Big Blue에 갇히다: 해양 이산화탄소 제거

기후 지구 공학 분석: 2부

1부: 끝없는 미지
파트 3: 태양복사 수정
4부: 윤리, 형평성 및 정의 고려

이산화탄소 제거(CDR)는 대기에서 이산화탄소를 제거하려는 기후 지구 공학의 한 형태입니다. CDR은 장기 및 단기 저장을 통해 대기 중 이산화탄소를 줄이고 제거함으로써 온실 가스 배출의 영향을 목표로 합니다. CDR은 가스를 포집하고 저장하는 데 사용되는 재료와 시스템에 따라 육지 기반 또는 해양 기반으로 간주될 수 있습니다. 이러한 대화에서는 육상 기반 CDR에 대한 강조가 지배적이었지만 강화된 자연 및 기계 및 화학 프로젝트에 대한 관심과 함께 해양 CDR 활용에 대한 관심이 증가하고 있습니다.

---

자연 시스템은 이미 대기에서 이산화탄소를 제거합니다.

바다는 천연 탄소 흡수원이며, 25% 캡처 광합성 및 흡수와 같은 자연적 과정을 통해 대기 중 이산화탄소와 지구 초과 열의 90%를 제거합니다. 이러한 시스템은 지구 온도를 유지하는 데 도움이 되었지만 화석 연료 배출로 인한 대기 중 이산화탄소 및 기타 온실 가스의 증가로 인해 과부하가 걸리고 있습니다. 이러한 증가된 흡수는 해양의 화학적 성질에 영향을 미치기 시작하여 해양 산성화, 생물다양성 손실 및 새로운 생태계 패턴을 야기했습니다. 화석 연료의 감소와 함께 생물 다양성과 생태계를 재건하면 기후 변화에 맞서 지구를 강화할 수 있습니다.

새로운 식물과 나무 성장을 통한 이산화탄소 제거는 육지와 해양 생태계 모두에서 발생할 수 있습니다. 조림은 새로운 숲의 창조 또는 역사적으로 그러한 식물이 없었던 지역의 맹그로브와 같은 해양 생태계, 재조림은 나무와 다른 식물을 다시 도입 농지, 광업 또는 개발과 같이 다른 용도로 전환되었거나 오염으로 인해 손실된 위치.

해양 쓰레기, 플라스틱 및 수질 오염 대부분의 해초와 맹그로브 손실에 직접적으로 기여했습니다. 그만큼 깨끗한 물 법 미국에서는 그러한 오염을 줄이고 재조림을 허용하기 위한 다른 노력을 기울였습니다. 이 용어는 일반적으로 육상 삼림을 설명하는 데 사용되었지만 맹그로브, 해초, 염습지 또는 해초와 같은 해양 기반 생태계도 포함할 수 있습니다.

약속:

나무, 맹그로브, 해초 및 이와 유사한 식물은 카본 싱크, 광합성을 통해 자연적으로 이산화탄소를 사용하고 격리합니다. 해양 CDR은 종종 '블루 카본' 또는 바다에 격리된 이산화탄소를 강조합니다. 가장 효과적인 블루 카본 생태계 중 하나는 나무껍질, 뿌리 시스템, 토양에 탄소를 격리하고 저장하는 맹그로브입니다. 최대 10 시간에 육지의 숲보다 더 많은 탄소. 맹그로브는 수많은 환경 공동 이익 지역 사회와 해안 생태계에 영향을 미쳐 장기적인 악화와 침식을 방지하고 폭풍과 파도가 해안에 미치는 영향을 완화합니다. 맹그로브 숲은 또한 식물의 뿌리 시스템과 가지에서 다양한 육상, 수생 및 조류 동물의 서식지를 만듭니다. 이러한 프로젝트는 다음에도 사용할 수 있습니다. 직접 반전 삼림 벌채 또는 폭풍의 영향, 나무와 식물 덮개를 잃은 해안선 및 토지 복원.

위협:

이러한 프로젝트에 수반되는 위험은 자연적으로 격리된 이산화탄소의 임시 저장에서 비롯됩니다. 해안 토지 이용 변화와 해양 생태계가 개발, 여행, 산업 또는 폭풍우 강화로 인해 방해를 받으면 토양에 저장된 탄소가 바닷물과 대기로 방출됩니다. 이러한 프로젝트는 또한 생물다양성과 유전적 다양성 손실 빠르게 성장하는 종을 선호하여 질병 및 대규모 멸종 위험을 증가시킵니다. 복원 프로젝트 에너지 집약적 일 수 있습니다 운송에는 화석 연료가 필요하고 유지 관리에는 기계가 필요합니다. 지역 사회에 대한 적절한 고려 없이 이러한 자연 기반 솔루션을 통해 해안 생태계 복원 토지 수탈을 초래할 수 있습니다 기후 변화에 가장 적게 기여한 지역 사회에 불이익을 줍니다. 원주민 및 지역 사회와의 강력한 지역 사회 관계 및 이해 관계자 참여는 자연 해양 CDR 노력에서 형평성과 정의를 보장하는 데 핵심입니다.

해조류재배는 다시마와 대형조류를 심어 물속의 이산화탄소를 걸러내고 광합성을 통해 바이오매스에 저장. 이 탄소가 풍부한 해조류는 양식되어 제품이나 식품에 사용되거나 바다 밑바닥에 가라앉아 격리될 수 있습니다.

약속:

해초 및 이와 유사한 대형 해양 식물은 빠르게 성장하고 있으며 전 세계 여러 지역에 존재합니다. 조림이나 재조림 노력과 비교할 때, 해조류의 해양 서식지는 화재, 침식 또는 육상 산림에 대한 기타 위협에 취약하지 않습니다. 해초 격리자 많은 양의 이산화탄소 성장 후 다양한 용도로 사용됩니다. 수성 이산화탄소를 제거함으로써 해조류는 지역이 해양 산성화 및 산소가 풍부한 서식지 제공 해양 생태계를 위해. 이러한 환경적 이점 외에도 해조류는 다음과 같은 기후 적응 이점을 제공합니다. 침식으로부터 해안선을 보호 파동 에너지를 약화시킴으로써 

위협:

해조류 탄소 포집은 식물이 CO를 저장하는 다른 블루 이코노미 CDR 프로세스와 구별됩니다.₂ 퇴적물로 옮기지 않고 바이오매스에서. 결과적으로 CO₂ 해조류의 제거 및 저장 가능성은 식물에 의해 제한됩니다. 해조류 양식을 통한 야생 해조류의 국산화 식물의 유전적 다양성 감소, 질병 및 대규모 사망의 가능성을 높입니다. 또한 현재 제안된 해조류 재배 방법에는 로프와 같은 인공 재료를 사용하여 얕은 물에서 식물을 재배하는 것이 포함됩니다. 이것은 해초 아래 물속 서식지에서 빛과 영양분을 차단하고 생태계에 해를 끼칠 수 있습니다. 얽힘 포함. 해조류 자체도 수질 문제와 포식으로 인해 훼손되기 쉽습니다. 해초를 바다로 가라앉히는 것을 목표로 하는 대규모 프로젝트는 현재 로프 또는 인공 재료 침몰 또한 해초가 가라앉을 때 잠재적으로 물을 오염시킬 수 있습니다. 이러한 유형의 프로젝트는 또한 확장성을 제한하는 비용 제약을 겪을 것으로 예상됩니다. 추가 연구가 필요합니다 예상되는 위협과 의도하지 않은 결과를 최소화하면서 해조류를 재배하고 유익한 약속을 얻는 최선의 방법을 결정합니다.

전반적으로 맹그로브, 해초, 염습지 생태계, 해조류 재배를 통한 해양 및 연안 생태계의 회복은 지구의 자연 시스템이 대기 중 이산화탄소를 처리하고 저장하는 능력을 증가시키고 회복시키는 것을 목표로 합니다. 기후 변화로 인한 생물다양성 손실은 삼림 벌채와 같은 인간 활동으로 인한 생물다양성 손실과 결합하여 기후 변화에 대한 지구의 회복력을 감소시킵니다. 

2018년 IPBES(Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services)는 다음과 같이 보고했습니다. 해양 생태계의 XNUMX/XNUMX 손상되거나 성능이 저하되거나 변경됩니다. 이 숫자는 해수면 상승, 해양 산성화, 심해저 채굴, 인위적인 기후 변화 영향에 따라 증가할 것입니다. 천연 이산화탄소 제거 방법은 생물다양성을 증가시키고 생태계를 복원함으로써 이익을 얻을 것입니다. 해조류 재배는 표적 연구를 통해 혜택을 볼 수 있는 급성장하는 연구 분야입니다. 해양 생태계의 사려 깊은 복원 및 보호는 공동 이익과 쌍을 이루는 배출 감소를 통해 기후 변화의 영향을 완화할 수 있는 즉각적인 잠재력을 가지고 있습니다.

---

기후 변화 완화를 위한 자연 해양 프로세스 개선

자연적인 과정 외에도 연구자들은 자연적인 이산화탄소 제거를 강화하여 해양의 이산화탄소 흡수를 촉진하는 방법을 조사하고 있습니다. 세 가지 해양 기후 지구 공학 프로젝트는 해양 알칼리도 향상, 영양분 수정, 인공 용승 및 하강과 같은 자연 과정을 강화하는 범주에 속합니다. 

OAE(Ocean Alkalinity Enhancement)는 광물의 자연 풍화 반응을 가속화하여 해양 이산화탄소를 제거하는 것을 목표로 하는 CDR 방법입니다. 이러한 풍화 반응은 이산화탄소를 사용하여 고체 물질을 생성합니다. 현재 OAE 기술 알칼리성 암석(예: 석회 또는 감람석)을 사용하거나 전기화학 공정을 통해 이산화탄소를 포집합니다.

약속:

바탕으로 자연 암석 풍화 과정, OAE는 확장 가능하고 영구적인 방법 제공 이산화탄소 제거의. 가스와 광물 사이의 반응으로 다음과 같은 침전물이 생성됩니다. 바다의 완충 능력을 증가, 차례로 해양 산성화를 감소시킵니다. 해양의 광물 매장량이 증가하면 해양 생산성도 증가할 수 있습니다.

위협:

풍화 반응의 성공 여부는 광물의 가용성과 분포에 달려 있습니다. 미네랄의 고르지 못한 분포와 지역적 민감성 이산화탄소 감소로 인해 해양 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 OAE에 필요한 미네랄의 양은 지상파 광산에서 공급, 사용을 위해 해안 지역으로 운송해야 합니다. 바다의 알칼리도를 높이면 바다의 pH도 변경됩니다. 생물학적 과정에 영향을 미침. 해양 알칼리도 강화는 많은 현장 실험이나 연구만큼 보이지 않습니다. 이 방법의 영향은 육상 기반 풍화에 대해 더 잘 알려져 있습니다. 

양분 수정 식물성 플랑크톤의 성장을 촉진하기 위해 바다에 철분 및 기타 영양소를 추가할 것을 제안합니다. 식물성 플랑크톤은 자연적인 과정을 이용하여 대기 중 이산화탄소를 쉽게 흡수하고 바다 밑바닥으로 가라앉습니다. 2008년 유엔 생물다양성협약에 예방적 모라토리엄에 동의했습니다. 과학계가 그러한 프로젝트의 장단점을 더 잘 이해할 수 있도록 관행에 대해.

약속:

대기 중 이산화탄소를 제거하는 것 외에도 영양분 비료는 일시적으로 해양 산성화 감소 및 어족을 늘리십시오. 식물성 플랑크톤은 많은 물고기의 먹이 공급원이며, 먹이의 가용성이 증가하면 프로젝트가 수행되는 지역의 물고기 양이 증가할 수 있습니다. 

위협:

연구는 영양분 수정과 많은 미지의 인식 이 CDR 방법의 장기 효과, 공동 이익 및 영속성에 대해. 영양소 비료 프로젝트에는 철, 인 및 질소 형태의 많은 양의 물질이 필요할 수 있습니다. 이러한 재료를 소싱하려면 추가 채광, 생산 및 운송이 필요할 수 있습니다. 이것은 긍정적인 CDR의 영향을 무효화하고 채굴 추출로 인해 지구상의 다른 생태계에 해를 끼칠 수 있습니다. 또한, 식물성 플랑크톤의 성장은 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다. 해조류 번성, 바다의 산소 감소, 메탄 생성 증가, 이산화탄소에 비해 10배의 열을 가두는 온실가스.

용승과 하강을 통한 바다의 자연적인 혼합은 표면에서 퇴적물로 물을 가져와 해양의 다른 지역에 온도와 영양분을 분배합니다. 인공 용승 및 하강 물리적 메커니즘을 사용하여 이 혼합 속도를 높이고 촉진하여 바닷물의 혼합을 증가시켜 이산화탄소가 풍부한 표층수를 심해로 가져오는 것을 목표로 합니다. 차갑고 영양이 풍부한 물을 표면으로. 이것은 식물성 플랑크톤의 성장과 광합성을 촉진하여 대기에서 이산화탄소를 제거할 것으로 예상됩니다. 현재 제안된 메커니즘은 다음과 같습니다. 수직 파이프 및 펌프 사용 물을 바다 밑바닥에서 위로 끌어올리는 것.

약속:

인공적인 용승과 하강은 자연 시스템의 향상으로 제안됩니다. 이 계획된 물의 이동은 해양 혼합을 증가시켜 낮은 산소 구역 및 과도한 영양분과 같은 증가된 식물성 플랑크톤 성장의 부작용을 피하는 데 도움이 될 수 있습니다. 따뜻한 지역에서는 이 방법이 표면 온도를 낮추고 느린 산호 표백. 

위협:

이 인공 혼합 방법은 제한된 실험과 제한된 시간 동안 소규모에 초점을 맞춘 현장 테스트를 보았습니다. 초기 연구에 따르면 전체적으로 인공 용승 및 하강은 CDR 잠재력이 낮고 임시 격리 제공 이산화탄소. 이 임시 저장소는 용승과 하강 주기의 결과입니다. 하강을 통해 바다 밑바닥으로 이동하는 모든 이산화탄소는 다른 시점에서 상승할 가능성이 있습니다. 또한 이 방법은 종료 위험 가능성도 있습니다. 인공 펌프가 고장나거나 중단되거나 자금이 부족하면 표면의 영양분과 이산화탄소 증가로 인해 메탄과 아산화질소 농도가 증가하고 해양 산성화가 증가할 수 있습니다. 현재 제안된 인공 해양 혼합 메커니즘에는 파이프 시스템, 펌프 및 외부 에너지 공급이 필요합니다. 이 파이프를 설치하려면 다음이 필요할 수 있습니다. 선박, 효율적인 에너지원 및 유지 보수. 

---

기계적 및 화학적 방법을 통한 해양 CDR

기계적 및 화학적 해양 CDR은 자연 시스템을 변경하기 위해 기술을 사용하는 것을 목표로 자연 프로세스에 개입합니다. 현재 해수 탄소 추출은 기계적 및 화학적 해양 CDR 대화를 지배하지만 위에서 논의한 인공 용승 및 하강과 같은 다른 방법도 이 범주에 속할 수 있습니다.

해수 탄소 추출(Seawater Carbon Extraction) 또는 전기화학적 CDR(Electrochemical CDR)은 해수에서 이산화탄소를 제거하고 다른 곳에 저장하는 것을 목표로 하며, 공기 이산화탄소 포집 및 저장과 유사한 원리로 작동합니다. 제안된 방법에는 해수에서 기체 형태의 이산화탄소를 수집하기 위해 전기화학 공정을 사용하는 것이 포함되며, 그 기체를 지질학적 형성물 또는 해양 퇴적물에 고체 또는 액체 형태로 저장합니다.

약속:

바닷물에서 이산화탄소를 제거하는 이 방법은 바다가 자연적인 과정을 통해 대기 중 이산화탄소를 더 많이 흡수하도록 할 것으로 예상됩니다. 전기화학적 CDR에 대한 연구는 재생 가능한 에너지원으로 이 방법이 에너지 효율적일 수 있습니다. 바닷물에서 이산화탄소를 제거하는 것은 더욱 기대됩니다. 해양 산성화 역전 또는 일시 중지. 

위협:

해수 탄소 추출에 대한 초기 연구는 주로 실험실 기반 실험에서 개념을 테스트했습니다. 결과적으로 이 방법의 상업적 적용은 매우 이론적이며 잠재적으로 에너지 집약적 인. 연구는 또한 바닷물에서 제거되는 이산화탄소의 화학적 능력에 주로 초점을 맞추었습니다. 환경 위험에 대한 약간의 연구. 현재 우려 사항에는 지역 생태계 균형 변화에 대한 불확실성과 이 과정이 해양 생물에 미칠 수 있는 영향이 포함됩니다.

---

해양 CDR을 위한 경로가 있습니까?

해안 생태계의 복원 및 보호와 같은 많은 자연 해양 CDR 프로젝트는 환경과 지역 사회에 대한 연구 및 알려진 긍정적 공동 이익에 의해 지원됩니다. 이러한 프로젝트를 통해 탄소를 저장할 수 있는 양과 기간을 이해하기 위한 추가 연구가 여전히 필요하지만 공동 이점은 분명합니다. 그러나 자연적 해양 CDR을 넘어, 향상된 자연적, 기계적 및 화학적 해양 CDR은 대규모 프로젝트를 구현하기 전에 신중하게 고려해야 하는 확인 가능한 단점이 있습니다. 

우리는 모두 지구상의 이해관계자이며 기후 지구 공학 프로젝트와 기후 변화의 영향을 받을 것입니다. 의사 결정자, 정책 입안자, 투자자, 유권자 및 모든 이해 관계자는 특정 기후 지구 공학 방법의 위험이 다른 방법의 위험 또는 기후 변화의 위험보다 더 큰지 여부를 결정하는 데 중요합니다. 해양 CDR 방법은 대기 중 이산화탄소를 줄이는 데 도움이 될 수 있지만 이산화탄소 배출의 직접적인 감소와 함께 고려해야 합니다.