ビッグブルーの閉じ込め: 海洋二酸化炭素除去

気候変動地球工学の解明: パート 2

パート 1: 終わりのない未知
パート 3: 日射量の調整
パート 4: 倫理、公平、正義を考える

二酸化炭素除去 (CDR) は、大気から二酸化炭素を除去することを目的とした気候地球工学の一形態です。 CDR は、長期および短期の貯蔵を通じて大気中の二酸化炭素を削減および除去することにより、温室効果ガス排出の影響を対象としています。 CDR は、ガスの捕捉と貯蔵に使用される材料とシステムに応じて、陸上ベースまたは海洋ベースと考えることができます。 これらの会話では陸上の CDR が重視されてきましたが、海洋 CDR の利用への関心が高まっており、強化された自然、機械、化学プロジェクトに注目が集まっています。

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自然システムはすでに大気から二酸化炭素を除去しています

海は自然の炭素吸収源であり、 25%を獲得 大気中の二酸化炭素と地球の余剰熱の 90% が、光合成や吸収などの自然プロセスを通じて生成されます。 これらのシステムは地球の温度を維持するのに役立ってきましたが、化石燃料の排出による大気中の二酸化炭素やその他の温室効果ガスの増加により、過負荷になりつつあります。 この摂取量の増加は海洋の化学的影響を及ぼし始め、海洋酸性化、生物多様性の損失、新たな生態系パターンを引き起こしています。 生物多様性と生態系の再構築と化石燃料の削減を組み合わせることで、地球は気候変動に対して強化されます。

新しい植物や木の成長による二酸化炭素の除去は、陸上と海洋の生態系の両方で発生します。 植林というのは、 新しい森の創造 あるいはマングローブのような海洋生態系は、歴史的にそのような植物が存在しなかった地域にある一方で、植林は 木や他の植物を再導入する 農地、鉱山、開発などの別の用途に転用された場所、または汚染による損失後の場所.

海洋ゴミ、プラスチック、水質汚染 ほとんどの海草とマングローブの損失に直接寄与しています。 の 浄水法 米国では、そのような汚染を軽減し、森林再生を可能にする他の取り組みが行われてきました。 これらの用語は一般に陸上の森林を表すために使用されていますが、マングローブ、海草、塩性湿地、海藻などの海洋の生態系も含まれる場合があります。

約束：

木、マングローブ、海草、および同様の植物は、 カーボンシンク、光合成を通じて自然に二酸化炭素を利用し、隔離します。 海洋 CDR では、「ブルーカーボン」、つまり海洋に隔離された二酸化炭素が強調されることがよくあります。 最も効果的なブルーカーボン生態系の XNUMX つはマングローブです。マングローブは樹皮、根系、土壌に炭素を隔離し、炭素を貯蔵します。 最大10回 陸上の森林よりも炭素が多い。 マングローブはさまざまな恩恵をもたらします 環境的な共同便益 地域社会や沿岸生態系に影響を与え、長期的な劣化や浸食を防ぎ、海岸への嵐や波の影響を緩和します。 マングローブ林はまた、植物の根系や枝にさまざまな陸生動物、水生動物、鳥類の生息地を作り出します。 このようなプロジェクトは次の目的にも使用できます。 直接逆転する 森林伐採や嵐の影響で、樹木や植物に覆われた失われた海岸線や土地を回復します。

脅威：

これらのプロジェクトに伴うリスクは、自然に隔離された二酸化炭素の一時的な貯蔵に起因します。 沿岸の土地利用が変化し、海洋生態系が開発、旅行、産業のために、あるいは暴風雨の強化によって乱されると、土壌に蓄えられた炭素が海水や大気中に放出されることになります。 これらのプロジェクトは次のような傾向にあります。 生物多様性と遺伝的多様性の損失 急速に成長する種が優先され、病気や大規模な絶滅のリスクが高まります。 修復プロジェクト エネルギーを大量に消費する可能性がある 輸送には化石燃料が必要で、メンテナンスには機械が必要です。 地元コミュニティへの適切な配慮なしに、これらの自然ベースの解決策を通じて沿岸生態系を回復する 土地収奪につながる可能性がある そして、気候変動への貢献が最も少ない地域社会に不利益をもたらします。 自然海洋 CDR の取り組みにおける公平性と正義を確保するには、先住民族や地域社会との強力なコミュニティ関係とステークホルダーの関与が鍵となります。

海藻の養殖は、水から二酸化炭素を濾過し、 光合成を通じてバイオマスに貯蔵する。 この炭素が豊富な海藻は、養殖して製品や食品に使用したり、海底に沈めて隔離したりすることができます。

約束：

海藻や同様の大型海洋植物は急速に成長しており、世界中の地域に存在しています。 植林や植林活動と比較して、海藻は海洋に生息しているため、火災、侵入、その他陸上森林への脅威にさらされにくい。 海藻隔離装置 大量の二酸化炭素 成長後も様々な用途にご利用いただけます。 海藻は、水由来の二酸化炭素を除去することで、地域の海洋酸性化や海洋酸性化の防止に役立ちます。 酸素が豊富な生息地を提供する 海洋生態系のために。 これらの環境上の利点に加えて、海藻には気候適応の利点もあります。 海岸線を浸食から守る 波のエネルギーを弱めることによって。 

脅威：

海藻の炭素回収は、植物が二酸化炭素を貯蔵するため、他のブルーエコノミー CDR プロセスとは異なります。₂ 堆積物に移すのではなく、そのバイオマスの中で。 その結果、COは₂ 海藻の除去と貯蔵の可能性は植物によって制限されています。 海藻の養殖を通じて野生の海藻を家畜化すると、 植物の遺伝的多様性を減少させる、病気や大規模な絶滅の可能性が高まります。 さらに、現在提案されている海藻養殖方法には、ロープのような人工材料の上で水中や浅瀬で植物を生育する方法が含まれています。 これにより、海藻の下の水域の生息地からの光と栄養素が妨げられ、それらの生態系に害を及ぼす可能性があります。 絡みも含めて。 海藻自体も水質の問題や捕食により劣化しやすいです。 海藻を海に沈めることを目的とした大規模プロジェクトでは、現在、 ロープや人工物を沈める また、海藻が沈むと水を汚染する可能性もあります。 このタイプのプロジェクトではコストの制約が発生し、拡張性が制限されることも予想されます。 さらなる研究が必要です 予想される脅威や予期せぬ結果を最小限に抑えながら、海藻を養殖し、有益な約束を得る最良の方法を決定すること。

全体として、マングローブ、海草、塩性湿地の生態系、海藻の養殖による海洋と沿岸の生態系の回復は、地球の自然システムが大気中の二酸化炭素を処理し貯蔵する能力を高め、回復することを目的としています。 気候変動による生物多様性の損失は、森林破壊などの人間の活動による生物多様性の損失と重なり、気候変動に対する地球の回復力を低下させます。 

2018年、生物多様性と生態系サービスに関する政府間科学政策プラットフォーム（IPBES）は次のように報告した。 海洋生態系のXNUMX分のXNUMX 損傷、劣化、または変質している。 この数は、海面上昇、海洋酸性化、深海底採掘、人為的気候変動の影響により増加すると考えられます。 自然な二酸化炭素除去方法は、生物多様性の増加と生態系の回復から恩恵を受けます。 海藻の養殖は、的を絞った研究から恩恵を受ける急成長している研究分野です。 海洋生態系の思慮深い修復と保護は、排出削減と共同利益を組み合わせて、気候変動の影響を緩和する即時的な可能性を秘めています。

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気候変動緩和のための自然の海洋プロセスの強化

自然のプロセスに加えて、研究者たちは自然の二酸化炭素除去を強化し、海洋の二酸化炭素の取り込みを促進する方法を研究しています。 XNUMX つの海洋気候地球工学プロジェクトは、自然プロセスを強化するこのカテゴリに分類されます。海洋アルカリ度の強化、栄養肥料、人工湧昇流と降下流です。 

海洋アルカリ強化 (OAE) は、鉱物の自然風化反応を促進することで海洋二酸化炭素を除去することを目的とした CDR 法です。 これらの風化反応では二酸化炭素が使用され、固体物質が生成されます。 現在の OAE 技術 石灰やカンラン石などのアルカリ性岩石を使用するか、電気化学的プロセスを通じて二酸化炭素を捕捉します。

約束：

に基づく 自然の岩石の風化プロセス、OAEは スケーラブルで永続的な方法を提供します 二酸化炭素の除去。 ガスと鉱物の反応により堆積物が生成され、 海洋の緩衝能力を高めるひいては海洋酸性化を減少させます。 海洋の鉱床の増加により、海洋の生産性も向上する可能性があります。

脅威：

風化反応が成功するかどうかは、鉱物の入手可能性と分布に依存します。 ミネラルが不均一に分布し、 地域の感性 二酸化炭素の減少は海洋環境に悪影響を与える可能性があります。 さらに、OAE に必要なミネラルの量は、おそらく次のとおりです。 地上の鉱山から供給される、使用するには沿岸地域までの輸送が必要になります。 海洋のアルカリ度が増加すると、海洋の pH も変化します。 生物学的プロセスに影響を与える。 海洋アルカリ度の向上により、 野外実験や研究はそれほど多くない この方法の影響は、陸上の風化についてよく知られています。 

栄養肥料 植物プランクトンの成長を促進するために、鉄やその他の栄養素を海に添加することを提案しています。 自然のプロセスを利用して、植物プランクトンは大気中の二酸化炭素を容易に吸収し、海の底に沈みます。 2008 年、生物多様性に関する国連条約の参加国 予防的一時停止に同意した 科学界がそのようなプロジェクトの長所と短所をよりよく理解できるようにする実践について。

約束：

大気中の二酸化炭素を除去することに加えて、栄養肥料は、 海洋酸性化を一時的に軽減する および 魚の資源を増やす。 植物プランクトンは多くの魚の食料源であり、食料の入手可能性の増加により、プロジェクトが実施される地域の魚の量が増加する可能性があります。 

脅威：

栄養施肥に関する研究は依然として限られており、 多くの未知のことを認識する この CDR 手法の長期的な効果、副次的利益、永続性について。 栄養施肥プロジェクトでは、鉄、リン、窒素の形で大量の物質が必要になる場合があります。 これらの材料を調達するには、追加の採掘、生産、輸送が必要になる場合があります。 これにより、プラスの CDR の影響が打ち消され、採掘により地球上の他の生態系に悪影響を与える可能性があります。 また、植物プランクトンが増殖すると、 有害な藻類が繁殖し、海の酸素が減少し、メタンの生成が増加します。、二酸化炭素と比較して10倍の熱量を閉じ込める温室効果ガス。

湧昇と沈降による海の自然な混合により、水が地表から堆積物に運ばれ、温度と栄養分が海のさまざまな領域に分配されます。 人工湧昇流と降下流 物理的メカニズムを利用してこの混合を加速および促進し、海水の混合を増加させて二酸化炭素が豊富な表層水を深海にもたらすことを目的としています。 冷たくて栄養豊富な水が地表に上がってくる. これにより、植物プランクトンの成長と光合成が促進され、大気から二酸化炭素が除去されることが期待されています。 現在提案されているメカニズムには次のものがあります。 垂直パイプとポンプを使用する 海の底から上まで水を汲み上げること。

約束：

人工的な湧昇流と降下流は、自然システムの強化として提案されています。 この計画的な水の移動は、海洋混合の増加による低酸素ゾーンや過剰栄養素などの植物プランクトンの増殖増加による副作用を回避するのに役立つ可能性があります。 暖かい地域では、この方法は表面温度を下げるのに役立つ可能性があり、 ゆっくりとしたサンゴの白化. 

脅威：

この人工混合方法では、小規模かつ限られた期間に焦点を当てた限られた実験と実地試験が行われてきました。 初期の研究では、全体として、人工湧昇流と降下流は CDR の可能性が低く、 一時的な隔離を提供する 二酸化炭素の。 この一時的な貯留は、湧昇と降下サイクルの結果です。 湧昇を介して海底に移動した二酸化炭素は、別の時点で湧昇する可能性があります。 さらに、この方法には終了リスクの可能性も考慮されています。 人工ポンプが故障したり、中止されたり、資金が不足した場合、表層の栄養塩と二酸化炭素の増加により、メタンと亜酸化窒素の濃度が増加し、海洋酸性化が増加する可能性があります。 現在提案されている人工海洋混合機構には、パイプシステム、ポンプ、外部エネルギー供給が必要です。 これらのパイプの設置には次のような作業が必要になる可能性があります。 船舶、効率的なエネルギー源、およびメンテナンス。 

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機械的および化学的方法による海洋CDR

機械的および化学的な海洋 CDR は自然プロセスに介入し、テクノロジーを使用して自然システムを変更することを目的としています。 現在、機械的および化学的な海洋 CDR に関する話題は海水炭素抽出が主流ですが、上で説明した人工湧昇流や降下流のような他の方法も同様にこのカテゴリーに分類される可能性があります。

海水炭素抽出 (電気化学 CDR) は、海水中の二酸化炭素を除去して別の場所に貯蔵することを目的としており、空気中の二酸化炭素を直接回収して貯蔵するのと同様の原理で動作します。 提案されている方法には、電気化学プロセスを使用して海水から二酸化炭素のガス状を収集し、そのガスを固体または液体の形で地層または海洋堆積物に貯蔵することが含まれます。

約束：

海水から二酸化炭素を除去するこの方法により、自然のプロセスを通じて海洋が大気中の二酸化炭素をより多く取り込めるようになることが期待されています。 電気化学 CDR に関する研究では、再生可能エネルギー源を使用すると、この方法が効果的であることが示されています。 エネルギー効率が良いかもしれない。 海水から二酸化炭素を除去することにより、さらなる効果が期待されています。 海洋酸性化を逆転または一時停止する. 

脅威：

海水炭素抽出に関する初期の研究では、主に研究室ベースの実験でその概念がテストされてきました。 結果として、この方法の商業的応用は依然として高度に理論的であり、潜在的には エネルギー集約的。 研究は主に、海水から二酸化炭素を除去する化学的能力にも焦点を当ててきました。 環境リスクに関する研究はほとんどない。 現在の懸念には、地域の生態系の平衡変化に関する不確実性と、このプロセスが海洋生物に与える影響が含まれます。

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海洋 CDR に進む道はあるのでしょうか?

沿岸生態系の回復や保護など、自然海洋 CDR プロジェクトの多くは、研究され既知である環境や地域社会へのプラスの共同利益によって支えられています。 これらのプロジェクトを通じて炭素を貯蔵できる量と期間を理解するためのさらなる研究がまだ必要ですが、副次的利益は明らかです。 しかし、自然海洋 CDR を超えて、強化された自然海洋 CDR、機械的および化学的海洋 CDR には明らかな欠点があり、大規模なプロジェクトを実施する前に慎重に検討する必要があります。 

私たちは皆、地球の利害関係者であり、気候変動だけでなく気候地球工学プロジェクトの影響を受けることになります。 ある気候地球工学手法のリスクが別の手法のリスク、さらには気候変動のリスクを上回るかどうかを判断するには、意思決定者、政策立案者、投資家、有権者、およびすべての利害関係者が鍵となります。 海洋 CDR 手法は大気中の二酸化炭素の削減に役立ちますが、二酸化炭素排出量の直接的な削減に加えてのみ考慮されるべきです。