Įstrigę Big Blue: vandenyno anglies dioksido pašalinimas

Klimato geoinžinerijos suskaidymas: 2 dalis

1 dalis: Begaliniai nežinomybės
3 dalis. Saulės spinduliuotės modifikavimas
4 dalis. Atsižvelgdami į etiką, teisingumą ir teisingumą

Anglies dioksido pašalinimas (CDR) yra klimato geoinžinerijos forma, kuria siekiama pašalinti anglies dioksidą iš atmosferos. CDR siekiama sumažinti išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų poveikį mažinant ir pašalinant atmosferos anglies dioksidą per ilgalaikį ir trumpalaikį saugojimą. CDR gali būti laikomas sausumos arba vandenyno pagrindu, atsižvelgiant į medžiagą ir sistemas, naudojamas dujoms surinkti ir saugoti. Šiuose pokalbiuose daugiausia dėmesio buvo skiriama antžeminiam CDR, tačiau susidomėjimas vandenyno CDR panaudojimu didėja, atkreipiant dėmesį į patobulintus gamtos, mechaninius ir cheminius projektus.

---

Natūralios sistemos jau pašalina anglies dioksidą iš atmosferos

Vandenynas yra natūralus anglies telkinys, užfiksuoti 25 proc. atmosferos anglies dioksido ir 90 % žemės šilumos pertekliaus per natūralius procesus, tokius kaip fotosintezė ir absorbcija. Šios sistemos padėjo palaikyti pasaulinę temperatūrą, tačiau jos tampa perkrautos, nes atmosferoje padaugėjo anglies dioksido ir kitų šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetant iškastinį kurą. Šis padidėjęs įsisavinimas pradėjo daryti įtaką vandenyno chemijai, sukeldamas vandenynų rūgštėjimą, biologinės įvairovės nykimą ir naujus ekosistemų modelius. Biologinės įvairovės ir ekosistemų atkūrimas kartu su iškastinio kuro mažinimu sustiprins planetą nuo klimato kaitos.

Anglies dioksido pašalinimas dėl naujų augalų ir medžių augimo gali vykti tiek sausumoje, tiek vandenynų ekosistemose. Apželdinimas mišku yra naujų miškų kūrimas arba vandenynų ekosistemas, pvz., mangroves, vietovėse, kuriose istoriškai tokių augalų nebuvo, o atsodinant miškus siekiama reintrodukuoti medžius ir kitus augalus vietose, kurios buvo pritaikytos kitokiam naudojimui, pvz., dirbama žemė, kasyba ar plėtra, arba praradus dėl taršos.

Jūros šiukšlės, plastikas ir vandens tarša tiesiogiai prisidėjo prie daugumos jūros žolių ir mangrovių nykimo. The Švaraus vandens įstatymas Jungtinėse Valstijose, o kitos pastangos padėjo sumažinti tokią taršą ir leisti atsodinti miškus. Šie terminai paprastai vartojami sausumos miškams apibūdinti, bet gali apimti ir vandenyno ekosistemas, tokias kaip mangrovės, jūržolės, druskingos pelkės ar jūros dumbliai.

Pažadas:

Tai medžiai, mangrovės, jūržolės ir panašūs augalai anglies kriauklės, naudojant ir išskiriant anglies dioksidą natūraliai fotosintezės būdu. Ocean CDR dažnai pabrėžia „mėlyną anglį“ arba anglies dioksidą, susidariusį vandenyne. Viena iš efektyviausių mėlynosios anglies ekosistemų yra mangrovės, kurios sulaiko anglį savo žievėje, šaknų sistemoje ir dirvožemyje, iki 10 kartų daugiau anglies nei sausumos miškai. Mangrovės suteikia daugybę bendros naudos aplinkai vietos bendruomenėms ir pakrančių ekosistemoms, užkertant kelią ilgalaikei degradacijai ir erozijai, taip pat mažinant audrų ir bangų poveikį pakrantėje. Mangrovių miškai taip pat sukuria buveines įvairiems sausumos, vandens ir paukščių gyvūnams augalų šaknų sistemoje ir šakose. Tokie projektai taip pat gali būti naudojami tiesiogiai atvirkščiai miškų naikinimo ar audrų padariniai, atkuriant pakrantes ir žemę, praradusią medžių ir augalų dangą.

Grėsmė:

Rizika, susijusi su šiais projektais, kyla dėl laikino natūraliai išskirto anglies dioksido saugojimo. Keičiantis pakrantės žemėnaudai ir sutrikus vandenynų ekosistemoms vystymuisi, kelionėms, pramonei ar stiprėjant audroms, dirvožemyje sukaupta anglis pateks į vandenyno vandenį ir atmosferą. Šie projektai taip pat yra linkę biologinės įvairovės ir genetinės įvairovės nykimo sparčiai augančių rūšių naudai, didinant ligų ir didelių mirčių riziką. Restauravimo projektai gali būti daug energijos reikalaujantis ir reikalingas iškastinis kuras transportavimui ir mašinų priežiūrai. Pakrantės ekosistemų atkūrimas taikant šiuos gamtos pagrindu sukurtus sprendimus, neatsižvelgiant į vietos bendruomenes gali užgrobti žemę ir nepalankioje padėtyje esančioms bendruomenėms, kurios mažiausiai prisidėjo prie klimato kaitos. Stiprūs bendruomenės ryšiai ir suinteresuotųjų šalių bendradarbiavimas su čiabuviais ir vietos bendruomenėmis yra labai svarbūs siekiant užtikrinti lygybę ir teisingumą vykdant natūralias vandenyno CDR pastangas.

Jūros dumblių auginimo tikslas yra sodinti rudadumblius ir makrodumblius, kad būtų galima filtruoti anglies dioksidą iš vandens ir kaupti jį biomasėje per fotosintezę. Šiuos anglies turinčius jūros dumblius vėliau galima auginti ir naudoti gaminiuose ar maiste arba panardinti į vandenyno dugną ir atskirti.

Pažadas:

Jūros dumbliai ir panašūs dideli vandenyno augalai sparčiai auga ir aptinkami viso pasaulio regionuose. Palyginti su miško įveisimo ar atsodinimo pastangomis, jūros dumblių okeaninė buveinė nėra jautri ugniai, įsiskverbimui ar kitoms grėsmėms sausumos miškams. Jūros dumblių sekvestrai didelis anglies dioksido kiekis ir gali būti naudojamas įvairiai po augimo. Pašalinę anglies dioksidą vandens pagrindu, jūros dumbliai gali padėti regionams kovoti su vandenynų rūgštėjimu ir suteikti deguonies turtingas buveines vandenynų ekosistemoms. Be šių aplinkosaugos laimėjimų, jūros dumbliai taip pat turi privalumų prisitaikyti prie klimato apsaugoti pakrantes nuo erozijos slopinant bangų energiją. 

Grėsmė:

Jūros dumblių anglies surinkimas skiriasi nuo kitų mėlynosios ekonomikos CDR procesų, nes augalas kaupia CO₂ savo biomasėje, o ne perkeliant ją į nuosėdas. Dėl to CO₂ jūros dumblių pašalinimo ir saugojimo galimybes riboja augalas. Laukinių jūros dumblių prijaukinimas auginant jūros dumblius gali sumažinti augalų genetinę įvairovę, didinant ligų ir didelių mirčių tikimybę. Be to, dabartiniai siūlomi jūros dumblių auginimo metodai apima augalų auginimą vandenyje ant dirbtinės medžiagos, pavyzdžiui, virvės, ir sekliuose vandenyse. Tai gali užkirsti kelią šviesai ir maistinėms medžiagoms patekti į buveines vandenyje žemiau jūros dumblių ir pakenkti toms ekosistemoms įskaitant susipynimus. Patys jūros dumbliai taip pat yra pažeidžiami dėl vandens kokybės problemų ir plėšrūnų. Šiuo metu tikimasi didelių projektų, kuriais siekiama nuskandinti jūros dumblius į vandenyną nuskandinkite virvę arba dirbtinę medžiagą taip pat gali užteršti vandenį, kai jūros dumbliai skęsta. Taip pat tikimasi, kad tokio tipo projektams bus taikomi išlaidų apribojimai, o tai riboja mastelį. Reikia atlikti tolesnius tyrimus nustatyti geriausią būdą auginti jūros dumblius ir gauti naudingų pažadų, tuo pačiu sumažinant numatomas grėsmes ir nenumatytas pasekmes.

Apskritai, atkuriant vandenynų ir pakrančių ekosistemas per mangroves, jūržoles, druskingų pelkių ekosistemas ir auginant jūros dumblius, siekiama padidinti ir atkurti natūralių Žemės sistemų gebėjimą apdoroti ir kaupti atmosferos anglies dioksidą. Biologinės įvairovės nykimą dėl klimato kaitos papildo biologinės įvairovės nykimas dėl žmogaus veiklos, pvz., miškų naikinimo, todėl mažėja Žemės atsparumas klimato kaitai. 

Tarpvyriausybinė biologinės įvairovės ir ekosistemų paslaugų mokslo ir politikos platforma (IPBES) pranešė, kad 2018 m. du trečdaliai vandenynų ekosistemų yra pažeisti, sugadinti arba pakeisti. Šis skaičius padidės kylant jūros lygiui, vandenynų rūgštėjimui, giliųjų jūros dugno kasybai ir antropogeniniam klimato kaitos poveikiui. Natūralūs anglies dioksido šalinimo metodai bus naudingi didinant biologinę įvairovę ir atkuriant ekosistemas. Jūros dumblių auginimas yra besiplečianti studijų sritis, kuriai būtų naudinga atlikti tikslinius tyrimus. Apgalvotas vandenynų ekosistemų atkūrimas ir apsauga turi tiesioginį potencialą sušvelninti klimato kaitos poveikį mažinant išmetamųjų teršalų kiekį ir kartu gaunama nauda.

---

Natūralių vandenyno procesų stiprinimas siekiant sušvelninti klimato kaitą

Be natūralių procesų, mokslininkai tiria metodus, kaip pagerinti natūralų anglies dioksido pašalinimą, skatinant vandenyno anglies dioksido įsisavinimą. Trys vandenyno klimato geoinžinerijos projektai patenka į šią natūralių procesų stiprinimo kategoriją: vandenyno šarmingumo didinimas, tręšimas maistinėmis medžiagomis ir dirbtinis pakilimas ir nuleidimas. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) – tai CDR metodas, kuriuo siekiama pašalinti vandenyno anglies dioksidą, pagreitinant natūralias mineralų reakcijas. Šiose atmosferos reakcijose naudojamas anglies dioksidas ir susidaro kieta medžiaga. Dabartinės OAE technologijos anglies dioksidą surinkti šarminėmis uolienomis, ty kalkėmis arba olivinu, arba elektrocheminiu procesu.

Pažadas:

Remiantis natūralūs uolienų dūlėjimo procesai, OAE yra keičiamo dydžio ir siūlo nuolatinį metodą anglies dioksido pašalinimo. Reakcija tarp dujų ir mineralo sukuria nuosėdas, kurių tikimasi padidinti vandenyno buferinį pajėgumąo tai savo ruožtu mažina vandenynų rūgštėjimą. Didėjantis mineralų telkinys vandenyne taip pat gali padidinti vandenyno produktyvumą.

Grėsmė:

Atmosferos reakcijos sėkmė priklauso nuo mineralų prieinamumo ir pasiskirstymo. Netolygus mineralų pasiskirstymas ir regioninis jautrumas anglies dioksido kiekio sumažėjimas gali neigiamai paveikti vandenyno aplinką. Be to, labiausiai tikėtina, kad OAE reikia mineralų gaunamas iš antžeminių kasyklų, o naudojimui reikės gabenti į pakrančių regionus. Vandenyno šarmingumo didinimas taip pat pakeis vandenyno pH veikiantys biologinius procesus. Vandenyno šarmingumo padidėjimas turi nematė tiek daug lauko eksperimentų ar tyrimų kaip sausumos atmosferos poveikis, o šio metodo poveikis geriau žinomas dėl sausumos atmosferos poveikio. 

Tręšimas maistinėmis medžiagomis siūlo į vandenyną įpilti geležies ir kitų maistinių medžiagų, kad paskatintų fitoplanktono augimą. Pasinaudodamas natūraliu procesu, fitoplanktonas lengvai sugeria atmosferos anglies dioksidą ir nugrimzta į vandenyno dugną. JT biologinės įvairovės konvencijos šalys 2008 m sutiko su prevenciniu moratoriumu apie praktiką, kad mokslo bendruomenė galėtų geriau suprasti tokių projektų privalumus ir trūkumus.

Pažadas:

Be atmosferos anglies dioksido pašalinimo, tręšimas maistinėmis medžiagomis gali laikinai sumažinti vandenynų rūgštėjimą ir padidinti žuvų išteklius. Fitoplanktonas yra daugelio žuvų maisto šaltinis, o padidėjus maisto prieinamumui gali padidėti žuvų kiekis regionuose, kuriuose vykdomi projektai. 

Grėsmė:

Tyrimai tebėra riboti dėl tręšimo maistinėmis medžiagomis ir atpažinti daugybę nežinomųjų apie ilgalaikį šio CDR metodo poveikį, bendrą naudą ir pastovumą. Tręšimo maistinėmis medžiagomis projektams gali prireikti daug medžiagų – geležies, fosforo ir azoto. Norint įsigyti šias medžiagas, gali prireikti papildomos kasybos, gamybos ir transportavimo. Tai gali paneigti teigiamo CDR poveikį ir pakenkti kitoms planetos ekosistemoms dėl kasybos gavybos. Be to, gali atsirasti fitoplanktono augimas kenkia dumblių žydėjimas, sumažėja deguonies kiekis vandenyne ir padidėja metano gamyba, šiltnamio efektą sukeliančių dujų, kurios sulaiko 10 kartų daugiau šilumos nei anglies dioksidas.

Dėl natūralaus vandenyno maišymosi kylant ir leidžiantis vanduo iš paviršiaus patenka į nuosėdas, paskirstydamas temperatūrą ir maistines medžiagas įvairiuose vandenyno regionuose. Dirbtinis pakilimas ir nusileidimas siekia panaudoti fizinį mechanizmą, kad pagreitintų ir skatintų šį maišymąsi, padidindamas vandenyno vandens maišymąsi, kad į gilų vandenyną patektų paviršinis vanduo, kuriame gausu anglies dioksido, ir šalto, maistingųjų medžiagų turtingo vandens į paviršių. Tikimasi, kad tai paskatins fitoplanktono augimą ir fotosintezę, kad iš atmosferos būtų pašalintas anglies dioksidas. Šiuo metu siūlomi mechanizmai apima naudojant vertikalius vamzdžius ir siurblius semti vandenį iš vandenyno dugno į viršų.

Pažadas:

Dirbtinis pakilimas ir nusileidimas siūlomas kaip natūralios sistemos stiprinimas. Šis planuojamas vandens judėjimas gali padėti išvengti padidėjusio fitoplanktono augimo šalutinio poveikio, pavyzdžiui, mažo deguonies zonų ir maistinių medžiagų pertekliaus, nes didėja vandenynų maišymasis. Šiltesniuose regionuose šis metodas gali padėti vėsinti paviršiaus temperatūrą ir lėtas koralų balinimas. 

Grėsmė:

Šis dirbtinio maišymo būdas buvo atliktas ribotais eksperimentais ir lauko bandymais, daugiausia dėmesio skiriant mažiems masteliams ir ribotą laiką. Ankstyvieji tyrimai rodo, kad apskritai dirbtinis pakilimas ir nusileidimas turi mažą CDR potencialą ir suteikti laikiną sekvestraciją anglies dioksido. Šis laikinas saugojimas yra pakilimo ir nusileidimo ciklo rezultatas. Bet koks anglies dioksidas, nutekėjęs žemyn į vandenyno dugną, greičiausiai pakils kitu metu. Be to, šis metodas taip pat įžvelgia galimą nutraukimo riziką. Jei dirbtinis siurblys sugenda, nutrūksta arba jam trūksta finansavimo, padidėjus maistinių medžiagų ir anglies dioksido kiekiui paviršiuje gali padidėti metano ir azoto oksido koncentracija bei vandenynų rūgštėjimas. Dabartinis siūlomas dirbtinio vandenyno maišymo mechanizmas reikalauja vamzdžių sistemos, siurblių ir išorinio energijos tiekimo. Tikėtina, kad reikės įrengti šiuos vamzdžius laivai, efektyvus energijos šaltinis ir priežiūra. 

---

Vandenyno CDR naudojant mechaninius ir cheminius metodus

Mechaninis ir cheminis vandenyno CDR įsikiša į natūralius procesus, siekdamas naudoti technologijas natūraliai sistemai pakeisti. Šiuo metu mechaniniame ir cheminiame vandenyno CDR pokalbyje vyrauja jūros vandens anglies gavyba, tačiau į šią kategoriją galėtų patekti ir kiti aukščiau aptarti metodai, tokie kaip dirbtinis pakilimas ir nuleidimas.

Jūros vandens anglies gavyba arba elektrocheminė CDR siekiama pašalinti anglies dioksidą iš vandenyno vandens ir saugoti jį kitur, veikiant panašiais principais, nukreipiant oro anglies dioksido surinkimą ir saugojimą. Siūlomi metodai apima elektrocheminių procesų naudojimą, siekiant surinkti dujinę anglies dioksido formą iš jūros vandens ir laikyti šias dujas kietoje arba skystoje formoje geologinėje formoje arba vandenyno nuosėdose.

Pažadas:

Tikimasi, kad šis anglies dioksido pašalinimo iš vandenyno vandens metodas leis vandenynui per natūralius procesus pasisavinti daugiau atmosferos anglies dioksido. Elektrocheminio CDR tyrimai parodė, kad naudojant atsinaujinantį energijos šaltinį šis metodas galėtų būti energetiškai efektyvus. Tikimasi, kad ir toliau bus pašalintas anglies dioksidas iš vandenyno vandens pakeisti arba pristabdyti vandenyno rūgštėjimą. 

Grėsmė:

Ankstyvieji jūros vandens anglies gavybos tyrimai pirmiausia išbandė šią koncepciją laboratoriniais eksperimentais. Todėl komercinis šio metodo taikymas tebėra labai teorinis ir galimas daug energijos reikalaujantis. Tyrimai taip pat daugiausia buvo skirti anglies dioksido cheminiam gebėjimui pašalinti iš jūros vandens mažai tyrimų apie pavojų aplinkai. Šiuo metu susirūpinimą kelia netikrumas dėl vietinių ekosistemų pusiausvyros pokyčių ir šio proceso poveikio jūros gyvūnijai.

---

Ar yra kelias į priekį vandenyno CDR?

Daugelis natūralių vandenynų CDR projektų, pavyzdžiui, pakrančių ekosistemų atkūrimas ir apsauga, remiami ištirtais ir žinomais teigiama bendra nauda aplinkai ir vietos bendruomenėms. Vis dar reikia atlikti papildomus tyrimus, siekiant suprasti, kiek ir kiek laiko anglis gali būti saugoma vykdant šiuos projektus, tačiau bendra nauda yra aiški. Tačiau, be natūralaus vandenyno CDR, patobulintas natūralus ir mechaninis bei cheminis vandenyno CDR turi akivaizdžių trūkumų, kuriuos reikėtų atidžiai apsvarstyti prieš įgyvendinant bet kokį didelio masto projektą. 

Mes visi esame planetos suinteresuotosios šalys ir turėsime įtakos klimato geoinžinerijos projektams bei klimato kaitai. Sprendimus priimantys asmenys, politikos formuotojai, investuotojai, rinkėjai ir visos suinteresuotosios šalys yra labai svarbios nustatant, ar vieno klimato geoinžinerijos metodo rizika yra didesnė už kito metodo ar net klimato kaitos riziką. Vandenyno CDR metodai gali padėti sumažinti atmosferos anglies dioksido kiekį, tačiau į juos reikėtų atsižvelgti tik kartu su tiesioginiu anglies dioksido emisijų mažinimu.