Loukkuun Big Blue: Valtameren hiilidioksidin poisto

Ilmaston geotekniikan hajottaminen: Osa 2

Osa 1: Loputtomat tuntemattomat
Osa 3: Auringon säteilyn muutos
Osa 4: Etiikka, tasa-arvo ja oikeudenmukaisuus

Hiilidioksidin poisto (CDR) on ilmastogeotekniikan muoto, jolla pyritään poistamaan hiilidioksidia ilmakehästä. CDR tähtää kasvihuonekaasupäästöjen vaikutuksiin vähentämällä ja poistamalla ilmakehän hiilidioksidia pitkän ja lyhytaikaisen varastoinnin kautta. CDR voidaan katsoa maa- tai valtameripohjaiseksi riippuen kaasun talteenottamiseen ja varastointiin käytetystä materiaalista ja järjestelmistä. Maalla tapahtuvan CDR:n korostaminen on ollut hallitseva näissä keskusteluissa, mutta kiinnostus valtamerten CDR:n hyödyntämiseen on lisääntymässä, ja huomio kiinnitetään tehostettuihin luonnon- ja mekaanisiin ja kemiallisiin hankkeisiin.

---

Luonnolliset järjestelmät poistavat jo hiilidioksidia ilmakehästä

Meri on luonnollinen hiilinielu, vangitsee 25 % ilmakehän hiilidioksidista ja 90 % maapallon ylimääräisestä lämmöstä luonnollisten prosessien, kuten fotosynteesin ja absorption, kautta. Nämä järjestelmät ovat auttaneet ylläpitämään maapallon lämpötilaa, mutta ne ovat ylikuormittumassa ilmakehän hiilidioksidin ja muiden fossiilisten polttoaineiden päästöjen aiheuttamien kasvihuonekaasujen lisääntymisen vuoksi. Tämä lisääntynyt imeytyminen on alkanut vaikuttaa valtamerten kemiaan aiheuttaen valtamerten happamoitumista, biologisen monimuotoisuuden vähenemistä ja uusia ekosysteemimalleja. Biologisen monimuotoisuuden ja ekosysteemien uudelleenrakentaminen yhdistettynä fossiilisten polttoaineiden vähentämiseen vahvistaa planeettaamme ilmastonmuutosta vastaan.

Hiilidioksidin poistumista uusien kasvien ja puiden kasvun kautta voi tapahtua sekä maalla että valtamerten ekosysteemeissä. Metsitys on uusien metsien luomiseen tai valtamerten ekosysteemejä, kuten mangrovemetsiä, alueilla, joilla ei ole historiallisesti ollut tällaisia ​​kasveja, kun taas metsänistutuksella pyritään istuttaa puita ja muita kasveja uudelleen paikoissa, jotka on muutettu muuhun käyttöön, kuten viljelysmaahan, kaivostoimintaan tai rakentamiseen, tai saastumisen vuoksi.

Meren roskat, muovi ja veden saastuminen ovat suoraan vaikuttaneet useimpiin meriruoho- ja mangrovepuuhun. The Puhtaan veden laki Yhdysvalloissa, ja muut toimet ovat pyrkineet vähentämään tällaista saastumista ja mahdollistamaan metsänistutuksen. Näitä termejä on yleisesti käytetty kuvaamaan maaperäisiä metsiä, mutta ne voivat sisältää myös valtameripohjaisia ​​ekosysteemejä, kuten mangrovemetsiä, meriruohoja, suot tai merilevää.

Lupaus:

Puut, mangrovepuut, meriheinät ja vastaavat kasvit ovat hiilinielut, käyttää ja sitoa hiilidioksidia luonnollisesti fotosynteesin kautta. Ocean CDR korostaa usein "sinistä hiiltä" tai valtamereen sitoutunutta hiilidioksidia. Yksi tehokkaimmista sinisen hiilen ekosysteemeistä on mangrovepuut, jotka sitovat hiiltä kuoreen, juurijärjestelmään ja maaperään ja varastoivat jopa 10-kertaa enemmän hiiltä kuin maan metsiä. Mangrovepuut tarjoavat lukuisia ympäristön sivuhyötyjä paikallisille yhteisöille ja rannikkoekosysteemeille, ehkäisemällä pitkäaikaista rappeutumista ja eroosiota sekä lieventämällä myrskyjen ja aaltojen vaikutuksia rannikolla. Mangrovemetsät luovat myös elinympäristöjä erilaisille maa-, vesi- ja lintueläimille kasvin juuristossa ja oksissa. Tällaisia ​​projekteja voidaan myös käyttää suoraan päinvastoin metsien hävittämisen tai myrskyjen vaikutukset, rannikoiden ja puu- ja kasvipeitteen menettäneen maan ennallistaminen.

Uhka:

Näihin hankkeisiin liittyvät riskit johtuvat luonnollisesti sitoutuneen hiilidioksidin väliaikaisesta varastoinnista. Rannikkoalueiden maankäytön muuttuessa ja valtamerten ekosysteemejä häiriintyessä kehityksen, matkustamisen, teollisuuden tai myrskyjen voimistuessa maaperään varastoitunutta hiiltä vapautuu meriveteen ja ilmakehään. Nämä hankkeet ovat myös alttiita biologinen monimuotoisuus ja geneettisen monimuotoisuuden häviäminen nopeasti kasvavien lajien hyväksi, mikä lisää sairauksien ja suurten kuolleiden riskiä. Kunnostusprojektit voi olla energiaintensiivinen ja vaativat fossiilisia polttoaineita kuljetuksiin ja koneita kunnossapitoon. Rannikkoekosysteemien ennallistaminen näiden luontopohjaisten ratkaisujen avulla ilman paikallisten yhteisöjen asianmukaista huomioimista voi johtaa maan ryöstöihin ja heikentää yhteisöjä, jotka ovat vähiten vaikuttaneet ilmastonmuutokseen. Vahvat yhteisölliset suhteet ja sidosryhmien sitoutuminen alkuperäiskansoihin ja paikallisiin yhteisöihin ovat avainasemassa tasapuolisuuden ja oikeudenmukaisuuden varmistamisessa luonnollisissa valtamerien CDR-toimissa.

Seaweed Cultivationin tavoitteena on istuttaa rakkoleviä ja makroleviä suodattamaan hiilidioksidia vedestä ja varastoida sitä biomassaan fotosynteesin avulla. Tätä hiilipitoista merilevää voidaan sitten viljellä ja käyttää tuotteissa tai elintarvikkeissa tai upottaa valtameren pohjaan ja eristää.

Lupaus:

Merilevä ja vastaavat suuret valtamerikasvit kasvavat nopeasti ja ovat läsnä alueilla ympäri maailmaa. Verrattuna metsitykseen tai uudelleenmetsittämiseen merilevän valtameren elinympäristö tekee siitä alttiita tulipaloille, tunkeutumiselle tai muille maametsien uhille. Merilevän sekvestoijat suuria määriä hiilidioksidia ja sillä on useita käyttötarkoituksia kasvun jälkeen. Poistamalla vesipohjaista hiilidioksidia merilevä voi auttaa alueita torjumaan valtamerten happamoitumista ja tarjoavat happipitoisia elinympäristöjä valtamerten ekosysteemeille. Näiden ympäristövoittojen lisäksi merilevällä on myös ilmastoon sopeutumiseen liittyviä etuja suojella rannikkoa eroosiolta vaimentamalla aaltoenergiaa. 

Uhka:

Merilevän hiilen talteenotto eroaa muista sinisen talouden CDR-prosesseista, ja kasvi varastoi hiilidioksidia₂ sen biomassassa sen sijaan, että se siirrettäisiin sedimenttiin. Tämän seurauksena CO₂ Kasvi rajoittaa merilevän poisto- ja varastointimahdollisuuksia. Luonnonvaraisten merilevien kesyttäminen merilevän viljelyn avulla voi vähentää kasvin geneettistä monimuotoisuutta, mikä lisää sairauksien ja suurten kuolleiden riskiä. Lisäksi nykyisiin ehdotettuihin merilevän viljelymenetelmiin kuuluu kasvien kasvattaminen vedessä keinotekoisella materiaalilla, kuten köydellä, ja matalissa vesissä. Tämä voi estää valon ja ravinteiden pääsyn merilevän alapuolella olevien vesien elinympäristöihin ja vahingoittaa näitä ekosysteemejä. mukaan lukien sotkeutumiset. Merilevä itsessään on myös alttiina hajoamiselle veden laatuongelmien ja saalistusten vuoksi. Suuret hankkeet, joiden tarkoituksena on upottaa merilevä mereen, odottavat tällä hetkellä upota köysi tai keinotekoinen materiaali myös mahdollisesti saastuttaa vettä, kun merilevä uppoaa. Tämäntyyppisissä projekteissa on myös odotettavissa kustannusrajoitteita, mikä rajoittaa skaalautuvuutta. Tarvitaan lisää tutkimusta määrittääksesi parhaan tavan viljellä merilevää ja saada hyödyllisiä lupauksia samalla minimoiden odotettavissa olevat uhat ja tahattomat seuraukset.

Kaiken kaikkiaan valtamerten ja rannikkoekosysteemien elpyminen mangrove-, meriheinä-, suolaekosysteemien ja merilevän viljelyn avulla pyrkii lisäämään ja palauttamaan maapallon luonnollisten järjestelmien kykyä käsitellä ja varastoida ilmakehän hiilidioksidia. Ilmastonmuutoksen aiheuttamaan biologisen monimuotoisuuden vähenemiseen liittyy ihmisen toimien, kuten metsien häviämisen, aiheuttaman biologisen monimuotoisuuden väheneminen, mikä heikentää maapallon sietokykyä ilmastonmuutokselle. 

Vuonna 2018 hallitustenvälinen biologista monimuotoisuutta ja ekosysteemipalveluja käsittelevä tiedepoliittinen foorumi (IPBES) raportoi, että kaksi kolmasosaa valtamerten ekosysteemeistä ovat vaurioituneet, huonontuneet tai muuttuneet. Tämä määrä kasvaa merenpinnan nousun, valtamerten happamoitumisen, syvänmerenpohjan kaivostoiminnan ja ihmisen aiheuttamien ilmastonmuutosvaikutusten myötä. Luonnolliset hiilidioksidin poistomenetelmät hyötyvät biologisen monimuotoisuuden lisäämisestä ja ekosysteemien ennallistamisesta. Merilevän viljely on kasvava tutkimusalue, joka hyötyisi kohdistetusta tutkimuksesta. Meriekosysteemien harkitulla ennallistamisella ja suojelulla on välitöntä potentiaalia lieventää ilmastonmuutoksen vaikutuksia päästöjen vähentämisellä ja sivuhyötyillä.

---

Valtamerien luonnollisten prosessien tehostaminen ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi

Luonnollisten prosessien lisäksi tutkijat tutkivat menetelmiä, joilla tehostetaan luonnollista hiilidioksidin poistoa, mikä edistää valtamerten hiilidioksidin ottoa. Kolme valtameren ilmaston geoinsinööriprojektia kuuluu tähän luontaisten prosessien tehostamiseen tähtäävään luokkaan: valtameren alkalisuuden lisääminen, ravinnelannoitus sekä keinotekoinen nousu- ja alasvirtaus. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) on CDR-menetelmä, jonka tarkoituksena on poistaa valtameren hiilidioksidia kiihdyttämällä mineraalien luonnollisia sääreaktioita. Näissä sääreaktioissa käytetään hiilidioksidia ja syntyy kiinteää materiaalia. Nykyiset OAE-tekniikat hiilidioksidin talteenotto emäksisellä kivellä, kuten kalkilla tai oliviinilla, tai sähkökemiallisella prosessilla.

Lupaus:

Perustuu luonnolliset kiven rapautumisprosessit, OAE on skaalautuva ja tarjoaa pysyvän menetelmän hiilidioksidin poistamisesta. Kaasun ja mineraalin välinen reaktio synnyttää kerrostumia, joita odotetaan muodostuvan lisätä valtameren puskurointikykyä, mikä puolestaan ​​vähentää valtamerten happamoitumista. Myös valtamerten mineraaliesiintymien lisääntyminen voi lisätä valtamerten tuottavuutta.

Uhka:

Sääreaktion onnistuminen riippuu mineraalien saatavuudesta ja jakautumisesta. Mineraalien epätasainen jakautuminen ja alueelliset herkkyydet Hiilidioksidin väheneminen voi vaikuttaa haitallisesti valtamerien ympäristöön. Lisäksi OAE:lle tarvittavien mineraalien määrä on todennäköisimmin hankittu maakaivoksista, ja se vaatii kuljetuksen rannikkoalueille käyttöä varten. Meren alkalisuuden lisääminen muuttaa myös valtamerten pH:ta vaikuttaa biologisiin prosesseihin. Valtameren alkaliteetin parantaminen on ei ole nähty niin paljon kenttäkokeita tai tutkimusta maaperäisen sään vaikutuksesta, ja tämän menetelmän vaikutukset tunnetaan paremmin maalla tapahtuvan sään vaikutuksesta. 

Ravinteiden lannoitus ehdottaa raudan ja muiden ravinteiden lisäämistä valtamereen kasviplanktonin kasvun edistämiseksi. Luonnollista prosessia hyödyntäen kasviplankton imee helposti ilmakehän hiilidioksidia ja uppoaa valtameren pohjaan. Vuonna 2008 valtiot YK:n biologista monimuotoisuutta koskevassa yleissopimuksessa suostui ennaltaehkäisevään moratorioon käytännöstä, jotta tiedeyhteisö voi ymmärtää paremmin tällaisten hankkeiden edut ja haitat.

Lupaus:

Ilmakehän hiilidioksidin poistamisen lisäksi ravinnelannoitus voi vähentää väliaikaisesti valtamerten happamoitumista ja kasvattaa kalakantoja. Kasviplankton on monien kalojen ravinnonlähde, ja ravinnon lisääntyminen voi lisätä kalamäärää hankkeiden toteutusalueilla. 

Uhka:

Ravinnelannoitustutkimukset ovat edelleen rajallisia tunnistaa monet tuntemattomat tämän CDR-menetelmän pitkän aikavälin vaikutuksista, sivuhyödyistä ja pysyvyydestä. Ravinnelannoitusprojektit voivat vaatia suuria määriä materiaaleja raudan, fosforin ja typen muodossa. Näiden materiaalien hankinta voi vaatia lisää louhintaa, tuotantoa ja kuljetusta. Tämä voisi tehdä tyhjäksi positiivisen CDR:n vaikutuksen ja vahingoittaa planeetan muita ekosysteemejä kaivoslouhinnan vuoksi. Lisäksi kasviplanktonin kasvu voi johtaa haitallisia leväkukintoja, vähentävät valtameren happea ja lisäävät metaanin tuotantoa, kasvihuonekaasu, joka vangitsee 10 kertaa enemmän lämpöä kuin hiilidioksidi.

Meren luonnollinen sekoittuminen nousun ja laskun kautta tuo veden pinnalta sedimenttiin jakaen lämpötilan ja ravinteet valtameren eri alueille. Keinotekoinen upwelling ja downwelling pyrkii käyttämään fyysistä mekanismia nopeuttamaan ja edistämään tätä sekoittumista, lisäämällä valtameriveden sekoittumista hiilidioksidipitoisen pintaveden tuomiseksi syvään valtamereen, ja kylmää, ravinteikasta vettä pintaan. Tämän odotetaan edistävän kasviplanktonin kasvua ja fotosynteesiä hiilidioksidin poistamiseksi ilmakehästä. Nykyisiä ehdotettuja mekanismeja ovat mm käyttämällä pystysuoraa putkia ja pumppuja vetää vettä valtameren pohjasta huipulle.

Lupaus:

Keinotekoista ylös- ja alavirtausta ehdotetaan luonnollisen järjestelmän tehostamiseksi. Tämä suunniteltu veden liike voi auttaa välttämään lisääntyneen kasviplanktonin kasvun sivuvaikutuksia, kuten vähähappivyöhykkeitä ja ylimääräisiä ravinteita lisäämällä valtamerten sekoittumista. Lämpimillä alueilla tämä menetelmä voi auttaa viilentämään pintalämpötiloja ja hidas korallin valkaisu. 

Uhka:

Tämä keinotekoinen sekoitusmenetelmä on nähnyt rajallisia kokeita ja kenttäkokeita, jotka on keskittynyt pieniin mittakaaviin ja rajoitetun ajan. Varhaiset tutkimukset osoittavat, että kaiken kaikkiaan keinotekoisella nousulla ja laskulla on alhainen CDR-potentiaali ja tarjota väliaikainen eristäminen hiilidioksidista. Tämä väliaikainen varastointi on seurausta nousu- ja alamäkisyklistä. Kaikki hiilidioksidi, joka siirtyy valtameren pohjalle alasvirtauksen kautta, nousee todennäköisesti ylös jossain muussa vaiheessa. Lisäksi tämä menetelmä näkee myös mahdollisen irtisanomisriskin. Jos keinotekoinen pumppu epäonnistuu, se lopetetaan tai sillä ei ole rahoitusta, pinnan ravinteiden ja hiilidioksidin lisääntyminen voi lisätä metaani- ja typpioksiduulipitoisuuksia sekä valtamerten happamoitumista. Nykyinen ehdotettu keinotekoisen valtameren sekoittumisen mekanismi vaatii putkijärjestelmän, pumppuja ja ulkoisen energialähteen. Näiden putkien asennus vaatii todennäköisesti alukset, tehokas energialähde ja huolto. 

---

Ocean CDR mekaanisin ja kemiallisin menetelmin

Mekaaninen ja kemiallinen valtameren CDR puuttuu luonnollisiin prosesseihin pyrkien teknologian avulla muuttamaan luonnollista järjestelmää. Tällä hetkellä meriveden hiilen talteenotto hallitsee mekaanista ja kemiallista valtamerten CDR-keskustelua, mutta myös muut menetelmät, kuten edellä käsitellyt keinotekoiset nousut ja laskut, voivat kuulua tähän luokkaan.

Seawater Carbon Extraction eli Electrochemical CDR pyrkii poistamaan valtameriveden hiilidioksidin ja varastoimaan sen muualle toimien samanlaisilla periaatteilla ohjaten ilmassa olevan hiilidioksidin talteenottoa ja varastointia. Ehdotettuihin menetelmiin kuuluu sähkökemiallisten prosessien käyttö hiilidioksidin kaasumaisen muodon keräämiseksi merivedestä ja kaasun varastoimiseksi kiinteässä tai nestemäisessä muodossa geologiseen muodostukseen tai valtameren sedimenttiin.

Lupaus:

Tämän menetelmän hiilidioksidin poistamiseksi valtamerivedestä odotetaan mahdollistavan valtameren ottavan enemmän ilmakehän hiilidioksidia luonnollisten prosessien kautta. Sähkökemiallisen CDR:n tutkimukset ovat osoittaneet, että uusiutuvalla energialähteellä tämä menetelmä voisi olla energiatehokas. Hiilidioksidin poistamisen valtamerivedestä odotetaan edelleen tapahtuvan kääntää tai keskeyttää valtamerten happamoitumisen. 

Uhka:

Meriveden hiilen talteenoton varhaiset tutkimukset ovat ensisijaisesti testanneet konseptia laboratoriopohjaisissa kokeissa. Tämän seurauksena tämän menetelmän kaupallinen soveltaminen on edelleen erittäin teoreettista ja mahdollista energiaintensiivinen. Tutkimus on myös keskittynyt ensisijaisesti hiilidioksidin kemialliseen kykyyn poistaa merivedestä vähän ympäristöriskejä koskevaa tutkimusta. Nykyisiä huolenaiheita ovat epävarmuus paikallisten ekosysteemien tasapainon muutoksista ja vaikutuksista, joita tällä prosessilla voi olla meren elämään.

---

Onko valtameren CDR:lle tietä eteenpäin?

Monia luonnollisia valtamerien CDR-hankkeita, kuten rannikkoekosysteemien ennallistamista ja suojelua, tukevat tutkitut ja tunnetut positiiviset sivuhyödyt ympäristölle ja paikallisille yhteisöille. Lisätutkimusta sen ymmärtämiseksi, kuinka paljon ja kuinka kauan hiiltä voidaan varastoida näissä hankkeissa, tarvitaan vielä, mutta sivuhyödyt ovat selvät. Luonnollisen valtameren CDR:n lisäksi tehostetulla luonnollisella, mekaanisella ja kemiallisella valtameren CDR:llä on kuitenkin tunnistettavia haittoja, jotka tulee harkita huolellisesti ennen minkään laajamittaisen hankkeen toteuttamista. 

Olemme kaikki planeetan sidosryhmiä, ja ilmastogeotekniikkaprojektit ja ilmastonmuutos vaikuttavat meihin. Päättäjät, poliittiset päättäjät, sijoittajat, äänestäjät ja kaikki sidosryhmät ovat avainasemassa määritettäessä, ylittääkö yhden ilmastogeotekniikan menetelmän riski toisen menetelmän tai jopa ilmastonmuutoksen riskin. Ocean CDR -menetelmät voivat auttaa vähentämään ilmakehän hiilidioksidia, mutta niitä tulisi harkita vain hiilidioksidipäästöjen suoran vähentämisen lisäksi.