Intrappolato nel grande blu: rimozione dell'anidride carbonica nell'oceano

Abbattere la geoingegneria climatica: parte 2

Parte 1: infinite incognite
Parte 3: modifica della radiazione solare
Parte 4: Considerare l'etica, l'equità e la giustizia

La rimozione dell'anidride carbonica (CDR) è una forma di geoingegneria climatica che cerca di rimuovere l'anidride carbonica dall'atmosfera. CDR mira all'impatto delle emissioni di gas serra riducendo e rimuovendo l'anidride carbonica atmosferica attraverso lo stoccaggio a lungo e breve termine. Il CDR può essere considerato terrestre o oceanico, a seconda del materiale e dei sistemi utilizzati per catturare e immagazzinare il gas. L'enfasi sul CDR terrestre è stata predominante in queste conversazioni, ma l'interesse per lo sfruttamento del CDR oceanico è in aumento, con attenzione a progetti naturali, meccanici e chimici potenziati.

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I sistemi naturali rimuovono già l'anidride carbonica dall'atmosfera

L'oceano è un serbatoio naturale di carbonio, catturare il 25% di anidride carbonica atmosferica e il 90% del calore in eccesso della terra attraverso processi naturali come la fotosintesi e l'assorbimento. Questi sistemi hanno contribuito a mantenere la temperatura globale, ma si stanno sovraccaricando a causa dell'aumento dell'anidride carbonica atmosferica e di altri gas serra derivanti dalle emissioni di combustibili fossili. Questo maggiore assorbimento ha iniziato a influenzare la chimica dell'oceano, causando l'acidificazione dell'oceano, la perdita di biodiversità e nuovi modelli di ecosistema. La ricostruzione della biodiversità e degli ecosistemi insieme alla riduzione dei combustibili fossili rafforzerà il pianeta contro il cambiamento climatico.

La rimozione dell'anidride carbonica, attraverso la crescita di nuove piante e alberi, può avvenire sia sulla terraferma che negli ecosistemi oceanici. L'imboschimento è il creazione di nuove foreste o ecosistemi oceanici, come le mangrovie, in aree che storicamente non hanno ospitato tali piante, mentre il rimboschimento cerca di reintrodurre alberi e altre piante in luoghi che erano stati convertiti a un uso diverso, come terreni agricoli, miniere o sviluppo, o dopo la perdita dovuta all'inquinamento.

Rifiuti marini, plastica e inquinamento delle acque hanno contribuito direttamente alla maggior parte della perdita di alghe e mangrovie. IL Legge sulla Purezza dell'Acqua negli Stati Uniti, e altri sforzi hanno lavorato per ridurre tale inquinamento e consentire il rimboschimento. Questi termini sono stati generalmente usati per descrivere le foreste terrestri, ma possono anche includere ecosistemi oceanici come mangrovie, fanerogame marine, paludi salmastre o alghe.

La promessa:

Alberi, mangrovie, fanerogame e piante simili lo sono pozzi di carbonio, utilizzando e sequestrando naturalmente l'anidride carbonica attraverso la fotosintesi. Ocean CDR evidenzia spesso il "carbonio blu" o l'anidride carbonica sequestrata nell'oceano. Uno degli ecosistemi di carbonio blu più efficaci sono le mangrovie, che sequestrano il carbonio nella corteccia, nel sistema radicale e nel suolo, immagazzinando fino ai tempi 10 più carbonio delle foreste terrestri. Le mangrovie forniscono numerosi co-benefici ambientali alle comunità locali e agli ecosistemi costieri, prevenendo il degrado e l'erosione a lungo termine e moderando l'impatto delle tempeste e delle onde sulla costa. Le foreste di mangrovie creano anche habitat per vari animali terrestri, acquatici e aviari nel sistema radicale e nei rami della pianta. Tali progetti possono anche essere utilizzati per direttamente inverso gli effetti della deforestazione o delle tempeste, ripristinando coste e terreni che hanno perso copertura arborea e vegetale.

La minaccia:

I rischi che accompagnano questi progetti derivano dallo stoccaggio temporaneo di anidride carbonica naturalmente sequestrata. Poiché l'uso del suolo costiero cambia e gli ecosistemi oceanici sono disturbati per lo sviluppo, i viaggi, l'industria o dal rafforzamento delle tempeste, il carbonio immagazzinato nei suoli verrà rilasciato nell'acqua dell'oceano e nell'atmosfera. Questi progetti sono anche inclini a perdita di biodiversità e diversità genetica a favore di specie a crescita rapida, aumentando il rischio di malattie e grandi estinzioni. Progetti di restauro può essere ad alta intensità energetica e richiedono combustibili fossili per il trasporto e macchinari per la manutenzione. Ripristino degli ecosistemi costieri attraverso queste soluzioni basate sulla natura senza un'adeguata considerazione per le comunità locali può portare all'accaparramento dei terreni e svantaggiare le comunità che hanno avuto il minor contributo al cambiamento climatico. Forti relazioni con la comunità e coinvolgimento delle parti interessate con le popolazioni indigene e le comunità locali sono fondamentali per garantire equità e giustizia negli sforzi di CDR dell'oceano naturale.

La coltivazione di alghe mira a piantare alghe e macroalghe per filtrare l'anidride carbonica dall'acqua e immagazzinarlo nella biomassa attraverso la fotosintesi. Queste alghe ricche di carbonio possono quindi essere coltivate e utilizzate in prodotti o alimenti o affondate sul fondo dell'oceano e sequestrate.

La promessa:

Le alghe e simili grandi piante oceaniche crescono rapidamente e sono presenti in regioni di tutto il mondo. Rispetto agli sforzi di imboschimento o rimboschimento, l'habitat oceanico delle alghe marine non lo rende suscettibile al fuoco, all'invasione o ad altre minacce alle foreste terrestri. Sequestratori di alghe elevate quantità di anidride carbonica e ha una varietà di usi dopo la crescita. Rimuovendo l'anidride carbonica a base d'acqua, le alghe possono aiutare le regioni a lavorare contro l'acidificazione degli oceani e fornire habitat ricchi di ossigeno per gli ecosistemi oceanici. Oltre a queste vittorie ambientali, le alghe hanno anche vantaggi di adattamento climatico che possono proteggere le coste dall'erosione smorzando l'energia delle onde. 

La minaccia:

La cattura del carbonio delle alghe è distinta da altri processi CDR dell'economia blu, con l'impianto che immagazzina CO₂ nella sua biomassa, piuttosto che trasferirla nel sedimento. Di conseguenza, il CO₂ il potenziale di rimozione e stoccaggio delle alghe è limitato dalla pianta. L'addomesticamento delle alghe selvatiche attraverso la coltivazione di alghe può diminuire la diversità genetica della pianta, aumentando il potenziale di malattie e grandi estinzioni. Inoltre, gli attuali metodi proposti per la coltivazione delle alghe includono la coltivazione di piante nell'acqua su materiale artificiale, come corde, e in acque poco profonde. Ciò può impedire la luce e le sostanze nutritive dagli habitat nell'acqua sotto le alghe e causare danni a tali ecosistemi intrecci compresi. L'alga stessa è anche vulnerabile al degrado a causa di problemi di qualità dell'acqua e predazione. I grandi progetti che mirano ad affondare le alghe nell'oceano attualmente prevedono di farlo affondare la corda o il materiale artificiale inoltre, potenzialmente inquinando l'acqua quando le alghe affondano. Si prevede inoltre che questo tipo di progetto subisca vincoli di costo, limitando la scalabilità. Sono necessarie ulteriori ricerche per determinare il modo migliore per coltivare alghe e ottenere le promesse benefiche riducendo al minimo le minacce previste e le conseguenze indesiderate.

Nel complesso, il recupero degli ecosistemi oceanici e costieri attraverso mangrovie, fanerogame marine, ecosistemi di paludi salmastre e coltivazione di alghe mira ad aumentare e ripristinare la capacità dei sistemi naturali della Terra di elaborare e immagazzinare l'anidride carbonica atmosferica. La perdita di biodiversità dovuta ai cambiamenti climatici è aggravata dalla perdita di biodiversità dovuta alle attività umane, come la deforestazione, che riducono la resilienza della Terra ai cambiamenti climatici. 

Nel 2018, la piattaforma intergovernativa di politica scientifica sulla biodiversità e i servizi ecosistemici (IPBES) ha riferito che due terzi degli ecosistemi oceanici sono danneggiati, degradati o alterati. Questo numero aumenterà con l'innalzamento del livello del mare, l'acidificazione degli oceani, l'estrazione mineraria nei fondali marini e gli impatti dei cambiamenti climatici antropogenici. I metodi naturali di rimozione dell'anidride carbonica beneficeranno dell'aumento della biodiversità e del ripristino degli ecosistemi. La coltivazione delle alghe è un'area di studio in espansione che trarrebbe vantaggio da una ricerca mirata. Il ripristino ponderato e la protezione degli ecosistemi oceanici hanno un potenziale immediato per mitigare gli effetti del cambiamento climatico attraverso la riduzione delle emissioni abbinata a benefici collaterali.

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Migliorare i processi oceanici naturali per la mitigazione dei cambiamenti climatici

Oltre ai processi naturali, i ricercatori stanno studiando metodi per migliorare la rimozione naturale dell'anidride carbonica, incoraggiando l'assorbimento dell'anidride carbonica da parte dell'oceano. Tre progetti di geoingegneria del clima oceanico rientrano in questa categoria di potenziamento dei processi naturali: miglioramento dell'alcalinità degli oceani, fertilizzazione dei nutrienti e upwelling e downwelling artificiali. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) è un metodo CDR che mira a rimuovere l'anidride carbonica oceanica accelerando le naturali reazioni di invecchiamento dei minerali. Queste reazioni di alterazione atmosferica utilizzano anidride carbonica e creano materiale solido. Tecniche attuali di OAE catturare l'anidride carbonica con rocce alcaline, ad esempio calce o olivina, o attraverso un processo elettrochimico.

La promessa:

Sulla base processi naturali di alterazione delle rocce, OAE è scalabile e offre un metodo permanente di rimozione dell'anidride carbonica. La reazione tra il gas e il minerale crea depositi che sono anticipati aumentare la capacità tampone dell'oceano, a sua volta diminuendo l'acidificazione degli oceani. L'aumento dei depositi di minerali nell'oceano può anche aumentare la produttività dell'oceano.

La minaccia:

Il successo della reazione agli agenti atmosferici dipende dalla disponibilità e dalla distribuzione dei minerali. Una distribuzione irregolare di minerali e sensibilità regionali alla diminuzione del biossido di carbonio può avere un impatto negativo sull'ambiente oceanico. Inoltre, è molto probabile che la quantità di minerali necessari per l'OAE sia proveniente da miniere terrestri, e richiederà il trasporto nelle regioni costiere per l'uso. L'aumento dell'alcalinità dell'oceano modificherà anche il pH dell'oceano influenzare i processi biologici. Il miglioramento dell'alcalinità dell'oceano ha non visto tanti esperimenti sul campo o tante ricerche come disfacimento terrestre e gli impatti di questo metodo sono meglio conosciuti per l'erosione terrestre. 

Fertilizzazione dei nutrienti propone di aggiungere ferro e altri nutrienti all'oceano per incoraggiare la crescita del fitoplancton. Approfittando di un processo naturale, il fitoplancton assorbe prontamente l'anidride carbonica atmosferica e affonda sul fondo dell'oceano. Nel 2008, nazioni alla Convenzione delle Nazioni Unite sulla diversità biologica concordato una moratoria cautelare sulla pratica per consentire alla comunità scientifica di comprendere meglio i pro ei contro di tali progetti.

La promessa:

Oltre a rimuovere l'anidride carbonica atmosferica, la fertilizzazione dei nutrienti può ridurre temporaneamente l'acidificazione degli oceani ed aumentare gli stock ittici. Il fitoplancton è una fonte di cibo per molti pesci e la maggiore disponibilità di cibo può aumentare la quantità di pesce nelle regioni in cui vengono realizzati i progetti. 

La minaccia:

Gli studi rimangono limitati sulla fertilizzazione dei nutrienti e riconoscere le molte incognite sugli effetti a lungo termine, co-benefici e permanenza di questo metodo CDR. I progetti di fertilizzazione nutritiva possono richiedere grandi quantità di materiali sotto forma di ferro, fosforo e azoto. L'approvvigionamento di questi materiali può richiedere ulteriori attività di estrazione, produzione e trasporto. Ciò potrebbe annullare l'impatto del CDR positivo e danneggiare altri ecosistemi del pianeta a causa dell'estrazione mineraria. Inoltre, può verificarsi la crescita del fitoplancton fioriture algali dannose, riducono l'ossigeno nell'oceano e aumentano la produzione di metano, un gas serra che intrappola una quantità di calore 10 volte superiore rispetto all'anidride carbonica.

La miscelazione naturale dell'oceano attraverso la risalita e la discesa porta l'acqua dalla superficie al sedimento, distribuendo temperatura e sostanze nutritive alle diverse regioni dell'oceano. Upwelling e downwelling artificiale mira a utilizzare un meccanismo fisico per accelerare e incoraggiare questa miscelazione, aumentando la miscelazione dell'acqua dell'oceano per portare l'acqua di superficie ricca di anidride carbonica nell'oceano profondo, e acqua fredda e ricca di sostanze nutritive in superficie. Si prevede che ciò incoraggerà la crescita del fitoplancton e la fotosintesi per rimuovere l'anidride carbonica dall'atmosfera. Gli attuali meccanismi proposti includono utilizzando tubi e pompe verticali attingere acqua dal fondo dell'oceano verso l'alto.

La promessa:

Upwelling e downwelling artificiali si propongono come valorizzazione di un sistema naturale. Questo movimento pianificato dell'acqua può aiutare a evitare gli effetti collaterali dell'aumento della crescita del fitoplancton come zone a basso contenuto di ossigeno e nutrienti in eccesso aumentando la miscelazione degli oceani. Nelle regioni più calde, questo metodo può aiutare a raffreddare le temperature superficiali e lento sbiancamento dei coralli. 

La minaccia:

Questo metodo di miscelazione artificiale ha visto esperimenti limitati e test sul campo focalizzati su piccole scale e per periodi di tempo limitati. Le prime ricerche indicano che, nel complesso, l'upwelling e il downwelling artificiali hanno un basso potenziale di CDR e provvedere al sequestro temporaneo di anidride carbonica. Questa conservazione temporanea è il risultato del ciclo di risalita e discesa. È probabile che qualsiasi anidride carbonica che si sposta sul fondo dell'oceano attraverso il downwelling risalga in un altro momento. Inoltre, questo metodo vede anche il potenziale per un rischio di terminazione. Se la pompa artificiale si guasta, viene interrotta o manca di finanziamenti, l'aumento dei nutrienti e dell'anidride carbonica in superficie può aumentare le concentrazioni di metano e protossido di azoto, nonché l'acidificazione degli oceani. L'attuale meccanismo proposto per la miscelazione artificiale degli oceani richiede un sistema di tubazioni, pompe e una fornitura di energia esterna. È probabile che la rata di questi tubi richieda navi, una fonte efficiente di energia e manutenzione. 

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Ocean CDR attraverso metodi meccanici e chimici

Il CDR oceanico meccanico e chimico interviene con processi naturali, con l'obiettivo di utilizzare la tecnologia per alterare un sistema naturale. Attualmente, l'estrazione del carbonio dall'acqua di mare predomina nella conversazione CDR oceanica meccanica e chimica, ma anche altri metodi come l'upwelling e il downwelling artificiali, discussi sopra, potrebbero rientrare in questa categoria.

L'estrazione del carbonio dall'acqua di mare, o CDR elettrochimico, mira a rimuovere l'anidride carbonica nell'acqua dell'oceano e immagazzinarla altrove, operando secondo principi simili alla cattura e allo stoccaggio diretto dell'anidride carbonica nell'aria. I metodi proposti includono l'utilizzo di processi elettrochimici per raccogliere una forma gassosa di anidride carbonica dall'acqua di mare e immagazzinare quel gas in forma solida o liquida in una formazione geologica o nei sedimenti oceanici.

La promessa:

Questo metodo per rimuovere l'anidride carbonica dall'acqua dell'oceano dovrebbe consentire all'oceano di assorbire più anidride carbonica atmosferica attraverso processi naturali. Gli studi sul CDR elettrochimico hanno indicato che con una fonte di energia rinnovabile, questo metodo potrebbe essere efficiente dal punto di vista energetico. Si prevede inoltre di rimuovere l'anidride carbonica dall'acqua dell'oceano invertire o sospendere l'acidificazione degli oceani. 

La minaccia:

I primi studi sull'estrazione del carbonio dall'acqua di mare hanno principalmente testato il concetto in esperimenti di laboratorio. Di conseguenza, l'applicazione commerciale di questo metodo rimane altamente teorica e potenzialmente energia intensa. La ricerca si è anche concentrata principalmente sulla capacità chimica dell'anidride carbonica di essere rimossa dall'acqua di mare, con poca ricerca sui rischi ambientali. Le preoccupazioni attuali includono incertezze sui cambiamenti di equilibrio dell'ecosistema locale e sull'impatto che questo processo potrebbe avere sulla vita marina.

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C'è un percorso da seguire per il CDR oceanico?

Molti progetti CDR oceanici naturali, come il ripristino e la protezione degli ecosistemi costieri, sono supportati da benefici collaterali positivi studiati e noti per l'ambiente e le comunità locali. Sono ancora necessarie ulteriori ricerche per comprendere la quantità e il periodo di tempo in cui il carbonio può essere immagazzinato attraverso questi progetti, ma i benefici collaterali sono chiari. Al di là del CDR oceanico naturale, tuttavia, il CDR oceanico naturale, meccanico e chimico potenziato presenta svantaggi identificabili che dovrebbero essere attentamente considerati prima di implementare qualsiasi progetto su larga scala. 

Siamo tutti parti interessate del pianeta e saremo influenzati dai progetti di geoingegneria climatica e dai cambiamenti climatici. I responsabili delle decisioni, i responsabili politici, gli investitori, gli elettori e tutte le parti interessate sono fondamentali per determinare se il rischio di un metodo di geoingegneria climatica supera il rischio di un altro metodo o addirittura il rischio del cambiamento climatico. I metodi Ocean CDR possono aiutare a ridurre l'anidride carbonica atmosferica, ma dovrebbero essere considerati solo in aggiunta alla riduzione diretta delle emissioni di anidride carbonica.