Zarobljen u velikom plavetnilu: Uklanjanje ugljičnog dioksida iz oceana

Razbijanje klimatskog geoinženjeringa: 2. dio

1. dio: Beskrajne nepoznanice
Dio 3: Modifikacija sunčevog zračenja
Dio 4: Razmatranje etike, jednakosti i pravde

Uklanjanje ugljičnog dioksida (CDR) je oblik klimatskog geoinženjeringa koji nastoji ukloniti ugljični dioksid iz atmosfere. CDR cilja na utjecaj emisija stakleničkih plinova smanjenjem i uklanjanjem atmosferskog ugljičnog dioksida dugotrajnim i kratkoročnim skladištenjem. CDR se može smatrati kopnenim ili oceanskim, ovisno o materijalu i sustavima koji se koriste za hvatanje i skladištenje plina. Naglasak na kopnenom CDR-u prevladavao je u ovim razgovorima, ali zanimanje za iskorištavanje oceanskog CDR-a raste, s pozornošću na poboljšane prirodne, mehaničke i kemijske projekte.

---

Prirodni sustavi već uklanjaju ugljični dioksid iz atmosfere

Ocean je prirodni ponor ugljika, hvatanje 25% atmosferskog ugljičnog dioksida i 90% zemljinog viška topline kroz prirodne procese poput fotosinteze i apsorpcije. Ti su sustavi pomogli u održavanju globalne temperature, ali postaju preopterećeni zbog porasta atmosferskog ugljičnog dioksida i drugih stakleničkih plinova iz emisija fosilnih goriva. Ovaj povećani unos počeo je utjecati na kemiju oceana, uzrokujući zakiseljavanje oceana, gubitak bioraznolikosti i nove obrasce ekosustava. Ponovna izgradnja bioraznolikosti i ekosustava u kombinaciji sa smanjenjem fosilnih goriva ojačat će planet protiv klimatskih promjena.

Uklanjanje ugljičnog dioksida putem rasta novih biljaka i drveća može se dogoditi i na kopnu iu oceanskim ekosustavima. Pošumljavanje je stvaranje novih šuma ili oceanski ekosustavi, poput mangrova, u područjima koja povijesno nisu sadržavala takve biljke, dok pošumljavanje nastoji ponovno uvesti drveće i druge biljke na lokacijama koje su pretvorene u drugu namjenu, poput poljoprivrednog zemljišta, rudarstva ili razvoja, ili nakon gubitka zbog onečišćenja.

Morski otpad, plastika i onečišćenje vode izravno su pridonijeli gubitku većine morske trave i mangrova. The Zakon o čistoj vodi u Sjedinjenim Državama, a drugi napori su radili na smanjenju takvog onečišćenja i omogućivanju pošumljavanja. Ovi se izrazi općenito koriste za opisivanje kopnenih šuma, ali mogu uključivati ​​i oceanske ekosustave poput mangrova, morskih trava, slanih močvara ili morskih algi.

Obećanje:

Drveće, mangrove, morske trave i slične biljke su sudoperi ugljika, koristeći i izdvajajući ugljični dioksid prirodno kroz fotosintezu. CDR oceana često ističe 'plavi ugljik' ili ugljični dioksid potopljen u oceanu. Jedan od najučinkovitijih ekosustava plavog ugljika su mangrove, koje zadržavaju ugljik u svojoj kori, korijenskom sustavu i tlu, pohranjujući do 10 puta više ugljika nego šume na kopnu. Mangrove pružaju brojne ko-koristi za okoliš lokalnim zajednicama i obalnim ekosustavima, sprječavajući dugoročnu degradaciju i eroziju, kao i ublažavajući utjecaj oluja i valova na obalu. Šume mangrova također stvaraju staništa za razne kopnene, vodene i ptičje životinje u korijenskom sustavu i granama biljke. Takvi projekti također se mogu koristiti za izravno obrnuto posljedice krčenja šuma ili oluja, obnavljanje obala i zemljišta koje je izgubilo drveće i biljni pokrov.

Prijetnja:

Rizici koji prate ove projekte proizlaze iz privremenog skladištenja prirodno povučenog ugljičnog dioksida. Kako se korištenje obalnog zemljišta mijenja i oceanski ekosustavi budu poremećeni za razvoj, putovanja, industriju ili zbog jačanja oluja, ugljik pohranjen u tlu ispuštat će se u oceansku vodu i atmosferu. Ovi projekti također su skloni bioraznolikost i gubitak genetske raznolikosti u korist brzorastućih vrsta, povećavajući rizik od bolesti i velikog izumiranja. Projekti obnove može biti energetski intenzivan i zahtijevaju fosilna goriva za prijevoz i strojeve za održavanje. Obnavljanje obalnih ekosustava kroz ova rješenja temeljena na prirodi bez odgovarajućeg razmatranja lokalnih zajednica može rezultirati otimanjem zemlje i na štetu zajednica koje su imale najmanji doprinos klimatskim promjenama. Snažni odnosi zajednice i angažman dionika s domorodačkim stanovništvom i lokalnim zajednicama ključni su za osiguravanje jednakosti i pravde u naporima CDR-a prirodnih oceana.

Uzgoj morskih algi ima za cilj sadnju morskih algi i makroalgi za filtriranje ugljičnog dioksida iz vode i pohraniti ga u biomasu putem fotosinteze. Ova morska trava bogata ugljikom može se zatim uzgajati i koristiti u proizvodima ili hrani ili potopiti na dno oceana i odvojiti.

Obećanje:

Morske alge i slične velike oceanske biljke brzo rastu i prisutne su u regijama diljem svijeta. U usporedbi s naporima pošumljavanja ili ponovnog pošumljavanja, oceansko stanište morske trave čini je neosjetljivom na požare, zadiranje ili druge prijetnje kopnenim šumama. Sekvestratori morskih algi velike količine ugljičnog dioksida i ima razne namjene nakon rasta. Uklanjanjem ugljičnog dioksida iz vode, morske alge mogu pomoći regijama u borbi protiv zakiseljavanja oceana i osigurati staništa bogata kisikom za oceanske ekosustave. Uz ove prednosti za okoliš, morske alge također imaju prednosti prilagodbe klimi zaštiti obale od erozije prigušivanjem energije valova. 

Prijetnja:

Hvatanje ugljika u morskim algama razlikuje se od drugih CDR procesa plave ekonomije, jer biljka skladišti CO₂ u svojoj biomasi, umjesto da ga prenosi u sediment. Kao rezultat toga, CO₂ mogućnost uklanjanja i skladištenja morskih algi ograničena je biljkom. Pripitomljavanje divljih morskih algi uzgojem morskih algi može smanjiti genetsku raznolikost biljke, povećavajući potencijal za bolesti i veliko izumiranje. Osim toga, trenutno predložene metode uzgoja morskih algi uključuju uzgoj biljaka u vodi na umjetnom materijalu, poput užeta, iu plitkim vodama. To može spriječiti svjetlost i hranjive tvari iz staništa u vodi ispod morskih algi i uzrokovati štetu tim ekosustavima uključujući zaplete. Sama morska trava također je osjetljiva na degradaciju zbog problema s kvalitetom vode i grabežljivosti. Trenutačno očekuju veliki projekti koji imaju za cilj potopiti morsku travu u ocean potopite uže ili umjetni materijal također, potencijalno onečišćujući vodu kada morska trava potone. Također se očekuje da će ova vrsta projekta imati ograničenja troškova, ograničavajući skalabilnost. Potrebna su daljnja istraživanja kako bi odredili najbolji način za uzgoj morske trave i ostvarili korisna obećanja uz minimiziranje očekivanih prijetnji i neželjenih posljedica.

Sve u svemu, oporavak oceanskih i obalnih ekosustava kroz mangrove, morske trave, ekosustave slanih močvara i uzgoj morskih algi ima za cilj povećati i obnoviti sposobnost prirodnih sustava Zemlje da prerađuju i skladište atmosferski ugljični dioksid. Gubitak bioraznolikosti uzrokovan klimatskim promjenama pridodaje se gubitku bioraznolikosti uzrokovanim ljudskim aktivnostima, poput krčenja šuma, što smanjuje otpornost Zemlje na klimatske promjene. 

Godine 2018. Međuvladina znanstveno-politička platforma o bioraznolikosti i uslugama ekosustava (IPBES) izvijestila je da dvije trećine oceanskih ekosustava su oštećeni, degradirani ili promijenjeni. Taj će se broj povećati s porastom razine mora, zakiseljavanjem oceana, rudarenjem dubokog morskog dna i antropogenim utjecajima klimatskih promjena. Prirodne metode uklanjanja ugljičnog dioksida imat će koristi od povećanja bioraznolikosti i obnove ekosustava. Uzgoj morskih algi je rastuće područje proučavanja koje bi imalo koristi od ciljanih istraživanja. Promišljena obnova i zaštita oceanskih ekosustava ima neposredan potencijal za ublažavanje učinaka klimatskih promjena putem smanjenja emisija u kombinaciji s dodatnim koristima.

---

Poboljšanje prirodnih oceanskih procesa za ublažavanje klimatskih promjena

Osim prirodnih procesa, istraživači istražuju metode poboljšanja prirodnog uklanjanja ugljičnog dioksida, potičući upijanje ugljičnog dioksida u oceanu. Tri projekta geoinženjeringa oceanske klime spadaju u ovu kategoriju poboljšanja prirodnih procesa: povećanje alkalnosti oceana, oplodnja hranjivim tvarima i umjetno uzdizanje i spuštanje. 

Povećanje alkalnosti oceana (OAE) je CDR metoda koja ima za cilj ukloniti ugljični dioksid iz oceana ubrzavanjem prirodnih reakcija trošenja minerala. Ove vremenske reakcije koriste ugljični dioksid i stvaraju čvrsti materijal. Trenutne OAE tehnike uhvatiti ugljikov dioksid alkalnim kamenjem, tj. vapnom ili olivinom, ili elektrokemijskim postupkom.

Obećanje:

na temelju prirodni procesi trošenja stijena, OAE je skalabilan i nudi trajnu metodu uklanjanja ugljičnog dioksida. Reakcija između plina i minerala stvara naslage za koje se očekuje da će povećati puferski kapacitet oceana, zauzvrat smanjujući zakiseljavanje oceana. Povećanje mineralnih naslaga u oceanu također može povećati produktivnost oceana.

Prijetnja:

Uspjeh reakcije trošenja ovisi o dostupnosti i raspodjeli minerala. Neravnomjeran raspored minerala i regionalne osjetljivosti smanjenje ugljičnog dioksida može negativno utjecati na oceanski okoliš. Osim toga, količina minerala potrebnih za OAE najvjerojatnije će biti potječu iz kopnenih rudnika, a za korištenje će biti potreban prijevoz do obalnih regija. Povećanje alkalnosti oceana također će promijeniti pH vrijednosti oceana utječu na biološke procese. Povećanje alkalnosti oceana ima nije viđeno toliko terenskih eksperimenata niti toliko istraživanja kao atmosferilije na kopnu, a utjecaji ove metode poznatiji su kod vremenskih utjecaja na kopnu. 

Gnojidba hranjivim tvarima predlaže dodavanje željeza i drugih hranjivih tvari u ocean kako bi se potaknuo rast fitoplanktona. Koristeći prednosti prirodnog procesa, fitoplankton spremno preuzima atmosferski ugljični dioksid i tone na dno oceana. Godine 2008. nacije u UN-ovoj Konvenciji o biološkoj raznolikosti pristala na moratorij iz predostrožnosti o praksi kako bi se omogućilo znanstvenoj zajednici da bolje razumije prednosti i nedostatke takvih projekata.

Obećanje:

Osim uklanjanja atmosferskog ugljičnog dioksida, gnojidba hranjivim tvarima može privremeno smanjiti zakiseljavanje oceana i povećanje ribljeg fonda. Fitoplankton je izvor hrane za mnoge ribe, a povećana dostupnost hrane može povećati količinu ribe u regijama u kojima se izvode projekti. 

Prijetnja:

Studije o gnojidbi hranjivim tvarima i prepoznati mnoge nepoznanice o dugoročnim učincima, popratnim dobrobitima i trajnosti ove CDR metode. Projekti gnojidbe hranjivim tvarima mogu zahtijevati velike količine materijala u obliku željeza, fosfora i dušika. Nabavka ovih materijala može zahtijevati dodatno rudarenje, proizvodnju i transport. To bi moglo poništiti utjecaj pozitivnog CDR-a i naštetiti drugim ekosustavima na planeti zbog rudarenja. Osim toga, rast fitoplanktona može rezultirati štetno cvjetanje algi, smanjuju kisik u oceanu i povećavaju proizvodnju metana, staklenički plin koji zadržava 10 puta veću količinu topline u usporedbi s ugljikovim dioksidom.

Prirodno miješanje oceana putem uzlaznog i nizvodnog strujanja dovodi vodu s površine u sediment, raspoređujući temperaturu i hranjive tvari u različite regije oceana. Umjetno uzdizanje i spuštanje ima za cilj korištenje fizičkog mehanizma za ubrzavanje i poticanje ovog miješanja, povećavajući miješanje oceanske vode kako bi se površinska voda bogata ugljičnim dioksidom dovela u duboki ocean, i hladnu vodu bogatu hranjivim tvarima na površinu. Očekuje se da će to potaknuti rast fitoplanktona i fotosintezu za uklanjanje ugljičnog dioksida iz atmosfere. Trenutno predloženi mehanizmi uključuju pomoću vertikalnih cijevi i pumpi izvući vodu s dna oceana na vrh.

Obećanje:

Umjetno uzdizanje i spuštanje predlaže se kao poboljšanje prirodnog sustava. Ovo planirano kretanje vode može pomoći u izbjegavanju nuspojava povećanog rasta fitoplanktona poput zona s niskim sadržajem kisika i viška hranjivih tvari povećanjem miješanja oceana. U toplijim krajevima ova metoda može pomoći u snižavanju površinskih temperatura i sporo izbjeljivanje koralja. 

Prijetnja:

Ova metoda umjetnog miješanja doživjela je ograničene pokuse i terenska ispitivanja usmjerena na mala mjerila i na ograničena vremenska razdoblja. Rana istraživanja pokazuju da u cjelini, umjetna uzlazna i nizvodna strujanja imaju nizak CDR potencijal i osigurati privremenu zapljenu ugljičnog dioksida. Ovo privremeno skladištenje rezultat je ciklusa uzlaznog i nizvodnog strujanja. Svaki ugljični dioksid koji se pomakne na dno oceana putem nizvodnje vjerojatno će se uzdići u nekom drugom trenutku. Osim toga, ova metoda također vidi potencijal za rizik prekida. Ako umjetna pumpa zakaže, bude prekinuta ili nema sredstava, povećanje hranjivih tvari i ugljičnog dioksida na površini može povećati koncentracije metana i dušikovog oksida, kao i zakiseljavanje oceana. Sadašnji predloženi mehanizam za umjetno miješanje oceana zahtijeva sustav cijevi, pumpe i vanjski izvor energije. Postavljanje ovih cijevi vjerojatno će zahtijevati brodovi, učinkovit izvor energije i održavanje. 

---

Ocean CDR kroz mehaničke i kemijske metode

Mehanički i kemijski oceanski CDR intervenira s prirodnim procesima, s ciljem korištenja tehnologije za promjenu prirodnog sustava. Trenutačno ekstrakcija ugljika iz morske vode prevladava u razgovoru o mehaničkim i kemijskim oceanskim CDR-ovima, ali druge metode poput umjetnog dizanja i spuštanja, o kojima se govorilo gore, također bi mogle spadati u ovu kategoriju.

Ekstrakcija ugljika iz morske vode, ili elektrokemijski CDR, ima za cilj ukloniti ugljični dioksid u oceanskoj vodi i pohraniti ga negdje drugdje, djelujući na sličnim principima za izravno hvatanje i skladištenje ugljičnog dioksida iz zraka. Predložene metode uključuju korištenje elektrokemijskih procesa za prikupljanje plinovitog oblika ugljičnog dioksida iz morske vode i skladištenje tog plina u krutom ili tekućem obliku u geološkoj formaciji ili u oceanskom sedimentu.

Obećanje:

Očekuje se da će ova metoda uklanjanja ugljičnog dioksida iz oceanske vode omogućiti oceanu da preuzme više atmosferskog ugljičnog dioksida kroz prirodne procese. Studije o elektrokemijskom CDR-u pokazale su da s obnovljivim izvorom energije ova metoda mogao biti energetski učinkovit. Očekuje se da će uklanjanje ugljičnog dioksida iz oceanske vode preokrenuti ili zaustaviti zakiseljavanje oceana. 

Prijetnja:

Rane studije o ekstrakciji ugljika iz morske vode prvenstveno su testirale koncept u laboratorijskim eksperimentima. Kao rezultat toga, komercijalna primjena ove metode ostaje visoko teoretska i potencijalna energetski intenzivno. Istraživanja su također prvenstveno usmjerena na kemijsku sposobnost ugljičnog dioksida da se ukloni iz morske vode, sa malo istraživanja o rizicima za okoliš. Trenutačna zabrinutost uključuje neizvjesnosti o promjenama ravnoteže lokalnog ekosustava i utjecaju koji ovaj proces može imati na život u moru.

---

Postoji li put naprijed za ocean CDR?

Mnogi CDR projekti prirodnih oceana, poput obnove i zaštite obalnih ekosustava, podržani su istraženim i poznatim pozitivnim dodatnim koristima za okoliš i lokalne zajednice. Još su potrebna dodatna istraživanja kako bi se razumjela količina i duljina vremena u kojem se ugljik može pohraniti kroz ove projekte, ali dodatne koristi su jasne. Međutim, osim prirodnog oceanskog CDR-a, poboljšani prirodni, mehanički i kemijski oceanski CDR imaju prepoznatljive nedostatke koje treba pažljivo razmotriti prije implementacije bilo kakvog projekta u velikim razmjerima. 

Svi smo dionici planeta i bit ćemo pogođeni projektima klimatskog geoinženjeringa kao i klimatskim promjenama. Donositelji odluka, kreatori politike, investitori, glasači i svi dionici ključni su u određivanju nadmašuje li rizik jedne metode klimatskog geoinženjeringa rizik druge metode ili čak rizik od klimatskih promjena. Oceanske CDR metode mogu pomoći u smanjenju atmosferskog ugljičnog dioksida, ali ih treba uzeti u obzir samo uz izravno smanjenje emisija ugljičnog dioksida.