Föst í stóra bláu: Koltvísýringsfjarlæging sjávar

Breaking Down Climate Geoengineering: Part 2

Part 1: Endalaus óþekkt
3. hluti: Breyting á sólargeislun
Hluti 4: Að huga að siðfræði, jöfnuði og réttlæti

Fjarlæging koltvísýrings (CDR) er tegund loftslags jarðverkfræði sem leitast við að fjarlægja koltvísýring úr andrúmsloftinu. CDR miðar að áhrifum losunar gróðurhúsalofttegunda með því að draga úr og fjarlægja koltvísýring í andrúmsloftinu með langtíma- og skammtímageymslu. CDR getur talist land eða haf, allt eftir því efni og kerfi sem notuð eru til að fanga og geyma gasið. Áhersla á landbundið CDR hefur verið ríkjandi í þessum samtölum en áhugi á að virkja haf CDR er að aukast, með athygli á auknum náttúrulegum og vélrænum og efnafræðilegum verkefnum.

---

Náttúruleg kerfi fjarlægja þegar koltvísýring úr andrúmsloftinu

Hafið er náttúrulegur kolefnisvaskur, ná 25% af koltvísýringi andrúmsloftsins og 90% af umframhita jarðar með náttúrulegum ferlum eins og ljóstillífun og frásog. Þessi kerfi hafa hjálpað til við að viðhalda hitastigi á jörðinni, en eru að verða ofhlaðin vegna aukningar á koltvísýringi í andrúmsloftinu og öðrum gróðurhúsalofttegundum vegna losunar jarðefnaeldsneytis. Þessi aukna upptaka er farin að hafa áhrif á efnafræði hafsins, sem veldur súrnun sjávar, tapi á líffræðilegum fjölbreytileika og nýjum vistkerfumynstri. Endurreisn líffræðilegs fjölbreytileika og vistkerfa ásamt fækkun jarðefnaeldsneytis mun styrkja jörðina gegn loftslagsbreytingum.

Fjarlæging koltvísýrings, með vexti nýrra plantna og trjáa, getur átt sér stað bæði á landi og í vistkerfum sjávar. Skógrækt er sköpun nýrra skóga eða vistkerfi hafsins, eins og mangroves, á svæðum sem hafa í gegnum tíðina ekki innihaldið slíkar plöntur, á meðan skógræktun leitast við að endurnýja tré og aðrar plöntur á stöðum sem hafði verið breytt í aðra notkun, eins og ræktað land, námuvinnslu eða þróun, eða eftir tap vegna mengunar.

Sjávarrusl, plast og vatnsmengun hafa beinlínis stuðlað að mestu sjávargrasi og mangrove tapi. The Lög um hreint vatn í Bandaríkjunum og aðrar tilraunir hafa unnið að því að draga úr slíkri mengun og leyfa skógrækt. Þessi hugtök hafa almennt verið notuð til að lýsa skógum á landi, en geta einnig falið í sér vistkerfi í hafinu eins og mangroves, sjávargrös, saltmýrar eða þang.

Loforðið:

Tré, mangroves, sjávargrös og svipaðar plöntur eru kolefnis vaskur, nota og binda koltvísýring náttúrulega með ljóstillífun. Ocean CDR undirstrikar oft „blátt kolefni“ eða koltvísýring sem er bundið í hafinu. Eitt áhrifaríkasta bláa kolefnisvistkerfið er mangroves, sem binda kolefni í berki, rótarkerfi og jarðvegi og geyma allt að 10 sinnum meira kolefni en skógar á landi. Mangroves veita fjölmarga umhverfishagur til byggðarlaga og vistkerfa í ströndum, koma í veg fyrir langvarandi hnignun og veðrun auk þess að miða áhrif storma og öldu á ströndina. Mangroveskógar skapa einnig búsvæði fyrir ýmis land-, vatna- og fugladýr í rótkerfi og greinum plöntunnar. Slík verkefni má líka nota til beint til baka áhrif skógareyðingar eða storma, endurheimt strandlengja og lands sem hefur misst trjá- og plöntuþekju.

Ógnin:

Áhætta sem fylgir þessum verkefnum stafar af tímabundinni geymslu á náttúrulega bundnu koltvísýringi. Þar sem landnotkun stranda breytist og vistkerfi hafsins raskast vegna þróunar, ferðalaga, iðnaðar eða vegna eflingar storma mun kolefni sem geymt er í jarðvegi losna út í sjóinn og andrúmsloftið. Þessum framkvæmdum er einnig hætt við líffræðilegan fjölbreytileika og tap á erfðafjölbreytileika í þágu ört vaxandi tegunda, auka hættuna á sjúkdómum og stórum dánartíðni. Endurreisnarverkefni getur verið orkufrekt og þurfa jarðefnaeldsneyti til flutninga og véla til viðhalds. Að endurheimta strandvistkerfi með þessum náttúrutengdu lausnum án viðeigandi tillits til sveitarfélaganna getur leitt til landtöku og standa höllum fæti fyrir samfélög sem hafa minnst framlag til loftslagsbreytinga. Sterk samfélagstengsl og tengsl hagsmunaaðila við frumbyggja og staðbundin samfélög eru lykillinn að því að tryggja jöfnuð og réttlæti í CDR viðleitni náttúrunnar.

Þararæktun miðar að því að gróðursetja þara og stórþörunga til að sía koltvísýring úr vatni og geyma það í lífmassa með ljóstillífun. Þessu kolefnisríku þangi er síðan hægt að rækta og nota í vörur eða matvæli eða sökkva á hafsbotn og binda.

Loforðið:

Þang og svipaðar stórar sjávarplöntur eru í örum vexti og eru til á svæðum um allan heim. Í samanburði við viðleitni til skógræktar eða uppgræðslu, gerir úthafssvæði þangs það ekki viðkvæmt fyrir eldi, ágangi eða öðrum ógnum við landskóga. Þangbindarar mikið magn af koltvísýringi og hefur margvíslega notkun eftir vöxt. Með því að fjarlægja vatnsbundið koltvísýring getur þang hjálpað svæðum að vinna gegn súrnun sjávar og veita súrefnisrík búsvæði fyrir vistkerfi hafsins. Auk þessara umhverfisvinninga hefur þang einnig ávinning að loftslagsaðlögun sem getur verja strandlengjur gegn veðrun með því að dempa bylgjuorku. 

Ógnin:

Kolefnisfanga þangs er aðgreint frá öðrum CDR-ferlum í bláu hagkerfi, þar sem álverið geymir CO₂ í lífmassa þess, frekar en að flytja hann yfir í setið. Fyrir vikið hefur CO₂ flutnings- og geymslumöguleikar fyrir þang takmarkast af álverinu. Að tæma villta þang með þangrækt má minnka erfðafræðilegan fjölbreytileika plöntunnar, auka möguleika á sjúkdómum og stórum dánartíðni. Að auki eru núverandi fyrirhugaðar aðferðir við þangrækt meðal annars að rækta plöntur í vatni á gerviefni, eins og reipi, og á grunnu vatni. Þetta getur komið í veg fyrir ljós og næringarefni frá búsvæðum í vatninu fyrir neðan þangið og valdið skaða á þeim vistkerfum þar á meðal flækjur. Þangið sjálft er einnig viðkvæmt fyrir niðurbroti vegna vatnsgæðavandamála og afráns. Stór verkefni sem miða að því að sökkva þanginu í hafið gera nú ráð fyrir sökkva reipinu eða gerviefni auk þess sem hugsanlega mengar vatnið þegar þangið sekkur. Einnig er gert ráð fyrir að þessi tegund af verkefnum verði fyrir kostnaðarþvingunum, sem takmarkar sveigjanleika. Frekari rannsókna er þörf til að ákvarða bestu leiðina til að rækta þang og öðlast góð fyrirheit um leið og lágmarka fyrirhugaðar ógnir og ófyrirséðar afleiðingar.

Á heildina litið miðar endurheimt vistkerfa hafs og stranda með mangrove, sjávargresi, saltmýrarvistkerfum og þangræktun að því að auka og endurheimta getu náttúrukerfa jarðar til að vinna og geyma koltvísýring í andrúmsloftinu. Tap líffræðilegs fjölbreytileika vegna loftslagsbreytinga er samsett við tap líffræðilegs fjölbreytileika vegna athafna manna, eins og skógareyðingar, sem dregur úr viðnámsþoli jarðar gegn loftslagsbreytingum. 

Árið 2018 greindi milliríkjavísindastefnuvettvangur um líffræðilegan fjölbreytileika og vistkerfisþjónustu (IPBES) frá því að tveir þriðju hlutar vistkerfa sjávar eru skemmd, niðurbrotin eða breytt. Þessi tala mun aukast með hækkun sjávarborðs, súrnun sjávar, námuvinnslu á djúpum hafsbotni og áhrifum af mannavöldum loftslagsbreytingum. Náttúrulegar aðferðir til að fjarlægja koltvísýring munu njóta góðs af því að auka líffræðilegan fjölbreytileika og endurheimta vistkerfi. Þararæktun er vaxandi fræðasvið sem myndi njóta góðs af markvissum rannsóknum. Hugsandi endurheimt og verndun vistkerfa hafsins hefur strax möguleika á að draga úr áhrifum loftslagsbreytinga með því að draga úr losun ásamt ávinningi.

---

Að efla náttúrulegt ferli sjávar til að draga úr loftslagsbreytingum

Auk náttúrulegra ferla eru vísindamenn að rannsaka aðferðir til að efla náttúrulegan koltvísýringsfjarlægð og hvetja til upptöku koltvísýrings í hafinu. Þrjú loftslagsverkefni í sjónum falla undir þennan flokk til að efla náttúrulega ferla: auka basavirkni sjávar, frjóvgun næringarefna og gervi uppstreymi og niðurstreymi. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) er CDR aðferð sem miðar að því að fjarlægja koltvísýring í sjónum með því að flýta fyrir náttúrulegum veðrunarviðbrögðum steinefna. Þessi veðrunarviðbrögð nota koltvísýring og mynda fast efni. Núverandi OAE tækni fanga koltvísýring með basískum steinum, þ.e. kalki eða ólívíni, eða með rafefnafræðilegu ferli.

Loforðið:

Byggt á náttúruleg bergveðrunarferli, OAE er skalanlegt og býður upp á varanlega aðferð um að fjarlægja koltvísýring. Viðbrögðin milli gassins og steinefnisins mynda útfellingar sem búist er við auka stuðpúðargetu hafsins, aftur á móti minnkandi súrnun sjávar. Aukning steinefnaútfella í hafinu getur einnig aukið framleiðni sjávar.

Ógnin:

Árangur veðrunarviðbragðanna er háður framboði og dreifingu steinefnanna. Ójöfn dreifing steinefna og svæðisbundin viðkvæmni til minnkunar á koltvísýringi getur haft neikvæð áhrif á umhverfi hafsins. Að auki er líklegast að magn steinefna sem þarf fyrir OAE sé það upprunninn úr jarðsprengjum, og mun krefjast flutnings til strandsvæða til notkunar. Aukið basastig sjávar mun einnig breyta pH sjávar hafa áhrif á líffræðilega ferla. Alkalínaaukning sjávar hefur ekki séð eins margar vettvangstilraunir eða eins miklar rannsóknir sem landveðrun og áhrif þessarar aðferðar eru betur þekkt fyrir landveðrun. 

Frjóvgun næringarefna leggur til að járni og öðrum næringarefnum verði bætt út í hafið til að hvetja til vaxtar svifsvifs. Með því að nýta náttúrulegt ferli tekur gróðursvif auðveldlega upp koltvísýring í andrúmsloftinu og sekkur til botns hafsins. Árið 2008, þjóðir á samningi Sameinuðu þjóðanna um líffræðilega fjölbreytni samþykkti greiðslustöðvun um framkvæmdina til að gera vísindasamfélaginu kleift að skilja betur kosti og galla slíkra verkefna.

Loforðið:

Auk þess að fjarlægja koltvísýring í andrúmsloftinu getur frjóvgun næringarefna draga tímabundið úr súrnun sjávar og auka fiskistofna. Plöntusvif er fæðugjafi margra fiska og aukið framboð á fæðu getur aukið magn fisks á þeim svæðum þar sem verkefnin eru unnin. 

Ógnin:

Rannsóknir eru enn takmarkaðar á frjóvgun næringarefna og þekkja hina mörgu óþekktu um langtímaáhrif, ávinning og varanleika þessarar CDR-aðferðar. Næringarefnafrjóvgunarverkefni geta þurft mikið magn af efnum í formi járns, fosfórs og köfnunarefnis. Uppruni þessara efna gæti þurft frekari námuvinnslu, framleiðslu og flutninga. Þetta gæti afneitað áhrifum hins jákvæða CDR og skaðað önnur vistkerfi á jörðinni vegna námuvinnslu. Að auki getur vöxtur plöntusvifs valdið skaðleg þörungablómi, draga úr súrefninu í sjónum og auka framleiðslu metans, gróðurhúsalofttegunda sem fangar 10 sinnum meira magn af hita samanborið við koltvísýring.

Náttúruleg blöndun hafsins í gegnum uppstreymi og niðurstreymi færir vatn frá yfirborði til botns og dreifir hitastigi og næringarefnum til mismunandi svæða hafsins. Gervi uppstreymi og niðurstreymi miðar að því að nota líkamlegt kerfi til að flýta fyrir og hvetja til þessarar blöndunar, auka blöndun sjávarvatns til að koma koltvísýringsríku yfirborðsvatni til djúpsins og kalt, næringarríkt vatn upp á yfirborðið. Gert er ráð fyrir að þetta ýti undir vöxt svifsvifs og ljóstillífun til að fjarlægja koltvísýring úr andrúmsloftinu. Núverandi fyrirhugaðar aðferðir eru ma með því að nota lóðrétt rör og dælur að draga vatn frá hafsbotni upp á topp.

Loforðið:

Gervi uppstreymi og niðurstreymi er lagt til sem efling náttúrukerfis. Þessi fyrirhugaða hreyfing vatns getur hjálpað til við að forðast aukaverkanir aukins vaxtar svifsvif eins og lág súrefnissvæði og umfram næringarefni með því að auka blöndun sjávar. Á hlýrri svæðum getur þessi aðferð hjálpað til við að kæla yfirborðshitastig og hæg kóralbleiking. 

Ógnin:

Þessi aðferð við gerviblöndun hefur séð takmarkaðar tilraunir og vettvangsprófanir sem beinast að litlum mælikvarða og í takmarkaðan tíma. Fyrstu rannsóknir benda til þess að á heildina litið hafi gervi uppstreymi og niðurstreymi litla CDR möguleika og veita tímabundna vistun af koltvísýringi. Þessi bráðabirgðageymsla er afleiðing af uppstreymi og niðurstreymi. Allur koltvísýringur sem berst til botns hafsins með niðurstreymi er líklegur til að hækka á einhverjum öðrum tímapunkti. Að auki sér þessi aðferð einnig möguleika á uppsagnaráhættu. Ef gervi dælan bilar, er hætt eða skortir fjármagn getur aukin næringarefni og koltvísýringur á yfirborði aukið styrk metans og nituroxíðs auk súrnunar sjávar. Núverandi fyrirhugað kerfi fyrir blöndun gervihafs krefst pípukerfis, dæla og utanaðkomandi orkugjafa. Líklegt er að afborgun þessara röra þurfi skip, hagkvæmur orkugjafi og viðhald. 

---

Ocean CDR með vélrænum og efnafræðilegum aðferðum

Vélræn og efnafræðileg haf CDR grípur inn í náttúrulega ferla, sem miðar að því að nota tækni til að breyta náttúrulegu kerfi. Eins og er, er sjókolefnisvinnsla ríkjandi í vélrænu og efnafræðilegu CDR samtali sjávar, en aðrar aðferðir eins og gervi uppstreymi og niðurstreymi, sem fjallað er um hér að ofan, gætu líka fallið í þennan flokk.

Seawater Carbon Extraction, eða Electrochemical CDR, miðar að því að fjarlægja koltvísýringinn í sjóvatni og geyma hann annars staðar, sem starfar á svipuðum nótum og beina koltvísýringi í lofti og geyma það. Fyrirhugaðar aðferðir fela í sér að nota rafefnafræðilega ferla til að safna loftkenndu koltvísýringsformi úr sjó og geyma það gas í föstu eða fljótandi formi í jarðmyndun eða í sjávarseti.

Loforðið:

Búist er við að þessi aðferð við að fjarlægja koltvísýring úr sjó hafi gert hafinu kleift að taka upp meira koltvísýring í andrúmsloftinu með náttúrulegum ferlum. Rannsóknir á rafefnafræðilegum CDR hafa gefið til kynna að með endurnýjanlegum orkugjafa, þessi aðferð gæti verið orkusparandi. Ennfremur er gert ráð fyrir að fjarlægja koltvísýring úr sjó snúa við eða gera hlé á súrnun sjávar. 

Ógnin:

Fyrstu rannsóknir á sjókolefnisvinnslu hafa fyrst og fremst prófað hugmyndina í tilraunum sem byggjast á rannsóknarstofu. Þess vegna er viðskiptaleg beiting þessarar aðferðar enn mjög fræðileg og hugsanlega orkufrekur. Rannsóknir hafa einnig fyrst og fremst beinst að efnafræðilegri getu koltvísýrings til að fjarlægja úr sjó, með litlar rannsóknir á umhverfisáhættu. Núverandi áhyggjur fela í sér óvissu um staðbundnar jafnvægisbreytingar í vistkerfum og áhrifin sem þetta ferli getur haft á lífríki sjávar.

---

Er leið fram á við fyrir CDR á hafinu?

Mörg CDR verkefni í náttúrunni, eins og endurheimt og verndun strandvistkerfa, eru studd af rannsökuðum og þekktum jákvæðum ávinningi fyrir umhverfið og staðbundin samfélög. Enn er þörf á frekari rannsóknum til að skilja magn og tíma sem hægt er að geyma kolefni í gegnum þessi verkefni, en ávinningurinn er augljós. Fyrir utan náttúrulegt haf CDR hefur endurbætt náttúrulegt og vélrænt og efnafræðilegt CDR haf hins vegar greinanlega ókosti sem ætti að íhuga vandlega áður en framkvæmdir eru framkvæmdar í stórum stíl. 

Við erum öll hagsmunaaðilar á jörðinni og munum verða fyrir áhrifum af loftslagsverkfræðiverkefnum sem og loftslagsbreytingum. Ákvarðanatakendur, stefnumótendur, fjárfestar, kjósendur og allir hagsmunaaðilar eru lykilatriði í því að ákvarða hvort áhættan af einni loftslagsfræðiaðferð vegi þyngra en áhættan af annarri aðferð eða jafnvel hættan á loftslagsbreytingum. Ocean CDR aðferðir geta hjálpað til við að draga úr koltvísýringi í andrúmsloftinu, en ætti aðeins að íhuga til viðbótar við beina minnkun á losun koltvísýrings.