mediante el cultivo de algas puede disminuir la diversidad genética de la planta, aumentando el potencial de enfermedades y grandes mortandades. Además, los métodos actuales de cultivo de algas marinas propuestos incluyen el cultivo de plantas en el agua sobre material artificial, como cuerdas, y en aguas poco profundas. Esto puede evitar que la luz y los nutrientes de los hábitats en el agua debajo de las algas marinas causen daño a esos ecosistemas. incluyendo enredos. Las algas en sí también son vulnerables a la degradación debido a problemas de calidad del agua y depredación. Los grandes proyectos destinados a hundir las algas en el océano actualmente esperan hundir la cuerda o material artificial también, potencialmente contaminando el agua cuando las algas se hunden. También se anticipa que este tipo de proyecto experimentará restricciones de costos, lo que limitará la escalabilidad. Se necesita más investigación para determinar la mejor manera de cultivar algas marinas y obtener las promesas beneficiosas mientras se minimizan las amenazas anticipadas y las consecuencias no deseadas.

En general, la recuperación de los ecosistemas oceánicos y costeros a través de manglares, pastos marinos, ecosistemas de marismas y cultivo de algas tiene como objetivo aumentar y restaurar la capacidad de los sistemas naturales de la Tierra para procesar y almacenar dióxido de carbono atmosférico. La pérdida de biodiversidad por el cambio climático se ve agravada por la pérdida de biodiversidad por actividades humanas, como la deforestación, que disminuye la resiliencia de la Tierra al cambio climático. 

En 2018, la Plataforma Intergubernamental de Ciencia y Política sobre Biodiversidad y Servicios de los Ecosistemas (IPBES) informó que dos tercios de los ecosistemas oceánicos están dañados, degradados o alterados. Este número aumentará con el aumento del nivel del mar, la acidificación de los océanos, la minería de los fondos marinos profundos y los impactos del cambio climático antropogénico. Los métodos naturales de eliminación de dióxido de carbono se beneficiarán del aumento de la biodiversidad y la restauración de los ecosistemas. El cultivo de algas marinas es un área de estudio floreciente que se beneficiaría de una investigación específica. La restauración y protección cuidadosa de los ecosistemas oceánicos tiene un potencial inmediato para mitigar los efectos del cambio climático a través de la reducción de emisiones combinada con beneficios colaterales.

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Mejora de los procesos oceánicos naturales para la mitigación del cambio climático

Además de los procesos naturales, los investigadores están investigando métodos para mejorar la eliminación natural de dióxido de carbono, fomentando la absorción de dióxido de carbono del océano. Tres proyectos de geoingeniería del clima oceánico caen dentro de esta categoría de mejora de los procesos naturales: mejora de la alcalinidad del océano, fertilización de nutrientes y afloramiento y afloramiento artificiales. 

La mejora de la alcalinidad oceánica (OAE) es un método CDR que tiene como objetivo eliminar el dióxido de carbono del océano acelerando las reacciones naturales de meteorización de los minerales. Estas reacciones de meteorización utilizan dióxido de carbono y crean material sólido. Técnicas actuales de OAE capturar dióxido de carbono con rocas alcalinas, es decir, cal u olivino, oa través de un proceso electroquímico.

La promesa:

Basado en procesos naturales de meteorización de rocas, OEA es escalable y ofrece un método permanente de remoción de dióxido de carbono. La reacción entre el gas y el mineral crea depósitos que se prevé que aumentar la capacidad amortiguadora del océano, a su vez, disminuyendo la acidificación de los océanos. El aumento de los depósitos minerales en el océano también puede aumentar la productividad de los océanos.

La amenaza:

El éxito de la reacción de meteorización depende de la disponibilidad y distribución de los minerales. Una distribución desigual de minerales y sensibilidades regionales a la disminución de dióxido de carbono puede tener un impacto negativo en el medio ambiente oceánico. Además, es muy probable que la cantidad de minerales necesaria para OAE sea procedente de minas terrestres, y requerirá transporte a las regiones costeras para su uso. El aumento de la alcalinidad del océano modificará el pH del océano, también afectando los procesos biológicos. La mejora de la alcalinidad del océano ha no he visto tantos experimentos de campo o tanta investigación como meteorización terrestre, y los impactos de este método son más conocidos para la meteorización terrestre. 

Fertilización de nutrientes propone agregar hierro y otros nutrientes al océano para fomentar el crecimiento del fitoplancton. Aprovechando un proceso natural, el fitoplancton absorbe fácilmente el dióxido de carbono atmosférico y se hunde en el fondo del océano. En 2008, las naciones en la Convención de la ONU sobre la Diversidad Biológica acordó una moratoria cautelar sobre la práctica para permitir que la comunidad científica comprenda mejor los pros y los contras de tales proyectos.

La promesa:

Además de eliminar el dióxido de carbono atmosférico, la fertilización con nutrientes puede reducir temporalmente la acidificación del océano y aumentar las poblaciones de peces. El fitoplancton es una fuente de alimento para muchos peces, y la mayor disponibilidad de alimentos puede aumentar la cantidad de peces en las regiones donde se realizan los proyectos. 

La amenaza:

Los estudios siguen siendo limitados sobre la fertilización con nutrientes y reconocer las muchas incógnitas sobre los efectos a largo plazo, los co-beneficios y la permanencia de este método CDR. Los proyectos de fertilización con nutrientes pueden requerir grandes cantidades de materiales en forma de hierro, fósforo y nitrógeno. El abastecimiento de estos materiales puede requerir minería, producción y transporte adicionales. Esto podría anular el impacto de la CDR positiva y dañar otros ecosistemas del planeta debido a la extracción minera. Además, el crecimiento del fitoplancton puede resultar en la proliferación de algas nocivas, reduce el oxígeno en el océano y aumenta la producción de metano, un GEI que atrapa 10 veces la cantidad de calor en comparación con el dióxido de carbono.

La mezcla natural del océano a través del afloramiento y descenso trae agua desde la superficie al sedimento, distribuyendo temperatura y nutrientes a las diferentes regiones del océano. Afloramiento y Afloramiento Artificial tiene como objetivo utilizar un mecanismo físico para acelerar y fomentar esta mezcla, aumentando la mezcla del agua del océano para llevar agua superficial rica en dióxido de carbono a las profundidades del océano, y agua fría y rica en nutrientes a la superficie. Se prevé que esto fomente el crecimiento del fitoplancton y la fotosíntesis para eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera. Los mecanismos propuestos actuales incluyen usando tuberías verticales y bombas para sacar agua desde el fondo del océano hasta la superficie.

La promesa:

Se propone el afloramiento y el afloramiento artificiales como la mejora de un sistema natural. Este movimiento planificado del agua puede ayudar a evitar los efectos secundarios del aumento del crecimiento del fitoplancton, como las zonas bajas de oxígeno y el exceso de nutrientes al aumentar la mezcla del océano. En regiones más cálidas, este método puede ayudar a enfriar las temperaturas de la superficie y blanqueamiento lento de corales. 

La amenaza:

Este método de mezcla artificial ha visto experimentos limitados y pruebas de campo enfocadas en pequeñas escalas y por períodos de tiempo limitados. Las primeras investigaciones indican que, en general, el afloramiento artificial y el afloramiento descendente tienen un potencial de CDR bajo y proporcionar secuestro temporal de dióxido de carbono. Este almacenamiento temporal es el resultado del ciclo de afloramiento y afloramiento. Es probable que cualquier dióxido de carbono que se mueva hacia el fondo del océano a través de la corriente descendente surja en algún otro momento. Además, este método también ve el potencial de un riesgo de terminación. Si la bomba artificial falla, se suspende o carece de fondos, el aumento de nutrientes y dióxido de carbono en la superficie puede aumentar las concentraciones de metano y óxido nitroso, así como la acidificación del océano. El mecanismo propuesto actual para la mezcla artificial del océano requiere un sistema de tuberías, bombas y un suministro de energía externo. Es probable que la instalación de estas tuberías requiera barcos, fuente eficiente de energía, y mantenimiento. 

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Ocean CDR a través de métodos mecánicos y químicos

El CDR oceánico mecánico y químico interviene con los procesos naturales, con el objetivo de utilizar la tecnología para alterar un sistema natural. Actualmente, la extracción de carbono del agua de mar predomina en la conversación de CDR oceánica mecánica y química, pero otros métodos como el afloramiento y el afloramiento artificiales, discutidos anteriormente, también podrían entrar en esta categoría.

La extracción de carbono de agua de mar, o CDR electroquímica, tiene como objetivo eliminar el dióxido de carbono en el agua del océano y almacenarlo en otro lugar, operando con principios similares a la captura y almacenamiento directos de dióxido de carbono en el aire. Los métodos propuestos incluyen el uso de procesos electroquímicos para recolectar una forma gaseosa de dióxido de carbono del agua de mar y almacenar ese gas en forma sólida o líquida en una formación geológica o en sedimentos oceánicos.

La promesa:

Se espera que este método para eliminar el dióxido de carbono del agua del océano permita que el océano absorba más dióxido de carbono atmosférico a través de procesos naturales. Los estudios sobre CDR electroquímicos han indicado que con una fuente de energía renovable, este método podría ser energéticamente eficiente. Además, se espera que la eliminación del dióxido de carbono del agua de los océanos revertir o detener la acidificación de los océanos. 

La amenaza:

Los primeros estudios sobre la extracción de carbono del agua de mar han probado el concepto principalmente en experimentos de laboratorio. Como resultado, la aplicación comercial de este método sigue siendo muy teórica y potencialmente energía intensiva. La investigación también se ha centrado principalmente en la capacidad química del dióxido de carbono para eliminarse del agua de mar, con poca investigación sobre los riesgos ambientales. Las preocupaciones actuales incluyen incertidumbres sobre los cambios en el equilibrio del ecosistema local y el impacto que este proceso puede tener en la vida marina.

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¿Hay un camino a seguir para los CDR oceánicos?

Muchos proyectos de CDR de océanos naturales, como la restauración y protección de los ecosistemas costeros, están respaldados por cobeneficios positivos investigados y conocidos para el medio ambiente y las comunidades locales. Todavía se necesita investigación adicional para comprender la cantidad y el tiempo que se puede almacenar el carbono a través de estos proyectos, pero los beneficios colaterales son claros. Sin embargo, más allá de la CDR oceánica natural, la CDR oceánica natural, mecánica y química mejorada tiene desventajas identificables que deben considerarse cuidadosamente antes de implementar cualquier proyecto a gran escala. 

Todos somos partes interesadas en el planeta y nos veremos afectados por los proyectos de geoingeniería climática, así como por el cambio climático. Los tomadores de decisiones, los formuladores de políticas, los inversionistas, los votantes y todas las partes interesadas son clave para determinar si el riesgo de un método de geoingeniería climática supera el riesgo de otro método o incluso el riesgo del cambio climático. Los métodos Ocean CDR pueden ayudar a reducir el dióxido de carbono atmosférico, pero solo deben considerarse además de la reducción directa de las emisiones de dióxido de carbono.