Csapdában a nagy kékben: óceán szén-dioxid eltávolítása

A klímageomérnöki tervezés lebontása: 2. rész

1. rész: Végtelen ismeretlenek
3. rész: Napsugárzás módosítása
4. rész: Az etika, a méltányosság és az igazságosság mérlegelése

A szén-dioxid-eltávolítás (CDR) az éghajlati geomérnökség egyik formája, amely a szén-dioxid eltávolítására törekszik a légkörből. A CDR az üvegházhatású gázok kibocsátásának hatását azáltal célozza meg, hogy csökkenti és eltávolítja a légköri szén-dioxidot hosszú és rövid távú tárolással. A CDR szárazföldi vagy óceáni alapúnak tekinthető, attól függően, hogy milyen anyagokat és rendszereket használnak a gáz rögzítésére és tárolására. Ezekben a beszélgetésekben a szárazföldi CDR-re helyezték a hangsúlyt, de egyre nő az érdeklődés az óceáni CDR felhasználása iránt, különös tekintettel a fokozott természeti, mechanikai és vegyi projektekre.

---

A természetes rendszerek már eltávolítják a szén-dioxidot a légkörből

Az óceán természetes szénnyelő, 25% elfoglalása a légköri szén-dioxid és a föld hőfeleslegének 90%-a olyan természetes folyamatok révén, mint a fotoszintézis és az abszorpció. Ezek a rendszerek segítettek fenntartani a globális hőmérsékletet, de túlterheltek a légköri szén-dioxid és más üvegházhatású gázok fosszilis tüzelőanyag-kibocsátásából eredő növekedése miatt. Ez a megnövekedett felszívódás elkezdte befolyásolni az óceán kémiáját, ami az óceánok elsavasodását, a biológiai sokféleség csökkenését és új ökoszisztéma-mintázatokat okoz. A biodiverzitás és az ökoszisztémák újjáépítése a fosszilis tüzelőanyagok csökkentésével párosítva megerősíti a bolygót az éghajlatváltozással szemben.

A szén-dioxid eltávolítása új növények és fák növekedése révén mind a szárazföldön, mind az óceáni ökoszisztémákban előfordulhat. Az erdősítés a új erdők létrehozása vagy óceáni ökoszisztémák, például mangrovák, olyan területeken, ahol a történelem során nem voltak ilyen növények, míg az újraerdősítés célja fákat és más növényeket újra betelepíteni olyan helyeken, amelyeket más célra alakítottak át, mint például mezőgazdasági terület, bányászat vagy fejlesztés, vagy szennyezés miatti veszteség után.

Tengeri törmelék, műanyag és vízszennyezés közvetlenül hozzájárultak a legtöbb tengeri fű és mangrove elvesztéséhez. A Tiszta víz törvény az Egyesült Államokban, és más erőfeszítések is igyekeztek csökkenteni az ilyen szennyezést és lehetővé tenni az újraerdősítést. Ezeket a kifejezéseket általában a szárazföldi erdők leírására használták, de magukban foglalhatnak olyan óceáni ökoszisztémákat is, mint a mangrove, tengeri fű, sós mocsarak vagy hínár.

Az ígéret:

Fák, mangrove, tengeri füvek és hasonló növények szén-dioxid-elnyelők, a szén-dioxid természetes felhasználása és megkötése fotoszintézis útján. Az Ocean CDR gyakran kiemeli a „kék szenet” vagy az óceánban megkötött szén-dioxidot. Az egyik leghatékonyabb kékszén ökoszisztéma a mangrove, amely megköti a szenet kérgében, gyökérrendszerében és talajában, akár 10 alkalommal több a szén, mint a szárazföldi erdőkben. Mangrove számos környezeti járulékos előnyök a helyi közösségek és a part menti ökoszisztémák számára, megakadályozva a hosszú távú degradációt és eróziót, valamint mérsékelve a viharok és a hullámok hatását a tengerparton. A mangroveerdők a növény gyökérrendszerében és ágaiban élőhelyeket is teremtenek különféle szárazföldi, vízi és madarak számára. Az ilyen projekteket is fel lehet használni közvetlenül fordítva az erdőirtás vagy a viharok hatásai, a partvonalak és a fákkal és növényekkel borított területek helyreállítása.

A fenyegetés:

Ezeket a projekteket kísérő kockázatok a természetesen megkötött szén-dioxid ideiglenes tárolásából fakadnak. Ahogy a part menti területhasználat megváltozik, és az óceáni ökoszisztémák fejlődése, utazása, ipari működése vagy erősödő viharok miatt megzavarodnak, a talajban raktározott szén az óceánvízbe és a légkörbe kerül. Ezek a projektek is hajlamosak biológiai sokféleség és a genetikai sokféleség elvesztése a gyorsan növekvő fajok javára, növelve a betegségek és a nagymértékű kihalások kockázatát. Helyreállítási projektek energiaigényes lehet és fosszilis tüzelőanyagra van szükség a szállításhoz és gépekre a karbantartáshoz. A tengerparti ökoszisztémák helyreállítása ezekkel a természetalapú megoldásokkal, a helyi közösségek megfelelő figyelembevétele nélkül földfoglalást eredményezhet és hátrányos helyzetű közösségek, amelyek a legkevésbé járultak hozzá az éghajlatváltozáshoz. Az erős közösségi kapcsolatok és az érdekelt felek részvétele az őslakosokkal és a helyi közösségekkel kulcsfontosságú a méltányosság és az igazságosság biztosításához a természetes óceáni CDR-re irányuló erőfeszítésekben.

A Seaweed Cultivation célja hínár és makroalgák telepítése, hogy kiszűrjék a szén-dioxidot a vízből és fotoszintézis útján tárolja a biomasszában. Ezt a szénben gazdag hínárt azután tenyészthetjük, és felhasználhatjuk termékekben vagy élelmiszerekben, vagy az óceán fenekére süllyeszthetjük és elkülöníthetjük.

Az ígéret:

A tengeri moszat és hasonló nagyméretű óceáni növények gyorsan növekszenek, és a világ számos régiójában jelen vannak. Az erdősítési vagy újraerdősítési erőfeszítésekhez képest a hínár óceáni élőhelye nem teszi érzékenyebbé a tüzekre, a behatolásra vagy a szárazföldi erdőket fenyegető egyéb veszélyekre. Hínár szekveszterek nagy mennyiségű szén-dioxid és sokféle felhasználása van a növekedés után. A vízbázisú szén-dioxid eltávolításával a hínár segíthet a régióknak az óceánok elsavasodása és oxigénben gazdag élőhelyeket biztosítanak az óceáni ökoszisztémák számára. A környezetvédelmi előnyök mellett a hínárnak olyan előnyei is vannak az éghajlathoz való alkalmazkodáshoz, amelyek képesek megvédi a partvonalakat az eróziótól a hullámenergia csillapításával. 

A fenyegetés:

A tengeri moszat szén-dioxid-leválasztása különbözik a többi kékgazdaságú CDR-eljárástól, mivel a növény CO-t tárol₂ a biomasszában, ahelyett, hogy az üledékbe kerülne. Ennek eredményeként a CO₂ a hínár eltávolítási és tárolási lehetőségét a növény korlátozza. A vadon élő hínár háziasítása hínártermesztéssel lehet csökkenti a növény genetikai sokféleségétnöveli a betegségek és a súlyos kihalások lehetőségét. Ezenkívül a hínártermesztés jelenlegi javasolt módszerei közé tartozik a növények vízben történő termesztése mesterséges anyagokon, például kötélen és sekély vizekben. Ez megakadályozhatja a fény és a tápanyagok bejutását a hínár alatti víz élőhelyeiből, és károsíthatja ezeket az ökoszisztémákat. beleértve az összefonódásokat is. Maga a hínár is ki van téve a vízminőségi problémák és a ragadozók miatti leromlásnak. Nagy projektek, amelyek célja a hínár óceánba süllyesztése, jelenleg arra számítanak elsüllyeszteni a kötelet vagy mesterséges anyagot valamint potenciálisan szennyezheti a vizet, amikor a hínár elsüllyed. Az ilyen típusú projektek várhatóan költségkorlátokkal is szembesülnek, ami korlátozza a méretezhetőséget. További kutatásokra van szükség hogy meghatározzuk a hínár termesztésének legjobb módját és elnyerjük a jótékony ígéreteket, miközben minimalizáljuk a várható fenyegetéseket és nem szándékos következményeket.

Összességében az óceánok és a part menti ökoszisztémák mangrove, tengeri füvek, sós mocsári ökoszisztémák és hínártermesztés révén történő helyreállításának célja, hogy növelje és helyreállítsa a Föld természetes rendszereinek képességét a légköri szén-dioxid feldolgozására és tárolására. A biodiverzitás éghajlatváltozásból eredő csökkenése az emberi tevékenységek, például az erdőirtás miatti biológiai sokféleség csökkenésével jár együtt, ami csökkenti a Föld éghajlatváltozással szembeni ellenálló képességét. 

2018-ban a Biológiai sokféleséggel és ökoszisztéma-szolgáltatásokkal foglalkozó kormányközi tudományos-politikai platform (IPBES) arról számolt be, hogy az óceáni ökoszisztémák kétharmada megsérülnek, leromlottak vagy megváltoztak. Ez a szám növekedni fog a tengerszint emelkedésével, az óceánok elsavasodásával, a mélytengeri bányászattal és az antropogén klímaváltozás hatásaival. A természetes szén-dioxid-eltávolítási módszerek hasznot húznak a biológiai sokféleség növekedéséből és az ökoszisztémák helyreállításából. A tengeri moszat termesztése egy feltörekvő kutatási terület, amelyre előnyös lenne a célzott kutatás. Az óceáni ökoszisztémák átgondolt helyreállítása és védelme azonnali lehetőséget rejt magában az éghajlatváltozás hatásainak mérséklésére a kibocsátáscsökkentés és a járulékos előnyök révén.

---

A természetes óceáni folyamatok fokozása az éghajlatváltozás mérséklése érdekében

A természetes folyamatok mellett a kutatók a természetes szén-dioxid-eltávolítás fokozására, az óceán szén-dioxid-felvételének ösztönzésére szolgáló módszereket vizsgálnak. Három óceánklíma geomérnöki projekt tartozik ebbe a természetes folyamatok fokozásának kategóriájába: az óceán lúgosságának növelése, tápanyag-trágyázás, valamint mesterséges fel- és lefolyás. 

Az Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) egy CDR-módszer, amelynek célja az óceán szén-dioxid eltávolítása az ásványok természetes időjárási reakcióinak felgyorsításával. Ezek az időjárási reakciók szén-dioxidot használnak, és szilárd anyagot hoznak létre. Jelenlegi OAE technikák szén-dioxid megkötése lúgos kőzetekkel, például mésszel vagy olivinnel, vagy elektrokémiai eljárással.

Az ígéret:

Alapján természetes kőzetmállási folyamatok, az OAE az méretezhető, és állandó módszert kínál a szén-dioxid eltávolításáról. A gáz és az ásvány közötti reakció során várhatóan lerakódások keletkeznek növeli az óceán pufferkapacitását, viszont csökkenti az óceánok savasodását. Az óceánok ásványi lerakódásainak növekedése szintén növelheti az óceánok termelékenységét.

A fenyegetés:

A mállási reakció sikere az ásványok elérhetőségétől és eloszlásától függ. Az ásványi anyagok egyenetlen eloszlása ​​és regionális érzékenység A szén-dioxid csökkenése negatívan befolyásolhatja az óceánok környezetét. Ezenkívül az OAE-hez szükséges ásványi anyagok mennyisége a legvalószínűbb szárazföldi bányákból származik, és használatához el kell szállítani a part menti régiókba. Az óceán lúgosságának növelése az óceán pH-ját is módosítja befolyásolja a biológiai folyamatokat. Az óceán lúgosságának fokozása van nem látott annyi terepkísérletet vagy annyi kutatást mint szárazföldi mállás, és ennek a módszernek a hatásai jobban ismertek a szárazföldi mállásról. 

Tápanyag-trágyázás azt javasolja, hogy vasat és más tápanyagokat adnak az óceánba a fitoplankton növekedésének ösztönzése érdekében. Egy természetes folyamat előnyeit kihasználva a fitoplankton könnyen felveszi a légköri szén-dioxidot, és lesüllyed az óceán fenekére. 2008-ban a nemzetek az ENSZ Biológiai Sokféleség Egyezményében beleegyezett az elővigyázatossági moratóriumba a gyakorlatról, amely lehetővé teszi a tudományos közösség számára, hogy jobban megértse az ilyen projektek előnyeit és hátrányait.

Az ígéret:

A légköri szén-dioxid eltávolítása mellett a tápanyag-műtrágyázás is átmenetileg csökkenti az óceán savasodását és a növeli a halállományt. A fitoplankton sok hal táplálékforrása, és a táplálék megnövekedett elérhetősége növelheti a halak mennyiségét azokban a régiókban, ahol a projekteket végrehajtják. 

A fenyegetés:

A tanulmányok továbbra is korlátozottak a tápanyag-műtrágyázás és felismerni a sok ismeretlent ennek a CDR-módszernek a hosszú távú hatásairól, járulékos előnyeiről és tartósságáról. A tápanyag-műtrágyázási projektek nagy mennyiségű anyagot igényelhetnek vas, foszfor és nitrogén formájában. Ezen anyagok beszerzése további bányászatot, gyártást és szállítást igényelhet. Ez érvénytelenítheti a pozitív CDR hatását, és károsíthatja a bolygó más ökoszisztémáit a bányászati ​​​​kitermelés miatt. Ezenkívül a fitoplankton növekedése is eredményezheti káros algavirágzást, csökkenti az óceán oxigéntartalmát, és növeli a metántermelést, üvegházhatású gáz, amely a szén-dioxidhoz képest 10-szer nagyobb hőmennyiséget köt be.

Az óceán természetes keveredése a fel- és lefolyáson keresztül vizet juttat a felszínről az üledékbe, elosztva a hőmérsékletet és a tápanyagokat az óceán különböző régióiban. Mesterséges fel- és lefolyás célja, hogy egy fizikai mechanizmus segítségével felgyorsítsa és ösztönözze ezt a keveredést, fokozva az óceánvíz keveredését, hogy szén-dioxidban gazdag felszíni vizet juttathasson az óceán mélyébe, és hideg, tápanyagban gazdag víz kerül a felszínre. Ez várhatóan ösztönzi a fitoplankton növekedését és a fotoszintézist, hogy eltávolítsa a szén-dioxidot a légkörből. A jelenlegi javasolt mechanizmusok közé tartozik függőleges csövek és szivattyúk használatával hogy vizet merítsen az óceán fenekéről a tetejére.

Az ígéret:

A mesterséges fel- és lefolyást a természetes rendszer javításaként javasolják. Ez a tervezett vízmozgás segíthet elkerülni a megnövekedett fitoplanktonnövekedés mellékhatásait, például az alacsony oxigén zónákat és a felesleges tápanyagokat az óceánok keveredésének fokozásával. Melegebb vidékeken ez a módszer segíthet lehűteni a felületi hőmérsékletet és lassú korallfehéredés. 

A fenyegetés:

Ez a mesterséges keverési módszer korlátozott kísérleteket és terepi teszteket mutatott be, amelyek kis léptékben és korlátozott ideig tartottak. A korai kutatások azt mutatják, hogy összességében a mesterséges fel- és lefolyás alacsony CDR potenciállal és ideiglenes zárolást biztosítanak szén-dioxid. Ez az átmeneti tárolás a fel- és lefolyási ciklus eredménye. Bármilyen szén-dioxid, amely lefelé áramlik az óceán fenekére, valószínűleg egy másik időpontban felszáll. Ezenkívül ez a módszer a felmondási kockázat lehetőségét is látja. Ha a mesterséges szivattyú meghibásodik, leállítják vagy hiányzik a finanszírozás, a megnövekedett tápanyag- és szén-dioxid a felszínen növelheti a metán és a dinitrogén-oxid koncentrációját, valamint az óceánok elsavasodását. A mesterséges óceánok keverésének jelenlegi javasolt mechanizmusa csőrendszert, szivattyúkat és külső energiaellátást igényel. Ezeknek a csöveknek a felszerelése valószínűleg szükségessé válik hajók, hatékony energiaforrás és karbantartás. 

---

Ocean CDR mechanikai és kémiai módszerekkel

A mechanikus és kémiai óceáni CDR beavatkozik a természetes folyamatokba, és a technológia felhasználásával egy természetes rendszert kíván megváltoztatni. Jelenleg a tengervíz-szén-kinyerés dominál a mechanikai és kémiai óceáni CDR-beszélgetésben, de ebbe a kategóriába tartozhatnak más módszerek is, mint például a fentebb tárgyalt mesterséges fel- és lefolyás.

A Seawater Carbon Extraction vagy elektrokémiai CDR célja, hogy eltávolítsa a szén-dioxidot az óceánvízből, és máshol tárolja, hasonló elvek alapján a levegőben lévő szén-dioxid megkötésére és tárolására. A javasolt módszerek közé tartozik az elektrokémiai eljárások alkalmazása a szén-dioxid gáz halmazállapotú formájának tengervízből történő összegyűjtésére, és a gáz szilárd vagy folyékony formában történő tárolására geológiai képződményben vagy óceáni üledékben.

Az ígéret:

A szén-dioxidnak az óceán vizéből való eltávolításának ez a módszere várhatóan lehetővé teszi, hogy az óceán természetes folyamatok révén több légköri szén-dioxidot vegyen fel. Az elektrokémiai CDR-re vonatkozó tanulmányok kimutatták, hogy megújuló energiaforrás esetén ez a módszer energiatakarékos lehet. A szén-dioxid eltávolítása az óceánok vizéből várhatóan tovább folytatódik visszafordítani vagy szüneteltetni az óceán savasodását. 

A fenyegetés:

A tengervíz-szén-kivonás korai tanulmányai elsősorban laboratóriumi kísérletekben tesztelték a koncepciót. Ennek eredményeként ennek a módszernek a kereskedelmi alkalmazása továbbra is erősen elméleti, és potenciális energiaigényes. A kutatások is elsősorban a szén-dioxid tengervízből való kémiai eltávolíthatóságára összpontosítottak kevés kutatás a környezeti kockázatokról. A jelenlegi aggodalmak közé tartozik a helyi ökoszisztéma egyensúlyi eltolódásaival kapcsolatos bizonytalanság és a folyamat tengeri élővilágra gyakorolt ​​hatása.

---

Van-e út az óceáni CDR-hez?

Számos természetes óceáni CDR-projektet, például a part menti ökoszisztémák helyreállítását és védelmét támogatják a környezet és a helyi közösségek számára kutatott és ismert pozitív társelőnyök. További kutatásokra van szükség annak megértéséhez, hogy a szén mennyi és mennyi ideig tárolható ezeken a projekteken keresztül, de a járulékos előnyök egyértelműek. A természetes óceáni CDR-n túl azonban a továbbfejlesztett természetes, mechanikai és kémiai óceáni CDR-nek azonosítható hátrányai vannak, amelyeket alaposan mérlegelni kell, mielőtt bármilyen nagyszabású projektet végrehajtanánk. 

Mindannyian érintettek vagyunk a bolygón, és hatással lesznek ránk az éghajlati geomérnöki projektek, valamint az éghajlatváltozás. A döntéshozók, a politikai döntéshozók, a befektetők, a szavazók és minden érdekelt kulcsfontosságúak annak meghatározásában, hogy az egyik klímageomérnöki módszer kockázata felülmúlja-e egy másik módszer kockázatát vagy akár az éghajlatváltozás kockázatát. Az óceáni CDR-módszerek segíthetnek a légköri szén-dioxid csökkentésében, de csak a szén-dioxid-kibocsátás közvetlen csökkentése mellett érdemes ezeket figyelembe venni.