לכוד בכחול הגדול: הסרת פחמן דו חמצני באוקיינוס

פירוק גיאוגרפיה של אקלים: חלק 2

חלק 1: אינסוף אלמונים
חלק 3: שינוי קרינת השמש
חלק 4: התחשבות באתיקה, שוויון וצדק

הסרת פחמן דו חמצני (CDR) היא סוג של גיאוגרפיה אקלימית השואפת להסיר פחמן דו חמצני מהאטמוספירה. CDR מתמקד בהשפעה של פליטת גזי חממה על ידי הפחתה והסרה של פחמן דו חמצני אטמוספרי באמצעות אחסון לטווח ארוך וקצר. CDR יכול להיחשב ביבשה או מבוסס אוקיינוס, בהתאם לחומר ולמערכות המשמשות ללכידה ואחסנה של הגז. הדגש על CDR מבוסס יבשה היה דומיננטי בשיחות אלה, אך העניין בריתום CDR באוקיינוס ​​גובר, עם תשומת לב לפרויקטים טבעיים ומכניים וכימיים משופרים.

---

מערכות טבעיות כבר מסירות פחמן דו חמצני מהאטמוספרה

האוקיינוס ​​הוא כיור פחמן טבעי, לכבוש 25% של פחמן דו חמצני אטמוספרי ו-90% מהחום העודף של כדור הארץ באמצעות תהליכים טבעיים כמו פוטוסינתזה וספיגה. מערכות אלו סייעו לשמור על הטמפרטורה הגלובלית, אך הופכות לעומס יתר עקב העלייה בפחמן דו חמצני באטמוספירה וגזי חממה אחרים מפליטת דלק מאובנים. ספיגה מוגברת זו החלה להשפיע על הכימיה של האוקיינוס, וגורמת להחמצת האוקיינוס, אובדן המגוון הביולוגי ודפוסי מערכות אקולוגיות חדשות. בנייה מחדש של המגוון הביולוגי ומערכות אקולוגיות יחד עם הפחתת דלקים מאובנים יחזק את כדור הארץ מפני שינויי אקלים.

הסרת פחמן דו חמצני, באמצעות גידול צמחים ועצים חדשים, יכולה להתרחש הן ביבשה והן במערכות אקולוגיות באוקיינוס. ייעור הוא ה יצירת יערות חדשים או מערכות אקולוגיות באוקיינוס, כמו מנגרובים, באזורים שלא הכילו באופן היסטורי צמחים כאלה, בעוד שיעור מחדש מבקש להכניס מחדש עצים וצמחים אחרים במקומות שהוסבו לשימוש אחר, כמו קרקע חקלאית, כרייה או פיתוח, או לאחר אובדן עקב זיהום.

פסולת ימית, פלסטיק וזיהום מים תרמו באופן ישיר לאובדן רוב עשב הים והמנגרובים. ה חוק מים נקיים בארצות הברית, ומאמצים אחרים פעלו לצמצום זיהום כזה ולאפשר ייעור מחדש. מונחים אלה שימשו בדרך כלל לתיאור יערות מבוססי יבשה, אך יכולים לכלול גם מערכות אקולוגיות מבוססות אוקיינוס ​​כמו מנגרובים, עשב ים, ביצות מלח או אצות.

ההבטחה:

עצים, מנגרובים, עשבים וצמחים דומים הם כיורי פחמן, שימוש וסגירת פחמן דו חמצני באופן טבעי באמצעות פוטוסינתזה. אוקיינוס ​​CDR מדגיש לעתים קרובות את 'פחמן כחול', או פחמן דו חמצני שנקבע באוקיינוס. אחת המערכות האקולוגיות היעילות ביותר של פחמן כחול היא המנגרובים, אשר חותכים פחמן בקליפתם, במערכת השורשים ובאדמה שלהם, ואוגרים עד פי 10 יותר פחמן מיערות ביבשה. מנגרובים מספקים רבים יתרונות סביבתיים לקהילות מקומיות ולמערכות אקולוגיות חופיות, מניעת הידרדרות ושחיקה ארוכת טווח וכן ממתן את ההשפעה של סופות וגלים על החוף. יערות המנגרובים יוצרים גם בתי גידול לבעלי חיים יבשתיים, מימיים ועופות שונים במערכת השורשים והענפים של הצמח. גם לפרויקטים כאלה אפשר להתרגל הפוך ישירות ההשפעות של כריתת יערות או סערות, שיקום קווי חוף ואדמה שאיבדו את כיסוי העצים והצמחים.

האיום:

סיכונים הנלווים לפרויקטים אלו נובעים מאחסון זמני של פחמן דו חמצני נסגר באופן טבעי. ככל ששינויים בשימוש בקרקע בחופי ומערכות אקולוגיות באוקיינוס ​​מופרעות לצורך פיתוח, נסיעות, תעשייה או על ידי חיזוק סערות, פחמן המאוחסן בקרקעות ישוחרר למי האוקיינוס ​​ולאטמוספירה. פרויקטים אלה נוטים גם המגוון הביולוגי ואובדן המגוון הגנטי לטובת מינים שגדלים במהירות, הגדלת הסיכון למחלות ותמותה גדולה. פרויקטים של שיקום יכול להיות עתיר אנרגיה ודורשים דלקים מאובנים לתחבורה ומכונות לתחזוקה. שיקום מערכות אקולוגיות חופיות באמצעות פתרונות מבוססי טבע אלה ללא התחשבות הולמת בקהילות המקומיות עלול לגרום לתפיסת קרקעות ולפגוע בקהילות שהייתה להן את התרומה הנמוכה ביותר לשינויי האקלים. יחסי קהילה חזקים ומעורבות של בעלי עניין עם ילידים וקהילות מקומיות הם המפתח להבטחת שוויון וצדק במאמצי CDR טבעיים באוקיינוס.

גידול אצות מטרתו לשתול אצות ומקרו אצות כדי לסנן פחמן דו חמצני מהמים לאחסן אותו בביומסה באמצעות פוטוסינתזה. לאחר מכן ניתן לעבד את האצה העשירה בפחמן ולהשתמש במוצרים או במזון או לשקוע לקרקעית האוקיינוס ​​ולסגור אותה.

ההבטחה:

אצות וצמחי אוקיינוס ​​גדולים דומים גדלים במהירות ונוכחים באזורים ברחבי העולם. בהשוואה למאמצי ייעור או ייעור מחדש, בית הגידול האוקיאני של אצות ים הופך אותן לא רגישות לשריפה, לפלישה או לאיומים אחרים על יערות יבשתיים. סופרי אצות ים כמויות גבוהות של פחמן דו חמצני ויש לו מגוון שימושים לאחר הגידול. באמצעות הסרת פחמן דו חמצני על בסיס מים, אצות יכולות לעזור לאזורים לפעול נגד החמצת האוקיינוסים ו לספק בתי גידול עשירים בחמצן עבור מערכות אקולוגיות אוקיאניות. בנוסף לזכיות הסביבתיות הללו, לאצות ים יש גם יתרונות להסתגלות לאקלים להגן על קווי החוף מפני שחיקה על ידי שיכוך אנרגיית הגל. 

האיום:

לכידת פחמן אצות ים שונה מתהליכי CDR אחרים בכלכלה כחולה, כאשר המפעל אוגר CO₂ בביומסה שלו, במקום להעבירה למשקעים. כתוצאה מכך, CO₂ פוטנציאל ההסרה והאחסון של אצות ים מוגבל על ידי הצמח. בייות אצות בר באמצעות גידול אצות עשוי להפחית את המגוון הגנטי של הצמח, הגדלת הפוטנציאל למחלות ותמותה גדולה. בנוסף, השיטות המוצעות כיום לגידול אצות כוללות גידול צמחים במים על חומר מלאכותי, כמו חבל, ובמים רדודים. זה עשוי למנוע אור וחומרי מזון מבתי גידול במים מתחת לאצות ולגרום נזק לאותן מערכות אקולוגיות כולל הסתבכויות. האצה עצמה גם חשופה להתכלות עקב בעיות איכות המים וטריפות. פרויקטים גדולים שמטרתם להטביע את האצות בים מצפים כעת להטביע את החבל או החומר המלאכותי כמו כן, עלול לזהם את המים כאשר האצות שוקעות. פרויקט מסוג זה צפוי גם לחוות מגבלות עלויות, מה שמגביל את יכולת ההרחבה. יש צורך במחקר נוסף כדי לקבוע את הדרך הטובה ביותר לגדל אצות ולהשיג את ההבטחות המועילות תוך מזעור האיומים הצפויים וההשלכות הלא מכוונות.

בסך הכל, התאוששות המערכות האקולוגיות של האוקיינוס ​​והחוף באמצעות מנגרובים, עשבי ים, מערכות אקולוגיות של ביצות מלח וגידול אצות ים שואפת להגביר ולשחזר את היכולת של המערכות הטבעיות של כדור הארץ לעבד ולאגור פחמן דו חמצני באטמוספרי. אובדן המגוון הביולוגי כתוצאה משינויי אקלים מתווסף לאובדן המגוון הביולוגי מפעילויות אנושיות, כמו כריתת יערות, הפחתת עמידותו של כדור הארץ בפני שינויי אקלים. 

בשנת 2018, הפלטפורמה הבין-ממשלתית למדיניות-מדע בנושאי מגוון ביולוגי ושירותי מערכת אקולוגית (IPBES) דיווחה כי שני שלישים מהמערכות האקולוגיות באוקיינוס פגומים, מושפלים או משתנים. מספר זה יגדל עם עליית פני הים, החמצת האוקיינוסים, כריית קרקעית ים עמוקה והשפעות של שינויי אקלים אנתרופוגניים. שיטות טבעיות להסרת פחמן דו חמצני ייהנו מהגדלת המגוון הביולוגי ושיקום מערכות אקולוגיות. גידול אצות הוא תחום מחקר מתפתח שיועיל ממחקר ממוקד. לשיקום והגנה מתחשבים על מערכות אקולוגיות באוקיינוס ​​יש פוטנציאל מיידי למתן את ההשפעות של שינויי האקלים באמצעות הפחתת פליטות יחד עם יתרונות משותפים.

---

שיפור תהליכים טבעיים באוקיינוסים להפחתת שינויי אקלים

בנוסף לתהליכים טבעיים, חוקרים חוקרים שיטות לשיפור הסרת הפחמן הדו חמצני הטבעי, תוך עידוד ספיגת הפחמן הדו חמצני באוקיינוס. שלושה פרויקטים של גיאו-הנדסת אקלים אוקיינוס ​​נמצאים בקטגוריה זו של שיפור תהליכים טבעיים: שיפור הבסיסיות של האוקיינוס, הפריית חומרים מזינים, ועלייה וירידה מלאכותית. 

שיפור אלקליות אוקיינוס ​​(OAE) היא שיטת CDR שמטרתה להסיר פחמן דו חמצני באוקיינוס ​​על ידי האצת תגובות בליה טבעיות של מינרלים. תגובות בליה אלו משתמשות בפחמן דו חמצני ויוצרות חומר מוצק. טכניקות OAE נוכחיות ללכוד פחמן דו חמצני עם סלעים אלקליים, כלומר סיד או אוליבין, או באמצעות תהליך אלקטרוכימי.

ההבטחה:

בהתבסס על תהליכי בליית סלעים טבעיים, OAE הוא ניתן להרחבה ומציע שיטה קבועה של סילוק פחמן דו חמצני. התגובה בין הגז למינרל יוצרת משקעים שצפויים להם להגדיל את יכולת החציצה של האוקיינוס, בתורו הפחתת החמצת האוקיינוסים. הגידול במרבצי המינרלים באוקיינוס ​​עשוי גם להגביר את תפוקת האוקיינוס.

האיום:

הצלחת תגובת הבליה תלויה בזמינות ובהפצת המינרלים. חלוקה לא אחידה של מינרלים ו רגישויות אזוריות לירידה בפחמן דו חמצני עלול להשפיע לרעה על סביבת האוקיינוס. בנוסף, סביר להניח שכמות המינרלים הדרושה עבור OAE מקורו במכרות יבשתיים, וידרוש הובלה לאזורי החוף לשימוש. הגדלת הבסיסיות של האוקיינוס ​​תשנה גם את ה-pH של האוקיינוס משפיע על תהליכים ביולוגיים. שיפור אלקליות האוקיינוס ​​יש לא ראו ניסויי שטח רבים או מחקרים רבים כמו בליה יבשתית, וההשפעות של שיטה זו ידועות יותר עבור בליה יבשתית. 

הפריה תזונתית מציע להוסיף ברזל וחומרים מזינים אחרים לאוקיינוס ​​כדי לעודד את הצמיחה של פיטופלנקטון. תוך ניצול תהליך טבעי, פיטופלנקטון סופג בקלות פחמן דו חמצני אטמוספרי ושוקע לקרקעית האוקיינוס. בשנת 2008, מדינות באמנת האו"ם למגוון ביולוגי הסכים להקפאת זהירות על התרגול לאפשר לקהילה המדעית להבין טוב יותר את היתרונות והחסרונות של פרויקטים כאלה.

ההבטחה:

בנוסף להסרת פחמן דו חמצני אטמוספרי, הפריה תזונתית עשויה להפחית זמנית את החמצת האוקיינוסים ו להגדיל את מלאי הדגים. פיטופלנקטון מהווה מקור מזון לדגים רבים, והזמינות המוגברת של המזון עשויה להגדיל את כמות הדגים באזורים בהם מבוצעים הפרויקטים. 

האיום:

המחקרים נותרו מוגבלים על הפריה תזונתית ו להכיר את האלמונים הרבים על השפעות ארוכות טווח, יתרונות משותפים וקביעות של שיטת CDR זו. פרויקטי דישון תזונתיים עשויים לדרוש כמויות גדולות של חומרים בצורת ברזל, זרחן וחנקן. מקורות חומרים אלה עשויים לדרוש כרייה, ייצור ותחבורה נוספים. זה עלול לשלול את ההשפעה של ה-CDR החיובי ולפגוע במערכות אקולוגיות אחרות על הפלנטה עקב מיצוי כרייה. בנוסף, הצמיחה של פיטופלנקטון עלולה לגרום פריחת אצות מזיקה, מפחיתה את החמצן באוקיינוס ​​ומגבירה את ייצור המתאן, חומצת חממה הלוכדת פי 10 מכמות החום בהשוואה לפחמן דו חמצני.

הערבוב הטבעי של האוקיינוס ​​דרך עלייה וירידה מטה מביא מים מפני השטח אל המשקעים, מחלק טמפרטורה וחומרי מזון לאזורים השונים של האוקיינוס. Upwelling ו-downwelling מלאכותיים שואפת להשתמש במנגנון פיזי כדי להאיץ ולעודד ערבוב זה, להגביר את הערבוב של מי האוקיינוס ​​כדי להביא מים עיליים עשירים בפחמן דו חמצני לאוקיינוס ​​העמוק, וכן מים קרים ועשירים בחומרים מזינים אל פני השטח. זה צפוי לעודד את הצמיחה של פיטופלנקטון ופוטוסינתזה כדי להסיר פחמן דו חמצני מהאטמוספירה. המנגנונים המוצעים הנוכחיים כוללים באמצעות צינורות ומשאבות אנכיות לשאוב מים מתחתית האוקיינוס ​​לפסגה.

ההבטחה:

עלייה וירידה מלאכותית מוצעת כשיפור של מערכת טבעית. תנועה מתוכננת זו של מים עשויה לסייע במניעת תופעות הלוואי של צמיחת פיטופלנקטון מוגברת כמו אזורי חמצן נמוכים ועודף חומרים מזינים על ידי הגברת ערבוב האוקיינוסים. באזורים חמים יותר, שיטה זו עשויה לסייע בקירור טמפרטורות פני השטח ו הלבנת אלמוגים איטית. 

האיום:

שיטה זו של ערבוב מלאכותי ראתה ניסויים מוגבלים ובדיקות שטח המתמקדות בקנה מידה קטן ולפרקי זמן מוגבלים. מחקרים מוקדמים מצביעים על כך שבסך הכל, לעלייה ולירידה מלאכותית יש פוטנציאל CDR נמוך ו לספק עיקול זמני של פחמן דו חמצני. אחסון זמני זה הוא תוצאה של מחזור העלייה והירידה. סביר להניח שכל פחמן דו חמצני שנע לקרקעית האוקיינוס ​​דרך שקעים יורדים לעלות בנקודת זמן אחרת. בנוסף, שיטה זו רואה גם פוטנציאל לסיכון סיום. אם המשאבה המלאכותית נכשלת, תופסק או חסרה מימון, כמות מוגברת של חומרים מזינים ופחמן דו חמצני על פני השטח עשויה להגביר את ריכוזי המתאן והחנקן, כמו גם את החמצת האוקיינוסים. המנגנון המוצע כיום לערבוב אוקיינוס ​​מלאכותי דורש מערכת צינורות, משאבות ואספקת אנרגיה חיצונית. התקנת צינורות אלה עשויה לדרוש ספינות, מקור יעיל לאנרגיה ותחזוקה. 

---

אוקיינוס ​​CDR באמצעות שיטות מכניות וכימיות

CDR האוקיינוס ​​המכאני והכימי מתערב בתהליכים טבעיים, במטרה להשתמש בטכנולוגיה כדי לשנות מערכת טבעית. נכון לעכשיו, הפקת פחמן של מי ים שולטת בשיחת ה-CDR המכנית והכימית של האוקיינוס, אך שיטות אחרות כמו עלייה מלאכותית וירידה במורד, שנדונו לעיל, עשויות להיכלל גם בקטגוריה זו.

מיצוי פחמן מי ים, או Electrochemical CDR, שואף להסיר את הפחמן הדו-חמצני במי האוקיינוס ​​ולאחסן אותו במקומות אחרים, הפועלים על פי עקרונות דומים ללכידה ואחסון של פחמן דו-חמצני באוויר. השיטות המוצעות כוללות שימוש בתהליכים אלקטרוכימיים כדי לאסוף צורה גזית של פחמן דו חמצני ממי ים, ולאחסן גז זה בצורה מוצקה או נוזלית בתצורה גיאולוגית או במשקעי אוקיינוס.

ההבטחה:

שיטה זו של סילוק פחמן דו חמצני ממי האוקיינוס ​​צפויה לאפשר לאוקיינוס ​​לקלוט יותר פחמן דו חמצני אטמוספרי באמצעות תהליכים טבעיים. מחקרים על CDR אלקטרוכימיים הצביעו על כך שעם מקור אנרגיה מתחדש, שיטה זו יכול להיות חסכוני באנרגיה. עוד צפויה סילוק פחמן דו חמצני ממי האוקיינוס להפוך או להשהות את החמצת האוקיינוסים. 

האיום:

מחקרים מוקדמים על מיצוי פחמן מי ים בדקו בעיקר את הרעיון בניסויים מבוססי מעבדה. כתוצאה מכך, היישום המסחרי של שיטה זו נותר תיאורטי ביותר, ובעל פוטנציאל אנרגיה אינטנסיבית. המחקר גם התמקד בעיקר ביכולתו הכימית של פחמן דו חמצני להסרה ממי הים, עם מעט מחקר על הסיכונים הסביבתיים. החששות הנוכחיים כוללים אי ודאות לגבי שינויי שיווי משקל של המערכת האקולוגית המקומית וההשפעה שעשויה להיות לתהליך זה על החיים הימיים.

---

האם יש דרך קדימה ל-CDR באוקיינוס?

פרויקטים רבים של CDR באוקיינוס ​​טבעי, כמו שיקום והגנה על מערכות אקולוגיות חופיות, נתמכים על ידי יתרונות נלווים חיוביים נחקרים וידועים לסביבה ולקהילות המקומיות. עדיין יש צורך במחקר נוסף כדי להבין את כמות ומשך הזמן שניתן לאחסן פחמן באמצעות פרויקטים אלה, אך היתרונות הנלווים ברורים. עם זאת, מעבר ל-CDR האוקיינוס ​​הטבעי, ל-CDR הטבעי והמכני והכימי של האוקיינוסים יש חסרונות ניתנים לזיהוי שיש לשקול היטב לפני יישום כל פרויקט בקנה מידה גדול. 

כולנו בעלי עניין בכדור הארץ ונהיה מושפעים מפרויקטים של גיאו-הנדסה אקלימית כמו גם משינויי אקלים. מקבלי החלטות, קובעי מדיניות, משקיעים, מצביעים וכל בעלי העניין הם המפתח בקביעה אם הסיכון של שיטת גיאו-הנדסת אקלים אחת עולה על הסיכון של שיטה אחרת או אפילו הסיכון של שינויי אקלים. שיטות CDR באוקיינוס ​​​​יכולות לסייע בהפחתת פחמן דו חמצני באטמוספירה, אך יש לשקול אותן רק בנוסף להפחתה הישירה של פליטת פחמן דו חמצני.