Terperangkap dalam Biru Besar: Penghapusan Karbon Dioksida Lautan

Memecah Geoengineering Iklim: Bagian 2

Bagian 1: Ketidaktahuan Tanpa Akhir
Bagian 3: Modifikasi Radiasi Matahari
Bagian 4: Mempertimbangkan Etika, Kesetaraan, dan Keadilan

Penghapusan karbon dioksida (CDR) adalah bentuk geoengineering iklim yang berupaya menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer. CDR menargetkan dampak emisi gas rumah kaca dengan mengurangi dan menghilangkan karbon dioksida atmosfer melalui penyimpanan jangka panjang dan jangka pendek. CDR dapat dianggap berbasis darat atau laut, tergantung pada material dan sistem yang digunakan untuk menangkap dan menyimpan gas. Penekanan pada CDR berbasis darat telah dominan dalam percakapan ini tetapi minat untuk memanfaatkan CDR laut meningkat, dengan perhatian pada proyek alam dan mekanik dan kimia yang ditingkatkan.

---

Sistem alami sudah menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer

Lautan adalah penyerap karbon alami, menangkap 25% karbon dioksida atmosfer dan 90% dari kelebihan panas bumi melalui proses alami seperti fotosintesis dan penyerapan. Sistem ini telah membantu menjaga suhu global, tetapi menjadi kelebihan beban karena peningkatan karbon dioksida atmosfer dan gas rumah kaca lainnya dari emisi bahan bakar fosil. Penyerapan yang meningkat ini mulai mempengaruhi kimiawi laut, menyebabkan pengasaman laut, hilangnya keanekaragaman hayati, dan pola ekosistem baru. Membangun kembali keanekaragaman hayati dan ekosistem yang dipadukan dengan pengurangan bahan bakar fosil akan memperkuat planet ini melawan perubahan iklim.

Penghapusan karbon dioksida, melalui pertumbuhan tanaman dan pohon baru, dapat terjadi baik di darat maupun di ekosistem laut. Penghijauan adalah pembuatan hutan baru atau ekosistem laut, seperti hutan bakau, di daerah yang secara historis tidak memiliki tumbuhan seperti itu, sementara reboisasi berupaya untuk itu memperkenalkan kembali pohon dan tanaman lainnya di lokasi yang telah diubah untuk penggunaan lain, seperti lahan pertanian, pertambangan, atau pengembangan, atau setelah hilang akibat polusi.

Sampah laut, plastik, dan polusi air berkontribusi langsung terhadap hilangnya sebagian besar lamun dan mangrove. Itu UU Air Bersih di Amerika Serikat, dan upaya lain telah berhasil untuk mengurangi polusi tersebut dan memungkinkan reboisasi. Istilah-istilah ini secara umum digunakan untuk menggambarkan hutan berbasis lahan, tetapi juga dapat mencakup ekosistem berbasis laut seperti bakau, lamun, rawa asin, atau rumput laut.

Janji:

Pohon, bakau, lamun, dan tumbuhan sejenis adalah penyerap karbon, menggunakan dan menyerap karbon dioksida secara alami melalui fotosintesis. Ocean CDR sering menyoroti 'karbon biru', atau karbon dioksida yang diasingkan di lautan. Salah satu ekosistem karbon biru yang paling efektif adalah bakau, yang menyerap karbon di kulit kayu, sistem akar, dan tanah, menyimpan hingga 10 kali lebih banyak karbon daripada hutan di darat. Mangrove menyediakan banyak manfaat bersama lingkungan bagi masyarakat lokal dan ekosistem pesisir, mencegah degradasi dan erosi jangka panjang serta memoderasi dampak badai dan gelombang di pesisir. Hutan bakau juga menciptakan habitat bagi berbagai hewan darat, air, dan burung di sistem akar dan cabang tanaman. Proyek semacam itu juga dapat digunakan untuk langsung terbalik dampak penggundulan hutan atau badai, memulihkan garis pantai dan tanah yang kehilangan tutupan pohon dan tanaman.

Ancaman:

Risiko yang menyertai proyek ini berasal dari penyimpanan sementara karbon dioksida yang diserap secara alami. Karena perubahan penggunaan lahan pesisir dan ekosistem laut terganggu untuk pembangunan, perjalanan, industri, atau dengan memperkuat badai, karbon yang tersimpan di tanah akan dilepaskan ke air laut dan atmosfer. Proyek-proyek ini juga rentan terhadap keanekaragaman hayati dan hilangnya keanekaragaman genetik mendukung spesies yang tumbuh cepat, meningkatkan risiko penyakit dan kematian besar. Proyek restorasi dapat intensif energi dan membutuhkan bahan bakar fosil untuk transportasi dan mesin untuk pemeliharaan. Mengembalikan ekosistem pesisir melalui solusi berbasis alam ini tanpa pertimbangan yang tepat bagi masyarakat setempat dapat mengakibatkan perampasan tanah dan merugikan masyarakat yang memiliki kontribusi paling kecil terhadap perubahan iklim. Hubungan masyarakat yang kuat dan keterlibatan pemangku kepentingan dengan masyarakat adat dan masyarakat lokal adalah kunci untuk memastikan pemerataan dan keadilan dalam upaya CDR laut alami.

Budidaya Rumput Laut bertujuan untuk menanam rumput laut dan makroalga untuk menyaring karbondioksida dari air dan menyimpannya dalam biomassa melalui fotosintesis. Rumput laut kaya karbon ini kemudian dapat dibudidayakan dan digunakan dalam produk atau makanan atau ditenggelamkan ke dasar laut dan diasingkan.

Janji:

Rumput laut dan tumbuhan laut besar serupa tumbuh dengan cepat dan ada di berbagai wilayah di seluruh dunia. Dibandingkan dengan upaya penghijauan atau reboisasi, habitat lautan rumput laut membuatnya tidak rentan terhadap kebakaran, perambahan, atau ancaman lain terhadap hutan darat. Penyerap rumput laut karbon dioksida dalam jumlah tinggi dan memiliki berbagai kegunaan setelah pertumbuhan. Dengan menghilangkan karbon dioksida berbasis air, rumput laut dapat membantu daerah bekerja melawan pengasaman laut dan menyediakan habitat yang kaya oksigen untuk ekosistem laut. Selain kemenangan lingkungan ini, rumput laut juga memiliki manfaat adaptasi iklim yang bisa melindungi garis pantai dari erosi dengan meredam energi gelombang. 

Ancaman:

Penangkapan karbon rumput laut berbeda dari proses CDR ekonomi biru lainnya, dengan pabrik menyimpan COXNUMX₂ dalam biomassanya, daripada mentransfernya ke dalam sedimen. Akibatnya, KPU₂ potensi pemindahan dan penyimpanan rumput laut dibatasi oleh tanaman. Domestikasi rumput laut liar melalui budidaya rumput laut dapat dilakukan menurunkan keragaman genetik tanaman, meningkatkan potensi penyakit dan kematian yang besar. Selain itu, metode budidaya rumput laut yang diusulkan saat ini termasuk menanam tanaman di air dengan bahan buatan, seperti tali, dan di perairan dangkal. Ini dapat mencegah cahaya dan nutrisi dari habitat di air di bawah rumput laut dan menyebabkan kerusakan pada ekosistem tersebut termasuk keterikatan. Rumput laut itu sendiri juga rentan terhadap degradasi karena masalah kualitas air dan pemangsaan. Proyek besar yang bertujuan untuk menenggelamkan rumput laut ke laut saat ini diperkirakan akan berhasil menenggelamkan tali atau bahan buatan serta berpotensi mencemari air saat rumput laut tenggelam. Jenis proyek ini juga diantisipasi mengalami kendala biaya, membatasi skalabilitas. Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk menentukan cara terbaik untuk membudidayakan rumput laut dan mendapatkan manfaat yang dijanjikan sambil meminimalkan ancaman yang diantisipasi dan konsekuensi yang tidak diinginkan.

Secara keseluruhan, pemulihan ekosistem laut dan pesisir melalui hutan bakau, padang lamun, ekosistem rawa asin, dan budidaya rumput laut bertujuan untuk meningkatkan dan memulihkan kemampuan sistem alami Bumi dalam memproses dan menyimpan karbon dioksida di atmosfer. Hilangnya keanekaragaman hayati akibat perubahan iklim diperparah dengan hilangnya keanekaragaman hayati akibat aktivitas manusia, seperti penggundulan hutan, yang menurunkan ketahanan bumi terhadap perubahan iklim. 

Pada tahun 2018, Platform Kebijakan-Ilmu Antarpemerintah tentang Layanan Keanekaragaman Hayati dan Ekosistem (IPBES) melaporkan bahwa dua pertiga ekosistem laut rusak, terdegradasi, atau diubah. Jumlah ini akan meningkat seiring dengan kenaikan permukaan laut, pengasaman laut, penambangan dasar laut dalam, dan dampak perubahan iklim antropogenik. Metode penghilangan karbon dioksida alami akan mendapat manfaat dari peningkatan keanekaragaman hayati dan pemulihan ekosistem. Budidaya rumput laut adalah bidang studi yang sedang berkembang yang akan mendapat manfaat dari penelitian yang ditargetkan. Restorasi dan perlindungan ekosistem laut yang cermat memiliki potensi langsung untuk memitigasi dampak perubahan iklim melalui pengurangan emisi yang dipadukan dengan manfaat tambahan.

---

Meningkatkan proses laut alami untuk mitigasi perubahan iklim

Selain proses alami, para peneliti sedang menyelidiki metode untuk meningkatkan penghilangan karbon dioksida secara alami, mendorong penyerapan karbon dioksida di laut. Tiga proyek geoengineering iklim laut termasuk dalam kategori peningkatan proses alami ini: peningkatan alkalinitas laut, pemupukan nutrisi, dan upwelling dan downwelling buatan. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) adalah metode CDR yang bertujuan untuk menghilangkan karbon dioksida laut dengan mempercepat reaksi pelapukan alami mineral. Reaksi pelapukan ini menggunakan karbon dioksida dan menghasilkan bahan padat. Teknik OAE saat ini menangkap karbon dioksida dengan batuan alkali, yaitu kapur atau olivin, atau melalui proses elektrokimia.

Janji:

Berdasarkan proses pelapukan batuan alam, OAE adalah terukur dan menawarkan metode permanen penghilangan karbon dioksida. Reaksi antara gas dan mineral menciptakan deposit yang diharapkan meningkatkan kapasitas penyangga laut, pada gilirannya mengurangi pengasaman laut. Peningkatan deposit mineral di laut juga dapat meningkatkan produktivitas laut.

Ancaman:

Keberhasilan reaksi pelapukan tergantung pada ketersediaan dan distribusi mineral. Distribusi mineral yang tidak merata dan sensitivitas daerah terhadap penurunan karbon dioksida dapat berdampak negatif terhadap lingkungan laut. Selain itu, jumlah mineral yang dibutuhkan untuk OAE kemungkinan besar bersumber dari tambang darat, dan akan membutuhkan transportasi ke daerah pesisir untuk digunakan. Meningkatkan alkalinitas laut juga akan mengubah pH laut mempengaruhi proses biologis. Peningkatan alkalinitas laut telah tidak terlihat sebanyak percobaan lapangan atau penelitian sebanyak sebagai pelapukan darat, dan dampak metode ini lebih dikenal dengan pelapukan darat. 

Pemupukan Nutrisi mengusulkan penambahan zat besi dan nutrisi lainnya ke laut untuk mendorong pertumbuhan fitoplankton. Mengambil keuntungan dari proses alami, fitoplankton dengan mudah mengambil karbon dioksida atmosfer dan tenggelam ke dasar lautan. Pada tahun 2008, negara-negara di Konvensi PBB tentang Keanekaragaman Hayati menyetujui moratorium pencegahan pada praktik untuk memungkinkan komunitas ilmiah untuk lebih memahami pro dan kontra dari proyek semacam itu.

Janji:

Selain menghilangkan karbon dioksida atmosfer, pemupukan nutrisi dapat dilakukan untuk sementara mengurangi pengasaman laut dan meningkatkan stok ikan. Fitoplankton merupakan sumber makanan bagi banyak ikan, dan ketersediaan makanan yang meningkat dapat meningkatkan jumlah ikan di wilayah tempat proyek dilakukan. 

Ancaman:

Studi tetap terbatas pada pemupukan nutrisi dan mengenali banyak hal yang tidak diketahui tentang efek jangka panjang, manfaat tambahan, dan kelanggengan metode CDR ini. Proyek pemupukan nutrisi mungkin membutuhkan bahan dalam jumlah besar dalam bentuk besi, fosfor, dan nitrogen. Sumber bahan-bahan ini mungkin memerlukan penambangan, produksi, dan transportasi tambahan. Ini dapat meniadakan dampak CDR positif dan merusak ekosistem lain di planet ini akibat ekstraksi pertambangan. Selain itu, pertumbuhan fitoplankton dapat mengakibatkan ganggang berbahaya, mengurangi oksigen di lautan, dan meningkatkan produksi metana, GRK yang memerangkap 10 kali jumlah panas dibandingkan dengan karbon dioksida.

Pencampuran alami lautan melalui upwelling dan downwelling membawa air dari permukaan ke sedimen, mendistribusikan suhu dan nutrisi ke berbagai wilayah lautan. Upwelling dan Downwelling Buatan bertujuan untuk menggunakan mekanisme fisik untuk mempercepat dan mendorong pencampuran ini, meningkatkan pencampuran air laut untuk membawa air permukaan yang kaya karbon dioksida ke laut dalam, dan dingin, air kaya nutrisi ke permukaan. Hal ini diantisipasi untuk mendorong pertumbuhan fitoplankton dan fotosintesis untuk menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer. Mekanisme yang diusulkan saat ini meliputi menggunakan pipa vertikal dan pompa untuk menarik air dari dasar laut ke atas.

Janji:

Upwelling buatan dan downwelling diusulkan sebagai peningkatan sistem alami. Pergerakan air yang terencana ini dapat membantu menghindari efek samping dari peningkatan pertumbuhan fitoplankton seperti zona oksigen rendah dan kelebihan nutrisi dengan meningkatkan pencampuran laut. Di daerah yang lebih hangat, metode ini dapat membantu mendinginkan suhu permukaan dan pemutihan karang lambat. 

Ancaman:

Metode pencampuran buatan ini telah melihat eksperimen terbatas dan uji lapangan yang berfokus pada skala kecil dan untuk periode waktu terbatas. Penelitian awal menunjukkan bahwa secara keseluruhan, artificial upwelling dan downwelling memiliki potensi CDR yang rendah dan memberikan pengasingan sementara karbon dioksida. Penyimpanan sementara ini merupakan hasil dari siklus upwelling dan downwelling. Setiap karbon dioksida yang bergerak ke dasar lautan melalui downwelling kemungkinan besar akan naik ke atas di beberapa titik waktu lainnya. Selain itu, metode ini juga melihat adanya potensi risiko pemutusan hubungan kerja. Jika pompa buatan gagal, dihentikan, atau kekurangan dana, peningkatan nutrisi dan karbon dioksida di permukaan dapat meningkatkan konsentrasi metana dan dinitrogen oksida serta pengasaman laut. Mekanisme yang diusulkan saat ini untuk pencampuran laut buatan membutuhkan sistem pipa, pompa, dan pasokan energi eksternal. Pemasangan pipa-pipa ini kemungkinan membutuhkan kapal, sumber energi yang efisien, dan pemeliharaan. 

---

CDR Laut melalui Metode Mekanik dan Kimia

CDR laut mekanik dan kimia mengintervensi proses alami, bertujuan menggunakan teknologi untuk mengubah sistem alami. Saat ini, ekstraksi karbon air laut mendominasi percakapan CDR mekanik dan kimia laut, tetapi metode lain seperti upwelling dan downwelling buatan, yang dibahas di atas, juga dapat masuk dalam kategori ini.

Ekstraksi Karbon Air Laut, atau CDR Elektrokimia, bertujuan untuk menghilangkan karbon dioksida dalam air laut dan menyimpannya di tempat lain, beroperasi dengan prinsip serupa untuk mengarahkan penangkapan dan penyimpanan karbon dioksida udara. Metode yang diusulkan termasuk menggunakan proses elektrokimia untuk mengumpulkan karbon dioksida dalam bentuk gas dari air laut, dan menyimpan gas tersebut dalam bentuk padat atau cair dalam formasi geologis atau dalam sedimen laut.

Janji:

Metode penghilangan karbon dioksida dari air laut ini diharapkan memungkinkan laut mengambil lebih banyak karbon dioksida atmosfer melalui proses alami. Studi tentang CDR elektrokimia telah menunjukkan bahwa dengan sumber energi terbarukan, metode ini bisa hemat energi. Menghapus karbon dioksida dari air laut diharapkan lebih lanjut membalikkan atau menjeda pengasaman laut. 

Ancaman:

Studi awal tentang ekstraksi karbon air laut terutama menguji konsep tersebut dalam eksperimen berbasis laboratorium. Akibatnya, aplikasi komersial dari metode ini tetap sangat teoretis, dan berpotensi energi intensif. Penelitian juga terutama berfokus pada kemampuan kimiawi karbon dioksida untuk dihilangkan dari air laut, dengan sedikit penelitian tentang risiko lingkungan. Kekhawatiran saat ini meliputi ketidakpastian tentang pergeseran keseimbangan ekosistem lokal dan dampak proses ini terhadap kehidupan laut.

---

Apakah ada jalan ke depan untuk CDR samudra?

Banyak proyek CDR laut alami, seperti restorasi dan perlindungan ekosistem pesisir, didukung oleh manfaat tambahan positif yang telah diteliti dan diketahui bagi lingkungan dan masyarakat lokal. Penelitian tambahan untuk memahami jumlah dan lamanya waktu karbon dapat disimpan melalui proyek-proyek ini masih diperlukan, tetapi manfaat tambahannya jelas. Di luar CDR laut alami, bagaimanapun, CDR laut alami dan mekanik dan kimia yang ditingkatkan memiliki kelemahan yang dapat diidentifikasi yang harus dipertimbangkan dengan hati-hati sebelum melaksanakan proyek apa pun dalam skala besar. 

Kita semua adalah pemangku kepentingan di planet ini dan akan terpengaruh oleh proyek geoengineering iklim serta perubahan iklim. Pengambil keputusan, pembuat kebijakan, investor, pemilih, dan semua pemangku kepentingan adalah kunci dalam menentukan apakah risiko satu metode geoengineering iklim melebihi risiko metode lain atau bahkan risiko perubahan iklim. Metode CDR samudra dapat membantu mengurangi karbon dioksida di atmosfer, tetapi sebaiknya hanya dipertimbangkan selain pengurangan langsung emisi karbon dioksida.