Suures sinises lõksus: ookeani süsinikdioksiidi eemaldamine

Kliimageoinseneri lõhkumine: 2. osa

1. osa: lõputud tundmatud
3. osa: päikesekiirguse muutmine
4. osa: eetika, võrdsuse ja õigluse arvestamine

Süsinikdioksiidi eemaldamine (CDR) on kliimageoinseneri vorm, mille eesmärk on süsinikdioksiidi eemaldamine atmosfäärist. CDR on suunatud kasvuhoonegaaside heitkoguste mõjule, vähendades ja eemaldades atmosfääri süsinikdioksiidi pikaajalise ja lühiajalise ladustamise kaudu. CDR-i võib pidada maismaal või ookeanipõhiseks, olenevalt gaasi kogumiseks ja säilitamiseks kasutatavast materjalist ja süsteemidest. Nendes vestlustes on ülekaalus olnud rõhk maismaal asuval CDR-il, kuid huvi ookeanide CDR-i rakendamise vastu kasvab, pöörates tähelepanu täiustatud looduslikele, mehaanilistele ja keemiaprojektidele.

---

Looduslikud süsteemid juba eemaldavad atmosfäärist süsinikdioksiidi

Ookean on looduslik süsiniku neeldaja, hõivab 25% atmosfääri süsinikdioksiidist ja 90% maakera liigsest soojusest looduslike protsesside kaudu, nagu fotosüntees ja neeldumine. Need süsteemid on aidanud säilitada globaalset temperatuuri, kuid on fossiilkütuste heitkoguste tõttu atmosfääri süsinikdioksiidi ja muude kasvuhoonegaaside suurenemise tõttu ülekoormatud. See suurenenud omastamine on hakanud mõjutama ookeani keemiat, põhjustades ookeanide hapestumist, bioloogilise mitmekesisuse vähenemist ja uusi ökosüsteemi mustreid. Bioloogilise mitmekesisuse ja ökosüsteemide taastamine koos fossiilkütuste vähendamisega tugevdab planeeti kliimamuutuste vastu.

Süsinikdioksiidi eemaldamine uute taimede ja puude kasvu kaudu võib toimuda nii maal kui ka ookeani ökosüsteemides. Metsastamine on uute metsade loomine või ookeanide ökosüsteeme, nagu mangroovid, piirkondades, kus ajalooliselt selliseid taimi pole olnud, samas kui metsa uuendamise eesmärk on taasasustage puid ja muid taimi kohtades, mis on muudetud muuks otstarbeks, nagu põllumaa, kaevandamine või arendus, või pärast reostusest tingitud kadu.

Merepraht, plastik ja veereostus on otseselt kaasa aidanud enamikule mererohu ja mangroovide kadudele. The Puhta vee seadus Ameerika Ühendriikides ja muud jõupingutused on aidanud sellist reostust vähendada ja võimaldada metsa uuendamist. Neid termineid on üldiselt kasutatud maismaal asuvate metsade kirjeldamiseks, kuid need võivad hõlmata ka ookeanipõhiseid ökosüsteeme, nagu mangroovid, mererohud, soolased sood või merevetikad.

Lubadus:

Puud, mangroovid, mererohud ja sarnased taimed on süsiniku neeldajad, kasutades ja eraldades süsinikdioksiidi loomulikult fotosünteesi kaudu. Ookeani CDR tõstab sageli esile "sinise süsiniku" või ookeanis eraldatud süsinikdioksiidi. Üks tõhusamaid sinise süsiniku ökosüsteeme on mangroovid, mis seovad süsinikku oma kooresse, juurestikusse ja pinnasesse, säilitades kuni 10 korda rohkem süsinikku kui metsad maismaal. Mangroovid pakuvad palju keskkonna kaaskasu kohalikele kogukondadele ja ranniku ökosüsteemidele, vältides pikaajalist degradatsiooni ja erosiooni ning vähendades tormide ja lainete mõju rannikule. Mangroovimetsad loovad elupaiku ka erinevatele maismaa-, vee- ja lindudele taime juurestikus ja okstes. Selliseid projekte saab ka kasutada otse vastupidine metsade raadamise või tormide tagajärjed, rannajoone ja puu- ja taimekatte kaotanud maa taastamine.

Oht:

Nende projektidega kaasnevad riskid tulenevad looduslikult eraldatud süsinikdioksiidi ajutisest ladustamisest. Kuna rannikualade maakasutus muutub ja ookeanide ökosüsteeme häiritakse arengu, reisimise, tööstuse või tormide tugevnemise tõttu, paiskub pinnasesse kogunenud süsinik ookeanivette ja atmosfääri. Need projektid on samuti altid bioloogilise mitmekesisuse ja geneetilise mitmekesisuse kadu kiiresti kasvavate liikide kasuks, suurendades haiguste ja suurte väljasuremise riski. Restaureerimisprojektid võib olla energiamahukas ja vajavad transpordiks fossiilkütuseid ja hoolduseks masinaid. Ranniku ökosüsteemide taastamine nende looduspõhiste lahenduste abil ilma kohalike kogukondadega asjakohaselt arvestamata võib kaasa tuua maa hõivamise ja ebasoodsas olukorras olevad kogukonnad, kes on kliimamuutustesse kõige vähem panustanud. Tugevad kogukonnasuhted ja sidusrühmade kaasamine põlisrahvaste ja kohalike kogukondadega on võtmetähtsusega võrdsuse ja õigluse tagamisel looduslike ookeanide CDR-i jõupingutustes.

Merevetikate kasvatamise eesmärk on istutada pruunvetikaid ja makrovetikaid, et filtreerida veest süsihappegaasi ja säilitab seda fotosünteesi teel biomassis. Seda süsinikurikast merevetikat saab seejärel kasvatada ja kasutada toodetes või toidus või uputada ookeani põhja ja eraldada.

Lubadus:

Merevetikad ja sarnased suured ookeanitaimed kasvavad kiiresti ja neid leidub kogu maailma piirkondades. Võrreldes metsastamise või taasmetsastamise jõupingutustega ei ole merevetikate ookeaniline elupaik vastuvõtlik tulekahjudele, tungimisele ega muudele maismaametsadele avalduvatele ohtudele. Merevetikate sekvestrid suures koguses süsinikdioksiidi ja sellel on pärast kasvu mitmesuguseid kasutusviise. Veepõhise süsinikdioksiidi eemaldamise kaudu võivad merevetikad aidata piirkondadel võidelda ookeanide hapestumise ja pakkuda hapnikurikkaid elupaiku ookeani ökosüsteemide jaoks. Lisaks nendele keskkonnavõitudele on merevetikatel ka kliimaga kohanemise eelised kaitsta rannikut erosiooni eest laineenergia summutamise teel. 

Oht:

Merevetikate süsiniku kogumine erineb teistest sinise majandusega CDR-i protsessidest, kus taim salvestab CO₂ oma biomassis, selle asemel, et seda settesse üle kanda. Selle tulemusena CO₂ merevetikate eemaldamise ja säilitamise potentsiaal on taime poolt piiratud. Metsikute vetikate kodustamine merevetikate kasvatamise kaudu võib vähendada taime geneetilist mitmekesisust, suurendades haiguste ja suurte välja suremiste võimalust. Lisaks hõlmavad praegused merevetikate kasvatamise meetodid taimede kasvatamist vees tehismaterjalil, nagu köis, ja madalas vees. See võib takistada valguse ja toitainete sattumist vetikate alla jäävatesse elupaikadesse ning kahjustada neid ökosüsteeme kaasa arvatud takerdumised. Merevetikad ise on samuti haavatavad veekvaliteedi probleemide ja röövloomade tõttu. Praegu eeldavad suured projektid, mille eesmärk on uputada merevetikad ookeani uputage köis või tehismaterjal samuti, mis võib merevetikate uppumisel reostada vett. Seda tüüpi projektide puhul eeldatakse ka kulupiiranguid, mis piiravad skaleeritavust. Vaja on täiendavaid uuringuid et teha kindlaks parim viis vetikate kasvatamiseks ja saada kasulikke lubadusi, minimeerides samal ajal eeldatavaid ohte ja soovimatuid tagajärgi.

Üldiselt on ookeani- ja rannikuökosüsteemide taastumise eesmärk mangroovide, mereheinade, soode ökosüsteemide ja vetikate kasvatamise kaudu suurendada ja taastada Maa looduslike süsteemide võimet töödelda ja säilitada atmosfääri süsinikdioksiidi. Kliimamuutustest tulenev bioloogilise mitmekesisuse vähenemine lisandub inimtegevusest (nt metsade raadamisest) tingitud bioloogilise mitmekesisuse vähenemisele, mis vähendab Maa vastupanuvõimet kliimamuutustele. 

2018. aastal teatas valitsustevaheline bioloogilise mitmekesisuse ja ökosüsteemiteenuste teaduspoliitika platvorm (IPBES), et kaks kolmandikku ookeanide ökosüsteemidest on kahjustatud, halvenenud või muudetud. See arv suureneb koos merepinna tõusu, ookeanide hapestumise, süvamerepõhja kaevandamise ja inimtekkeliste kliimamuutuste mõjudega. Looduslikud süsinikdioksiidi eemaldamise meetodid saavad kasu bioloogilise mitmekesisuse suurendamisest ja ökosüsteemide taastamisest. Merevetikate kasvatamine on kasvav uurimisvaldkond, mis tooks kasu sihipärasest uurimistööst. Ookeani ökosüsteemide läbimõeldud taastamisel ja kaitsmisel on vahetu potentsiaal leevendada kliimamuutuste mõju heitkoguste vähendamise ja kaashüvede kaudu.

---

Looduslike ookeaniprotsesside tõhustamine kliimamuutuste leevendamiseks

Lisaks looduslikele protsessidele uurivad teadlased loodusliku süsinikdioksiidi eemaldamise tõhustamise meetodeid, soodustades ookeani süsinikdioksiidi omastamist. Sellesse looduslike protsesside tõhustamise kategooriasse kuuluvad kolm ookeanikliima geoinseneri projekti: ookeani leeliselisuse suurendamine, toitainetega väetamine ning kunstlik üles- ja allavoolu. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) on CDR-meetod, mille eesmärk on eemaldada ookeanist süsinikdioksiid, kiirendades mineraalide looduslikke ilmastikureaktsioone. Need ilmastikureaktsioonid kasutavad süsinikdioksiidi ja loovad tahke materjali. Praegused OAE tehnikad süsinikdioksiidi püüdmine leeliseliste kivimitega, st lubja või oliviiniga, või elektrokeemilise protsessi abil.

Lubadus:

Põhineb looduslikud kivimite murenemisprotsessid, OAE on skaleeritav ja pakub püsivat meetodit süsinikdioksiidi eemaldamisest. Gaasi ja mineraali vaheline reaktsioon tekitab eeldatavasti ladestusi suurendada ookeani puhverdusvõimet, mis omakorda vähendab ookeanide hapestumist. Maavarade suurenemine ookeanis võib samuti suurendada ookeanide tootlikkust.

Oht:

Ilmastikureaktsiooni edukus sõltub mineraalide kättesaadavusest ja jaotumisest. Mineraalide ebaühtlane jaotus ja piirkondlikud tundlikkused süsinikdioksiidi vähenemine võib ookeanikeskkonda negatiivselt mõjutada. Lisaks on OAE jaoks vajalik mineraalide kogus kõige tõenäolisem hangitud maapealsetest kaevandustest, ning kasutamiseks tuleb need rannikualadesse transportida. Ookeani leeliselisuse suurendamine muudab ka ookeani pH-d mõjutada bioloogilisi protsesse. Ookeani aluselisuse suurendamine on pole näinud nii palju välikatseid ega nii palju uuringuid kui maismaal põhinevat ilmastikumõju, ja selle meetodi mõjud on paremini tuntud maismaa ilmastikuolude puhul. 

Toitainetega väetamine teeb ettepaneku lisada ookeani rauda ja muid toitaineid, et soodustada fütoplanktoni kasvu. Kasutades ära looduslikku protsessi, neelab fütoplankton kergesti atmosfääri süsinikdioksiidi ja vajub ookeani põhja. 2008. aastal ÜRO bioloogilise mitmekesisuse konventsiooni riigid nõustus ettevaatusabinõuga moratooriumiga tavade kohta, mis võimaldavad teadusringkondadel paremini mõista selliste projektide plusse ja miinuseid.

Lubadus:

Lisaks atmosfääri süsinikdioksiidi eemaldamisele võib toitainetega väetamine ajutiselt vähendada ookeanide hapestumist ja suurendada kalavarusid. Fütoplankton on toiduallikaks paljudele kaladele ning toidu kättesaadavuse suurenemine võib projektide läbiviimise piirkondades kalade hulka suurendada. 

Oht:

Uuringud on endiselt piiratud toitainetega väetamise ja ära tunda palju tundmatut selle CDR-meetodi pikaajaliste mõjude, kaasnevate eeliste ja püsivuse kohta. Toitainetega väetamise projektid võivad nõuda suures koguses materjale raua, fosfori ja lämmastiku kujul. Nende materjalide hankimine võib nõuda täiendavat kaevandamist, tootmist ja transporti. See võib nullida positiivse CDR-i mõju ja kahjustada teisi planeedi ökosüsteeme kaevandamise tõttu. Lisaks võib fütoplanktoni kasv põhjustada kahjustab vetikate õitsemist, vähendab hapnikusisaldust ookeanis ja suurendab metaani tootmist, kasvuhoonegaas, mis püüab kinni süsinikdioksiidiga võrreldes 10 korda rohkem soojust.

Ookeani loomulik segunemine üles- ja allavoolu kaudu toob vee pinnalt setetesse, jaotades temperatuuri ja toitained ookeani erinevatesse piirkondadesse. Kunstlik üles- ja allavool eesmärk on kasutada füüsilist mehhanismi selle segunemise kiirendamiseks ja soodustamiseks, suurendades ookeanivee segunemist, et tuua süsihappegaasirikast pinnavett sügavasse ookeani, ja pinnale külm toitaineterikas vesi. Eeldatakse, et see soodustab fütoplanktoni kasvu ja fotosünteesi, et eemaldada atmosfäärist süsinikdioksiid. Praegused kavandatavad mehhanismid hõlmavad järgmist vertikaalsete torude ja pumpade kasutamine et tõmmata vett ookeani põhjast tippu.

Lubadus:

Loodusliku süsteemi täiustamiseks pakutakse kunstlikku üles- ja allavoolu. Selline kavandatud vee liikumine võib aidata vältida fütoplanktoni suurenenud kasvu kõrvalmõjusid, nagu hapnikuvaesed tsoonid ja liigsed toitained, suurendades ookeanide segunemist. Soojemates piirkondades võib see meetod aidata jahutada pinnatemperatuure ja korallide aeglane pleegitamine. 

Oht:

Selle kunstliku segamise meetodiga on tehtud piiratud katseid ja välikatseid, mis on keskendunud väikestele skaaladele ja piiratud ajaperioodidele. Varased uuringud näitavad, et üldiselt on kunstlikul üles- ja allavoolul madal CDR potentsiaal ja pakkuda ajutist sekvestreerimist süsinikdioksiidist. See ajutine ladustamine on üles- ja allavoolu tsükli tulemus. Süsinikdioksiid, mis liigub allavoolu kaudu ookeani põhja, tõuseb tõenäoliselt mõnel muul ajahetkel. Lisaks näeb see meetod potentsiaalset lõpetamisriski. Kui tehispump ebaõnnestub, selle tootmine katkestatakse või puudub rahastamine, võib toitainete ja süsinikdioksiidi suurenemine pinnal suurendada metaani ja dilämmastikoksiidi kontsentratsiooni ning ookeanide hapestumist. Praegune kavandatud ookeanide kunstliku segamise mehhanism nõuab torusüsteemi, pumpasid ja välist energiavarustust. Tõenäoliselt nõuab nende torude paigaldamine laevad, tõhus energiaallikas ja hooldus. 

---

Ookeani CDR mehaaniliste ja keemiliste meetodite abil

Ookeani mehaaniline ja keemiline CDR sekkub looduslikesse protsessidesse, mille eesmärk on kasutada tehnoloogiat loodusliku süsteemi muutmiseks. Praegu domineerib mehaanilise ja keemilise ookeani CDR-i vestluses merevee süsiniku ekstraheerimine, kuid sellesse kategooriasse võivad kuuluda ka muud ülalpool käsitletud meetodid, nagu kunstlik üles- ja allavoolu.

Seawater Carbon Extraction ehk elektrokeemiline CDR eesmärk on eemaldada süsinikdioksiid ookeaniveest ja säilitada see mujal, toimides sarnastel põhimõtetel, et suunata õhu süsinikdioksiidi kogumist ja säilitamist. Kavandatud meetodid hõlmavad elektrokeemiliste protsesside kasutamist süsinikdioksiidi gaasilise vormi kogumiseks mereveest ja selle gaasi säilitamiseks tahkel või vedelal kujul geoloogilises formatsioonis või ookeani settes.

Lubadus:

Eeldatakse, et see meetod süsinikdioksiidi eemaldamiseks ookeaniveest võimaldab ookeanil looduslike protsesside kaudu omastada rohkem atmosfääri süsinikdioksiidi. Elektrokeemilise CDR-i uuringud on näidanud, et taastuvenergiaallika puhul on see meetod võiks olla energiasäästlik. Süsinikdioksiidi eemaldamine ookeaniveest eeldatakse veelgi ookeani hapestumist tagasi pöörata või peatada. 

Oht:

Varasemad uuringud merevee süsiniku ekstraheerimise kohta on seda kontseptsiooni peamiselt katsetanud laboripõhistes katsetes. Selle tulemusena jääb selle meetodi kaubanduslik rakendamine väga teoreetiliseks ja potentsiaalseks energiamahukas. Teadusuuringud on samuti keskendunud peamiselt süsinikdioksiidi keemilisele võimele mereveest eemaldada, koos vähe uuritud keskkonnariskide kohta. Praegused mured hõlmavad ebakindlust kohalike ökosüsteemide tasakaalu muutuste ja selle protsessi mõju kohta mereelustikule.

---

Kas ookeanide CDR-i jaoks on tee edasi?

Paljusid looduslikke ookeanide CDR-projekte, nagu rannikuökosüsteemide taastamine ja kaitsmine, toetavad uuritud ja teadaolevad positiivsed kaashüved keskkonnale ja kohalikele kogukondadele. Veel on vaja täiendavaid uuringuid, et mõista, kui palju ja kui kaua süsinikku nende projektide kaudu saab säilitada, kuid kaaskasu on selge. Lisaks looduslikule ookeani CDR-ile on täiustatud looduslikel, mehaanilistel ja keemilistel ookeanide CDR-il siiski tuvastatavad puudused, mida tuleks enne mis tahes suuremahulise projekti rakendamist hoolikalt kaaluda. 

Oleme kõik planeedi sidusrühmad ja meid mõjutavad nii kliima geoinseneri projektid kui ka kliimamuutused. Otsustajad, poliitikakujundajad, investorid, valijad ja kõik sidusrühmad on võtmetähtsusega selle kindlakstegemisel, kas ühe kliimageoinseneri meetodi risk kaalub üles teise meetodi või isegi kliimamuutuste riski. Ookeani CDR-meetodid võivad aidata vähendada atmosfääri süsinikdioksiidi, kuid neid tuleks kaaluda ainult lisaks süsinikdioksiidi heitkoguste otsesele vähendamisele.