Atrapado no Big Blue: eliminación de dióxido de carbono do océano

Desglosando a xeoenxeñaría climática: parte 2

Parte 1: Infinitas descoñecidas
Parte 3: Modificación da radiación solar
Parte 4: Considerando a ética, a equidade e a xustiza

A eliminación de dióxido de carbono (CDR) é unha forma de xeoenxeñaría climática que busca eliminar o dióxido de carbono da atmosfera. O CDR ten como obxectivo o impacto das emisións de gases de efecto invernadoiro reducindo e eliminando o dióxido de carbono atmosférico mediante o almacenamento a longo e curto prazo. O CDR pódese considerar terrestre ou oceánico, dependendo do material e dos sistemas utilizados para capturar e almacenar o gas. Nestas conversacións predominou o énfase no CDR terrestre, pero o interese por aproveitar o CDR oceánico está aumentando, con atención nos proxectos naturais, mecánicos e químicos mellorados.

---

Os sistemas naturais xa eliminan o dióxido de carbono da atmosfera

O océano é un sumidoiro de carbono natural, capturando o 25% de dióxido de carbono atmosférico e o 90% do exceso de calor terrestre a través de procesos naturais como a fotosíntese e a absorción. Estes sistemas axudaron a manter a temperatura global, pero están a sobrecargarse debido ao aumento do dióxido de carbono atmosférico e doutros gases de efecto invernadoiro derivados das emisións de combustibles fósiles. Este aumento da absorción comezou a afectar a química do océano, causando acidificación dos océanos, perda de biodiversidade e novos patróns de ecosistemas. A reconstrución da biodiversidade e dos ecosistemas xunto coa redución dos combustibles fósiles fortalecerá o planeta contra o cambio climático.

A eliminación de dióxido de carbono, a través do crecemento de novas plantas e árbores, pode ocorrer tanto na terra como nos ecosistemas oceánicos. A forestación é o creación de novos bosques ou ecosistemas oceánicos, como os manglares, en áreas que historicamente non contiveron tales plantas, mentres que a reforestación busca reintroducir árbores e outras plantas en lugares que foran convertidos para un uso diferente, como terras de cultivo, minería ou desenvolvemento, ou despois da perda debido á contaminación.

Detritos mariños, plásticos e contaminación da auga contribuíron directamente á maior parte da perda de herbas mariñas e mangleiras. O Lei de augas limpas nos Estados Unidos, e outros esforzos traballaron para reducir esa contaminación e permitir a reforestación. Estes termos usáronse xeralmente para describir os bosques terrestres, pero tamén poden incluír ecosistemas mariños como manglares, herbas mariñas, marismas ou algas mariñas.

A promesa:

As árbores, os manglares, as herbas mariñas e plantas similares son pías de carbono, utilizando e secuestrando o dióxido de carbono de forma natural mediante a fotosíntese. Ocean CDR adoita destacar o "carbono azul" ou dióxido de carbono secuestrado no océano. Un dos ecosistemas de carbono azul máis efectivos son os manglares, que secuestran carbono na súa casca, sistema radicular e solo, almacenando ata 10 veces máis carbono que os bosques terrestres. Os manglares proporcionan numerosos co-beneficios ambientais ás comunidades locais e aos ecosistemas costeiros, evitando a degradación e a erosión a longo prazo, así como moderando o impacto das tormentas e das ondas na costa. Os bosques de mangle tamén crean hábitats para varios animais terrestres, acuáticos e aviares no sistema radicular e nas ramas da planta. Estes proxectos tamén se poden usar para directamente ao revés os efectos da deforestación ou das tormentas, restaurando as costas e os terreos que perderon a cuberta arbórea e vexetal.

A ameaza:

Os riscos que acompañan a estes proxectos derivan do almacenamento temporal de dióxido de carbono secuestrado de forma natural. A medida que cambia o uso da terra costeira e os ecosistemas oceánicos son perturbados para o desenvolvemento, as viaxes, a industria ou o fortalecemento das tormentas, o carbono almacenado nos solos liberarase á auga do océano e á atmosfera. Estes proxectos tamén son propensos a biodiversidade e perda de diversidade xenética a favor de especies de crecemento rápido, aumentando o risco de enfermidades e grandes mortes. Proxectos de restauración pode ser intensivo en enerxía e requiren combustibles fósiles para o transporte e maquinaria para o seu mantemento. Restaurar os ecosistemas costeiros a través destas solucións baseadas na natureza sen a consideración adecuada para as comunidades locais pode producir acaparamento de terras e comunidades desfavorecidas que menos contribuíron ao cambio climático. As fortes relacións comunitarias e o compromiso das partes interesadas coas persoas indíxenas e as comunidades locais son fundamentais para garantir a equidade e a xustiza nos esforzos de CDR dos océanos naturais.

O cultivo de algas ten como obxectivo plantar algas e macroalgas para filtrar o dióxido de carbono da auga e almacenalo na biomasa mediante a fotosíntese. Esta alga rica en carbono pódese cultivar e utilizar en produtos ou alimentos ou afundirse no fondo do océano e secuestrar.

A promesa:

As algas mariñas e as grandes plantas oceánicas similares están crecendo rapidamente e están presentes en rexións de todo o mundo. En comparación cos esforzos de forestación ou repoboación, o hábitat oceánico das algas fai que non sexan susceptibles ao lume, a invasión ou outras ameazas para os bosques terrestres. Secuestradores de algas altas cantidades de dióxido de carbono e ten unha variedade de usos despois do crecemento. Ao eliminar o dióxido de carbono a base de auga, as algas poden axudar ás rexións a traballar contra a acidificación dos océanos e proporcionar hábitats ricos en osíxeno para ecosistemas oceánicos. Ademais destas vitorias ambientais, as algas tamén teñen beneficios de adaptación climática que poden protexer as costas contra a erosión atenuando a enerxía das ondas. 

A ameaza:

A captura de carbono das algas é diferente doutros procesos CDR da economía azul, coa planta que almacena CO₂ na súa biomasa, en lugar de transferila ao sedimento. Como resultado, o CO₂ O potencial de eliminación e almacenamento das algas está limitado pola planta. A domesticación de algas silvestres mediante o cultivo de algas pode diminuír a diversidade xenética da planta, aumentando o potencial de enfermidades e grandes mortes. Ademais, os métodos actuais propostos para o cultivo de algas inclúen o cultivo de plantas na auga sobre material artificial, como cordas, e en augas pouco profundas. Isto pode evitar que a luz e os nutrientes dos hábitats na auga debaixo das algas e causar danos a eses ecosistemas. incluíndo enredos. A propia alga tamén é vulnerable á degradación debido a problemas de calidade da auga e á depredación. Actualmente esperan grandes proxectos que teñen como obxectivo afundir as algas no océano afundir a corda ou o material artificial ademais, contaminando potencialmente a auga cando as algas se afunden. Tamén se prevé que este tipo de proxectos experimente restricións de custo, limitando a escalabilidade. É necesaria máis investigación determinar a mellor forma de cultivar algas e obter as promesas beneficiosas minimizando as ameazas previstas e as consecuencias non desexadas.

En xeral, a recuperación dos ecosistemas oceánicos e costeiros a través de manglares, herbas mariñas, ecosistemas de marismas e cultivo de algas ten como obxectivo aumentar e restaurar a capacidade dos sistemas naturais da Terra para procesar e almacenar o dióxido de carbono atmosférico. A perda de biodiversidade polo cambio climático súmase á perda de biodiversidade derivada das actividades humanas, como a deforestación, o que reduce a resistencia da Terra ao cambio climático. 

En 2018, a Plataforma Intergobernamental de Ciencia e Política sobre a Biodiversidade e os Servizos Ecosistémicos (IPBES) informou que dous terzos dos ecosistemas oceánicos están danados, degradados ou alterados. Este número aumentará co aumento do nivel do mar, a acidificación dos océanos, a minería dos fondos mariños profundos e os impactos do cambio climático antropoxénico. Os métodos naturais de eliminación de dióxido de carbono beneficiaranse do aumento da biodiversidade e da restauración dos ecosistemas. O cultivo de algas mariñas é unha área de estudo en expansión que se beneficiaría dunha investigación dirixida. A restauración e protección coidadosa dos ecosistemas oceánicos ten un potencial inmediato para mitigar os efectos do cambio climático mediante a redución de emisións combinada con beneficios secundarios.

---

Mellorar os procesos naturais dos océanos para a mitigación do cambio climático

Ademais dos procesos naturais, os investigadores están a investigar métodos para mellorar a eliminación natural de dióxido de carbono, fomentando a absorción de dióxido de carbono do océano. Tres proxectos de xeoenxeñaría climática dos océanos entran nesta categoría de mellora dos procesos naturais: mellora da alcalinidade do océano, fertilización de nutrientes e afloramento e descendente artificial. 

O Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) é un método CDR que ten como obxectivo eliminar o dióxido de carbono do océano acelerando as reaccións naturais de meteorización dos minerais. Estas reaccións meteorolóxicas usan dióxido de carbono e crean material sólido. Técnicas actuais de OAE captar o dióxido de carbono con rochas alcalinas, é dicir, cal ou olivino, ou mediante un proceso electroquímico.

A promesa:

Baseado en procesos naturais de meteorización das rochas, OAE é escalable e ofrece un método permanente de eliminación de dióxido de carbono. A reacción entre o gas e o mineral crea depósitos que se prevén aumentar a capacidade de amortiguamento do océano, diminuíndo á súa vez a acidificación dos océanos. O aumento dos depósitos minerais no océano tamén pode aumentar a produtividade do océano.

A ameaza:

O éxito da reacción meteorolóxica depende da dispoñibilidade e distribución dos minerais. Unha distribución desigual dos minerais e sensibilidades rexionais a diminución do dióxido de carbono pode afectar negativamente ao medio oceánico. Ademais, é máis probable que a cantidade de minerais necesaria para OAE sexa procedente de minas terrestres, e requirirá transporte ás rexións costeiras para o seu uso. O aumento da alcalinidade do océano tamén modificará o pH do océano afectando os procesos biolóxicos. A mellora da alcalinidade do océano ten non se ven tantos experimentos de campo nin tanta investigación como meteorización terrestre, e os impactos deste método son máis coñecidos para a meteorización terrestre. 

Fertilización de nutrientes propón engadir ferro e outros nutrientes ao océano para favorecer o crecemento do fitoplancto. Aproveitando un proceso natural, o fitoplancto absorbe facilmente o dióxido de carbono atmosférico e afúndese no fondo do océano. En 2008, as nacións na Convención da ONU sobre a Diversidade Biolóxica acordou unha moratoria cautelar sobre a práctica para permitir que a comunidade científica comprenda mellor os pros e os contras deste tipo de proxectos.

A promesa:

Ademais de eliminar o dióxido de carbono atmosférico, a fertilización con nutrientes pode reducir temporalmente a acidificación dos océanos aumentar as reservas de peixe. O fitoplancto é unha fonte de alimento para moitos peixes, e a maior dispoñibilidade de alimentos pode aumentar a cantidade de peixe nas rexións onde se realizan os proxectos. 

A ameaza:

Os estudos seguen sendo limitados sobre a fertilización de nutrientes e recoñecer as moitas incógnitas sobre os efectos a longo prazo, os co-beneficios e a permanencia deste método CDR. Os proxectos de fertilización de nutrientes poden requirir grandes cantidades de materiais en forma de ferro, fósforo e nitróxeno. A obtención destes materiais pode requirir extracción, produción e transporte adicional. Isto podería negar o impacto do CDR positivo e prexudicar a outros ecosistemas do planeta debido á extracción mineira. Ademais, o crecemento do fitoplancto pode producir floracións de algas nocivas, reducen o osíxeno no océano e aumentan a produción de metano, un GEI que atrapa 10 veces a cantidade de calor en comparación co dióxido de carbono.

A mestura natural do océano a través do upwelling e downwelling leva a auga da superficie ao sedimento, distribuíndo temperatura e nutrientes ás diferentes rexións do océano. Upwelling e Downwelling artificial pretende utilizar un mecanismo físico para acelerar e fomentar esta mestura, aumentando a mestura da auga do océano para levar a auga superficial rica en dióxido de carbono ás profundidades do océano, e auga fría e rica en nutrientes á superficie. Espérase que isto favoreza o crecemento do fitoplancto e a fotosíntese para eliminar o dióxido de carbono da atmosfera. Os mecanismos propostos actuais inclúen utilizando tubos verticais e bombas para sacar auga do fondo do océano cara arriba.

A promesa:

O afloramento e a baixada artificial proponse como a mellora dun sistema natural. Este movemento planificado da auga pode axudar a evitar os efectos secundarios do aumento do crecemento do fitoplancto como zonas de baixo osíxeno e exceso de nutrientes ao aumentar a mestura do océano. Nas rexións máis cálidas, este método pode axudar a arrefriar as temperaturas da superficie e branqueamento lento do coral. 

A ameaza:

Este método de mestura artificial viu experimentos limitados e probas de campo centradas en pequenas escalas e por períodos de tempo limitados. As primeiras investigacións indican que, en xeral, o afloramento e a descendente artificial teñen un baixo potencial de CDR e proporcionar secuestro temporal de dióxido de carbono. Este almacenamento temporal é o resultado do ciclo de afloramento e descendente. Calquera dióxido de carbono que se move ao fondo do océano a través da afluencia é probable que suba nalgún outro momento. Ademais, este método tamén ve o potencial de risco de terminación. Se a bomba artificial falla, se descontinua ou carece de financiamento, o aumento de nutrientes e dióxido de carbono na superficie pode aumentar as concentracións de metano e óxido nitroso, así como a acidificación dos océanos. O actual mecanismo proposto para a mestura artificial do océano require un sistema de tubaxes, bombas e un abastecemento de enerxía externa. É probable que a instalación destes tubos requira buques, unha fonte eficiente de enerxía e mantemento. 

---

Ocean CDR a través de métodos mecánicos e químicos

O CDR oceánico mecánico e químico intervén con procesos naturais, co obxectivo de utilizar a tecnoloxía para alterar un sistema natural. Actualmente, a extracción de carbono de auga de mar predomina na conversación mecánica e química do océano CDR, pero outros métodos como a surxencia artificial e a descendente, comentados anteriormente, tamén poderían entrar nesta categoría.

A extracción de carbono de auga de mar, ou CDR electroquímica, ten como obxectivo eliminar o dióxido de carbono da auga do océano e almacenalo noutro lugar, operando con principios similares para dirixir a captura e almacenamento de dióxido de carbono do aire. Os métodos propostos inclúen o uso de procesos electroquímicos para recoller unha forma gasosa de dióxido de carbono da auga do mar e almacenar ese gas en forma sólida ou líquida nunha formación xeolóxica ou nun sedimento oceánico.

A promesa:

Espérase que este método para eliminar o dióxido de carbono da auga do océano permita que o océano absorba máis dióxido de carbono atmosférico mediante procesos naturais. Estudos sobre CDR electroquímicos indicaron que cunha fonte de enerxía renovable, este método podería ser eficiente enerxéticamente. Espérase ademais eliminar o dióxido de carbono das augas do océano revertir ou pausar a acidificación dos océanos. 

A ameaza:

Os primeiros estudos sobre a extracción de carbono de auga de mar probaron principalmente o concepto en experimentación baseada en laboratorio. Como resultado, a aplicación comercial deste método segue sendo altamente teórica e potencialmente intensivo enerxético. A investigación tamén se centrou principalmente na capacidade química do dióxido de carbono para ser eliminado da auga do mar, con pouca investigación sobre os riscos ambientais. As preocupacións actuais inclúen incertezas sobre os cambios de equilibrio dos ecosistemas locais e o impacto que este proceso pode ter na vida mariña.

---

Hai un camiño a seguir para o CDR oceánico?

Moitos proxectos de CDR oceánicos naturais, como a restauración e protección dos ecosistemas costeiros, están apoiados por co-beneficios positivos investigados e coñecidos para o medio ambiente e as comunidades locais. Aínda é necesaria unha investigación adicional para comprender a cantidade e o período de tempo que se pode almacenar o carbono a través destes proxectos, pero os beneficios complementarios están claros. Porén, máis aló do CDR do océano natural, o CDR do océano natural, mecánico e químico mellorado ten desvantaxes identificables que deben considerarse coidadosamente antes de implementar calquera proxecto a gran escala. 

Todos somos partes interesadas no planeta e veremos afectados polos proxectos de xeoenxeñaría climática e polo cambio climático. Os tomadores de decisións, os responsables políticos, os investidores, os votantes e todas as partes interesadas son fundamentais para determinar se o risco dun método de xeoenxeñería climática supera o risco doutro método ou mesmo o risco do cambio climático. Os métodos CDR oceánicos poden axudar a reducir o dióxido de carbono atmosférico, pero só deben considerarse ademais da redución directa das emisións de dióxido de carbono.