Pris au piège dans le grand bleu : élimination du dioxyde de carbone dans les océans

Décomposer la géo-ingénierie climatique : 2e partie

Partie 1 : Inconnues sans fin
Partie 3 : Modification du rayonnement solaire
Partie 4 : Considérer l'éthique, l'équité et la justice

L'élimination du dioxyde de carbone (CDR) est une forme de géo-ingénierie climatique qui vise à éliminer le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Le CDR cible l'impact des émissions de gaz à effet de serre en réduisant et en éliminant le dioxyde de carbone atmosphérique via un stockage à long et à court terme. Le CDR peut être considéré comme terrestre ou océanique, selon le matériel et les systèmes utilisés pour capturer et stocker le gaz. L'accent mis sur la CDR terrestre a été prédominant dans ces conversations, mais l'intérêt pour l'exploitation de la CDR océanique augmente, avec une attention portée aux projets naturels, mécaniques et chimiques améliorés.

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Les systèmes naturels éliminent déjà le dioxyde de carbone de l'atmosphère

L'océan est un puits de carbone naturel, capturant 25% de dioxyde de carbone atmosphérique et 90 % de la chaleur excédentaire de la Terre par des processus naturels comme la photosynthèse et l'absorption. Ces systèmes ont contribué à maintenir la température mondiale, mais deviennent surchargés en raison de l'augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique et d'autres gaz à effet de serre provenant des émissions de combustibles fossiles. Cette absorption accrue a commencé à affecter la chimie de l'océan, provoquant une acidification des océans, une perte de biodiversité et de nouveaux modèles d'écosystèmes. La reconstruction de la biodiversité et des écosystèmes associée à une réduction des combustibles fossiles renforcera la planète contre le changement climatique.

L'élimination du dioxyde de carbone, par la croissance de nouvelles plantes et arbres, peut se produire à la fois sur terre et dans les écosystèmes océaniques. Le boisement est le création de nouvelles forêts ou des écosystèmes océaniques, comme les mangroves, dans des zones qui n'ont historiquement pas contenu de telles plantes, tandis que le reboisement cherche à réintroduire des arbres et autres plantes dans des endroits qui avaient été convertis à un usage différent, comme les terres agricoles, l'exploitation minière ou le développement, ou après une perte due à la pollution.

Débris marins, plastique et pollution de l'eau ont directement contribué à la plupart des pertes d'herbiers et de mangroves. Le Clean Water Act aux États-Unis, et d'autres efforts ont permis de réduire cette pollution et de permettre le reboisement. Ces termes ont généralement été utilisés pour décrire les forêts terrestres, mais peuvent également inclure des écosystèmes océaniques tels que les mangroves, les herbiers marins, les marais salants ou les algues.

La promesse:

Les arbres, les mangroves, les herbiers et les plantes similaires sont puits de carbone, utilisant et séquestrant naturellement le dioxyde de carbone par photosynthèse. Ocean CDR met souvent en évidence le « carbone bleu » ou le dioxyde de carbone séquestré dans l'océan. L'un des écosystèmes de carbone bleu les plus efficaces est celui des mangroves, qui séquestrent le carbone dans leur écorce, leur système racinaire et leur sol, stockant jusqu'à 10 fois plus de carbone que les forêts terrestres. Les mangroves fournissent de nombreux co-bénéfices environnementaux aux communautés locales et aux écosystèmes côtiers, en prévenant la dégradation et l'érosion à long terme et en modérant l'impact des tempêtes et des vagues sur la côte. Les forêts de mangroves créent également des habitats pour divers animaux terrestres, aquatiques et aviaires dans le système racinaire et les branches de la plante. De tels projets peuvent également être utilisés pour inverser directement les effets de la déforestation ou des tempêtes, la restauration des littoraux et des terres qui ont perdu leur couverture arborée et végétale.

La menace:

Les risques accompagnant ces projets proviennent du stockage temporaire de dioxyde de carbone naturellement séquestré. À mesure que l'utilisation des terres côtières change et que les écosystèmes océaniques sont perturbés par le développement, les voyages, l'industrie ou par le renforcement des tempêtes, le carbone stocké dans les sols sera libéré dans l'eau de mer et l'atmosphère. Ces projets sont également susceptibles de biodiversité et perte de diversité génétique en faveur d'espèces à croissance rapide, augmentant le risque de maladie et de mortalité massive. Projets de restauration peut être énergivore et nécessitent des combustibles fossiles pour le transport et des machines pour l'entretien. Restaurer les écosystèmes côtiers grâce à ces solutions fondées sur la nature sans considération appropriée pour les communautés locales peut entraîner l'accaparement des terres et désavantager les communautés qui ont le moins contribué au changement climatique. De solides relations communautaires et l'engagement des parties prenantes avec les peuples autochtones et les communautés locales sont essentiels pour garantir l'équité et la justice dans les efforts de CDR sur les océans naturels.

La culture d'algues vise à planter du varech et des macroalgues pour filtrer le dioxyde de carbone de l'eau et le stocker dans la biomasse grâce à la photosynthèse. Cette algue riche en carbone peut ensuite être cultivée et utilisée dans des produits ou des aliments ou coulée au fond de l'océan et séquestrée.

La promesse:

Les algues et les grandes plantes océaniques similaires poussent rapidement et sont présentes dans des régions du monde entier. Comparé aux efforts de boisement ou de reboisement, l'habitat océanique des algues le rend insensible aux incendies, à l'empiètement ou à d'autres menaces pour les forêts terrestres. Séquestrants d'algues grandes quantités de dioxyde de carbone et a une variété d'utilisations après la croissance. En éliminant le dioxyde de carbone à base d'eau, les algues peuvent aider les régions à lutter contre l'acidification des océans et fournir des habitats riches en oxygène pour les écosystèmes océaniques. En plus de ces gains environnementaux, les algues ont également des avantages d'adaptation au climat qui peuvent protéger les littoraux contre l'érosion en atténuant l'énergie des vagues. 

La menace:

La capture du carbone par les algues est distincte des autres processus CDR de l'économie bleue, l'usine stockant le CO₂ dans sa biomasse, plutôt que de la transférer dans les sédiments. En conséquence, le CO₂ le potentiel d'enlèvement et de stockage des algues est limité par la plante. La domestication des algues sauvages par la culture des algues peut diminuer la diversité génétique de la plante, ce qui augmente le potentiel de maladies et de décès importants. De plus, les méthodes de culture d'algues actuellement proposées comprennent la culture de plantes dans l'eau sur un matériau artificiel, comme une corde, et dans des eaux peu profondes. Cela peut empêcher la lumière et les nutriments des habitats dans l'eau sous les algues et causer des dommages à ces écosystèmes y compris les enchevêtrements. L'algue elle-même est également vulnérable à la dégradation en raison des problèmes de qualité de l'eau et de la prédation. Les grands projets visant à couler les algues dans l'océan s'attendent actuellement à couler la corde ou le matériel artificiel ainsi, polluant potentiellement l'eau lorsque les algues coulent. Ce type de projet devrait également connaître des contraintes de coûts, limitant l'évolutivité. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer la meilleure façon de cultiver les algues et d'obtenir les promesses bénéfiques tout en minimisant les menaces anticipées et les conséquences imprévues.

Dans l'ensemble, la récupération des écosystèmes océaniques et côtiers grâce aux mangroves, aux herbiers marins, aux écosystèmes des marais salants et à la culture des algues vise à augmenter et à restaurer la capacité des systèmes naturels de la Terre à traiter et à stocker le dioxyde de carbone atmosphérique. La perte de biodiversité due au changement climatique est aggravée par la perte de biodiversité due aux activités humaines, comme la déforestation, qui diminue la résilience de la Terre au changement climatique. 

En 2018, la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) a signalé que deux tiers des écosystèmes océaniques sont endommagés, dégradés ou altérés. Ce nombre augmentera avec l'élévation du niveau de la mer, l'acidification des océans, l'exploitation minière des fonds marins et les impacts anthropiques du changement climatique. Les méthodes naturelles d'élimination du dioxyde de carbone bénéficieront de l'augmentation de la biodiversité et de la restauration des écosystèmes. La culture des algues est un domaine d'étude en plein essor qui bénéficierait d'une recherche ciblée. La restauration et la protection réfléchies des écosystèmes océaniques ont un potentiel immédiat pour atténuer les effets du changement climatique via des réductions d'émissions associées à des co-bénéfices.

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Améliorer les processus océaniques naturels pour atténuer le changement climatique

En plus des processus naturels, les chercheurs étudient des méthodes pour améliorer l'élimination naturelle du dioxyde de carbone, en encourageant l'absorption du dioxyde de carbone par l'océan. Trois projets de géo-ingénierie du climat océanique entrent dans cette catégorie d'amélioration des processus naturels : l'amélioration de l'alcalinité des océans, la fertilisation des nutriments et les remontées et descentes artificielles. 

L'amélioration de l'alcalinité des océans (OAE) est une méthode CDR qui vise à éliminer le dioxyde de carbone des océans en accélérant les réactions naturelles d'altération des minéraux. Ces réactions d'altération utilisent du dioxyde de carbone et créent un matériau solide. Techniques OEA actuelles capturer le dioxyde de carbone avec des roches alcalines, c'est-à-dire de la chaux ou de l'olivine, ou par un processus électrochimique.

La promesse:

Basé sur processus naturels d'altération des roches, l'OEA est évolutif et offre une méthode permanente d'élimination du dioxyde de carbone. La réaction entre le gaz et le minerai crée des gisements qui devraient augmenter la capacité tampon de l'océan, diminuant ainsi l'acidification des océans. L'augmentation des gisements minéraux dans l'océan peut également accroître la productivité des océans.

La menace:

Le succès de la réaction d'altération dépend de la disponibilité et de la distribution des minéraux. Une répartition inégale des minéraux et sensibilités régionales à la diminution du dioxyde de carbone peut avoir un impact négatif sur l'environnement océanique. De plus, la quantité de minéraux nécessaires pour l'OAE est très probablement provenant de mines terrestres, et nécessitera un transport vers les régions côtières pour être utilisé. L'augmentation de l'alcalinité de l'océan modifiera le pH de l'océan, également affectant les processus biologiques. L'amélioration de l'alcalinité des océans a pas vu autant d'expériences sur le terrain ni autant de recherches que l'altération terrestre, et les impacts de cette méthode sont mieux connus pour l'altération terrestre. 

Fertilisation des éléments nutritifs propose d'ajouter du fer et d'autres nutriments dans l'océan pour encourager la croissance du phytoplancton. Profitant d'un processus naturel, le phytoplancton absorbe facilement le dioxyde de carbone atmosphérique et coule au fond de l'océan. En 2008, les nations à la Convention des Nations Unies sur la diversité biologique convenu d'un moratoire de précaution sur la pratique pour permettre à la communauté scientifique de mieux comprendre les avantages et les inconvénients de tels projets.

La promesse:

En plus d'éliminer le dioxyde de carbone atmosphérique, la fertilisation nutritive peut réduire temporairement l'acidification des océans ainsi que les augmenter les stocks de poissons. Le phytoplancton est une source de nourriture pour de nombreux poissons, et la disponibilité accrue de nourriture peut augmenter la quantité de poissons dans les régions où les projets sont réalisés. 

La menace:

Les études restent limitées sur la fertilisation nutritive et reconnaître les nombreuses inconnues sur les effets à long terme, les co-bénéfices et la permanence de cette méthode CDR. Les projets de fertilisation nutritive peuvent nécessiter de grandes quantités de matériaux sous forme de fer, de phosphore et d'azote. L'approvisionnement de ces matériaux peut nécessiter une extraction, une production et un transport supplémentaires. Cela pourrait annuler l'impact du CDR positif et nuire à d'autres écosystèmes de la planète en raison de l'extraction minière. De plus, la croissance du phytoplancton peut entraîner les proliférations d'algues nuisibles, réduisent l'oxygène dans l'océan et augmentent la production de méthane, un GES qui retient 10 fois plus de chaleur que le dioxyde de carbone.

Le mélange naturel de l'océan par upwelling et downwelling amène l'eau de la surface vers les sédiments, distribuant la température et les nutriments aux différentes régions de l'océan. Upwelling et Downwelling artificiels vise à utiliser un mécanisme physique pour accélérer et encourager ce mélange, en augmentant le mélange de l'eau de l'océan pour amener l'eau de surface riche en dioxyde de carbone dans l'océan profond, et de l'eau froide et riche en nutriments à la surface. Cela devrait encourager la croissance du phytoplancton et la photosynthèse pour éliminer le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Les mécanismes actuellement proposés comprennent à l'aide de tuyaux verticaux et de pompes puiser l'eau du fond de l'océan vers le haut.

La promesse:

L'upwelling et le downwelling artificiels sont proposés comme amélioration d'un système naturel. Ce mouvement planifié de l'eau peut aider à éviter les effets secondaires d'une croissance accrue du phytoplancton, comme les zones à faible teneur en oxygène et l'excès de nutriments en augmentant le mélange océanique. Dans les régions plus chaudes, cette méthode peut aider à refroidir les températures de surface et blanchissement lent des coraux. 

La menace:

Cette méthode de mélange artificiel a fait l'objet d'expériences limitées et d'essais sur le terrain axés sur de petites échelles et pour des périodes de temps limitées. Les premières recherches indiquent que dans l'ensemble, l'upwelling et le downwelling artificiels ont un faible potentiel de CDR et prévoir une séquestration temporaire de dioxyde de carbone. Ce stockage temporaire est le résultat du cycle d'upwelling et de downwelling. Tout dioxyde de carbone qui se déplace vers le fond de l'océan via la descente est susceptible de remonter à un autre moment. En outre, cette méthode voit également le potentiel d'un risque de résiliation. Si la pompe artificielle tombe en panne, est interrompue ou manque de financement, l'augmentation des nutriments et du dioxyde de carbone à la surface peut augmenter les concentrations de méthane et d'oxyde nitreux ainsi que l'acidification des océans. Le mécanisme actuellement proposé pour le mélange artificiel des océans nécessite un système de canalisations, des pompes et une source d'énergie externe. L'installation de ces tuyaux est susceptible de nécessiter navires, une source efficace d'énergie et d'entretien. 

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Ocean CDR par des méthodes mécaniques et chimiques

Mécanique et chimie des océans Le CDR intervient auprès des processus naturels, visant à utiliser la technologie pour modifier un système naturel. Actuellement, l'extraction du carbone de l'eau de mer prédomine dans la conversation mécanique et chimique sur le CDR océanique, mais d'autres méthodes telles que l'upwelling et le downwelling artificiels, discutées ci-dessus, pourraient également entrer dans cette catégorie.

L'extraction du carbone de l'eau de mer, ou CDR électrochimique, vise à éliminer le dioxyde de carbone dans l'eau de l'océan et à le stocker ailleurs, fonctionnant sur des principes similaires à la capture et au stockage directs du dioxyde de carbone dans l'air. Les procédés proposés comprennent l'utilisation de processus électrochimiques pour collecter une forme gazeuse de dioxyde de carbone de l'eau de mer et stocker ce gaz sous forme solide ou liquide dans une formation géologique ou dans des sédiments océaniques.

La promesse:

Cette méthode d'élimination du dioxyde de carbone de l'eau de l'océan devrait permettre à l'océan d'absorber davantage de dioxyde de carbone atmosphérique par le biais de processus naturels. Des études sur le CDR électrochimique ont indiqué qu'avec une source d'énergie renouvelable, cette méthode pourrait être économe en énergie. L'élimination du dioxyde de carbone de l'eau des océans devrait en outre inverser ou mettre en pause l'acidification des océans. 

La menace:

Les premières études sur l'extraction du carbone dans l'eau de mer ont principalement testé le concept dans le cadre d'expérimentations en laboratoire. De ce fait, l'application commerciale de cette méthode reste très théorique, et potentiellement à forte intensité énergétique. La recherche s'est également principalement concentrée sur la capacité chimique du dioxyde de carbone à être éliminé de l'eau de mer, avec peu de recherches sur les risques environnementaux. Les préoccupations actuelles incluent les incertitudes concernant les changements d'équilibre des écosystèmes locaux et l'impact que ce processus peut avoir sur la vie marine.

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Existe-t-il une voie à suivre pour le CDR océanique ?

De nombreux projets de CDR sur les océans naturels, comme la restauration et la protection des écosystèmes côtiers, sont soutenus par des co-bénéfices positifs avérés et connus pour l'environnement et les communautés locales. Des recherches supplémentaires pour comprendre la quantité et la durée pendant laquelle le carbone peut être stocké dans le cadre de ces projets sont encore nécessaires, mais les avantages connexes sont clairs. Au-delà de la CDR océanique naturelle, cependant, la CDR océanique naturelle, mécanique et chimique améliorée présente des inconvénients identifiables qui doivent être soigneusement pris en compte avant la mise en œuvre de tout projet à grande échelle. 

Nous sommes tous des acteurs de la planète et serons impactés par les projets de géo-ingénierie climatique ainsi que par le changement climatique. Les décideurs, les décideurs, les investisseurs, les électeurs et toutes les parties prenantes sont essentiels pour déterminer si le risque d'une méthode de géo-ingénierie climatique l'emporte sur le risque d'une autre méthode ou même sur le risque de changement climatique. Les méthodes Ocean CDR peuvent aider à réduire le dioxyde de carbone atmosphérique, mais ne doivent être envisagées qu'en plus de la réduction directe des émissions de dioxyde de carbone.