Ieslodzīts lielajā zilajā: okeāna oglekļa dioksīda noņemšana

Klimata ģeoinženierijas sadalīšana: 2. daļa

1. daļa: Bezgalīgi nezināmie
3. daļa: Saules radiācijas modifikācija
4. daļa: Ētikas, vienlīdzības un taisnīguma apsvēršana

Oglekļa dioksīda noņemšana (CDR) ir klimata ģeoinženierijas veids, kura mērķis ir noņemt oglekļa dioksīdu no atmosfēras. CDR mērķis ir siltumnīcefekta gāzu emisiju ietekme, samazinot un izvadot atmosfēras oglekļa dioksīdu, ilgstoši un īstermiņā uzglabājot. CDR var uzskatīt par sauszemes vai okeāna bāzes, atkarībā no materiāla un sistēmām, ko izmanto gāzes uztveršanai un uzglabāšanai. Šajās sarunās dominējošais ir uzsvars uz sauszemes CDR, taču pieaug interese par okeāna CDR izmantošanu, pievēršot uzmanību uzlabotiem dabas, mehāniskiem un ķīmiskiem projektiem.

---

Dabiskās sistēmas jau izvada no atmosfēras oglekļa dioksīdu

Okeāns ir dabiska oglekļa piesaistītāja, notverot 25% no atmosfēras oglekļa dioksīda un 90% no zemes liekā siltuma, izmantojot dabiskos procesus, piemēram, fotosintēzi un absorbciju. Šīs sistēmas ir palīdzējušas uzturēt globālo temperatūru, taču tās kļūst pārslogotas, jo atmosfērā palielinās oglekļa dioksīda un citu siltumnīcefekta gāzu daudzums no fosilā kurināmā emisijām. Šī palielinātā uzņemšana ir sākusi ietekmēt okeāna ķīmisko sastāvu, izraisot okeāna paskābināšanos, bioloģiskās daudzveidības samazināšanos un jaunus ekosistēmu modeļus. Bioloģiskās daudzveidības un ekosistēmu atjaunošana kopā ar fosilā kurināmā samazināšanu stiprinās planētu pret klimata pārmaiņām.

Oglekļa dioksīda atdalīšana ar jaunu augu un koku augšanu var notikt gan uz sauszemes, gan okeāna ekosistēmās. Apmežošana ir jaunu mežu veidošana vai okeānu ekosistēmas, piemēram, mangroves, apgabalos, kuros vēsturiski nav bijuši šādi augi, savukārt mežu atjaunošanas mērķis ir reintroducēt kokus un citus augus vietās, kas ir pārveidotas citam lietojumam, piemēram, lauksaimniecības zemē, kalnrūpniecībā vai attīstībā, vai pēc zaudējumiem piesārņojuma dēļ.

Jūras atkritumi, plastmasa un ūdens piesārņojums ir tieši veicinājuši lielāko daļu jūraszāļu un mangrovju zudumu. The Tīra ūdens likums ASV, un citi centieni ir bijuši, lai samazinātu šādu piesārņojumu un atļautu mežu atjaunošanu. Šie termini parasti ir izmantoti, lai aprakstītu uz sauszemes balstītus mežus, taču tie var ietvert arī okeāna ekosistēmas, piemēram, mangrovju audzes, jūraszāles, sāls purvus vai jūraszāles.

Solijums:

Ir koki, mangroves, jūraszāles un līdzīgi augi oglekļa izlietnes, izmantojot un atdalot oglekļa dioksīdu dabiski, izmantojot fotosintēzi. Ocean CDR bieži izceļ "zilo oglekli" vai oglekļa dioksīdu, kas izolēts okeānā. Viena no visefektīvākajām zilā oglekļa ekosistēmām ir mangroves, kas savās mizās, sakņu sistēmā un augsnē piesaista oglekli, uzglabājot. līdz 10 reizēm vairāk oglekļa nekā mežos uz zemes. Mangroves piedāvā daudzas vides līdzieguvumi vietējām kopienām un piekrastes ekosistēmām, novēršot ilgtermiņa degradāciju un eroziju, kā arī mazinot vētru un viļņu ietekmi uz piekrasti. Mangrovju meži veido arī dzīvotnes dažādiem sauszemes, ūdens un putnu dzīvniekiem auga sakņu sistēmā un zaros. Arī šādus projektus var izmantot tieši otrādi mežu izciršanas vai vētru sekas, atjaunojot piekrastes līnijas un zemi, kas zaudējusi koku un augu segumu.

Draudi:

Ar šiem projektiem saistītos riskus rada dabiski atdalīta oglekļa dioksīda pagaidu uzglabāšana. Mainoties piekrastes zemes izmantošanai un okeānu ekosistēmas tiek traucētas attīstībai, ceļošanai, rūpniecībai vai stiprinot vētras, augsnē uzkrātais ogleklis tiks izlaists okeāna ūdenī un atmosfērā. Šie projekti ir arī pakļauti bioloģiskā daudzveidība un ģenētiskās daudzveidības samazināšanās par labu ātri augošām sugām, palielinot slimību un lielu izmiršanas risku. Restaurācijas projekti var būt energoietilpīgs un nepieciešama fosilais kurināmais transportēšanai un tehnikas apkopei. Piekrastes ekosistēmu atjaunošana, izmantojot šos uz dabu balstītos risinājumus, neņemot vērā vietējās kopienas var izraisīt zemes sagrābšanu un nelabvēlīgā situācijā esošās kopienas, kuras ir vismazāk ietekmējušas klimata pārmaiņas. Spēcīgas kopienas attiecības un ieinteresēto pušu iesaistīšanās ar pamatiedzīvotājiem un vietējām kopienām ir galvenais, lai nodrošinātu vienlīdzību un taisnīgumu dabiskā okeāna CDR centienos.

Jūras aļģu audzēšanas mērķis ir iestādīt brūnaļģes un makroaļģes, lai filtrētu oglekļa dioksīdu no ūdens un uzglabāt to biomasā, izmantojot fotosintēzi. Šīs ar oglekli bagātās jūraszāles pēc tam var audzēt un izmantot produktos vai pārtikā vai nogremdēt okeāna dzelmē un sekvestrēt.

Solijums:

Jūras aļģes un līdzīgi lielie okeāna augi strauji aug un sastopami reģionos visā pasaulē. Salīdzinot ar apmežošanas vai mežu atjaunošanas centieniem, jūras aļģu okeāna biotops padara to neaizsargātu pret ugunsgrēkiem, iejaukšanos vai citiem sauszemes mežu apdraudējumiem. Jūras aļģu sekvesteri liels oglekļa dioksīda daudzums un pēc augšanas ir dažādi lietojumi. Atdalot oglekļa dioksīdu uz ūdens bāzes, jūraszāles var palīdzēt reģioniem cīnīties pret okeāna paskābināšanos un nodrošināt ar skābekli bagātas dzīvotnes okeāna ekosistēmām. Papildus šiem vides ieguvumiem jūras aļģēm ir arī priekšrocības, kas var pielāgoties klimatam aizsargāt piekrasti pret eroziju slāpējot viļņu enerģiju. 

Draudi:

Jūras aļģu oglekļa uztveršana atšķiras no citiem zilās ekonomikas CDR procesiem, jo ​​iekārta uzglabā CO₂ savā biomasā, nevis pārnes to nogulumos. Tā rezultātā CO₂ jūras aļģu noņemšanas un uzglabāšanas potenciālu ierobežo augs. Savvaļas jūras aļģu pieradināšana, kultivējot jūraszāles, var samazināt augu ģenētisko daudzveidību, palielinot slimību un lielu izmiršanas iespēju. Turklāt pašreizējās piedāvātās jūras aļģu audzēšanas metodes ietver augu audzēšanu ūdenī uz mākslīga materiāla, piemēram, virves, un seklos ūdeņos. Tas var novērst gaismas un barības vielu nokļūšanu ūdenī zem jūraszālēm un kaitēt šīm ekosistēmām. ieskaitot sapīšanos. Arī pašas jūraszāles ir neaizsargātas pret degradāciju ūdens kvalitātes problēmu un plēsoņu dēļ. Pašlaik tiek gaidīti lieli projekti, kuru mērķis ir nogremdēt jūraszāles okeānā nogremdējiet virvi vai mākslīgo materiālu kā arī potenciāli piesārņojot ūdeni, kad jūraszāles grimst. Paredzams, ka šāda veida projektiem būs arī izmaksu ierobežojumi, kas ierobežo mērogojamību. Nepieciešami turpmāki pētījumi lai noteiktu labāko jūras aļģu audzēšanas veidu un gūtu labvēlīgos solījumus, vienlaikus samazinot paredzamos draudus un neparedzētas sekas.

Kopumā okeāna un piekrastes ekosistēmu atveseļošanās, izmantojot mangrovju, jūraszāles, sālspuru ekosistēmas un jūras aļģu audzēšanu, mērķis ir palielināt un atjaunot Zemes dabisko sistēmu spēju apstrādāt un uzglabāt atmosfēras oglekļa dioksīdu. Bioloģiskās daudzveidības samazināšanās klimata pārmaiņu dēļ tiek papildināta ar bioloģiskās daudzveidības samazināšanos cilvēka darbības, piemēram, mežu izciršanas, dēļ, samazinot Zemes noturību pret klimata pārmaiņām. 

2018. gadā Starpvaldību zinātnes un politikas platforma par bioloģisko daudzveidību un ekosistēmu pakalpojumiem (IPBES) ziņoja, ka divas trešdaļas okeāna ekosistēmu ir bojāti, degradēti vai mainīti. Šis skaitlis palielināsies līdz ar jūras līmeņa celšanos, okeānu paskābināšanos, dziļūdens ieguvi jūras gultnē un antropogēno klimata pārmaiņu ietekmi. Dabiskās oglekļa dioksīda atdalīšanas metodes gūs labumu no bioloģiskās daudzveidības palielināšanas un ekosistēmu atjaunošanas. Jūras aļģu audzēšana ir plaukstoša pētījumu joma, kas gūtu labumu no mērķtiecīgiem pētījumiem. Pārdomātai okeāna ekosistēmu atjaunošanai un aizsardzībai ir tūlītējs potenciāls mazināt klimata pārmaiņu ietekmi, samazinot emisijas un līdztekus ieguvumiem.

---

Okeāna dabisko procesu uzlabošana klimata pārmaiņu mazināšanai

Papildus dabiskajiem procesiem pētnieki pēta metodes, kā uzlabot dabisko oglekļa dioksīda izvadīšanu, veicinot okeāna oglekļa dioksīda uzņemšanu. Trīs okeāna klimata ģeoinženierijas projekti ietilpst šajā dabisko procesu uzlabošanas kategorijā: okeāna sārmainības palielināšana, barības vielu mēslošana un mākslīgā augšupeja un lejupslīde. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) ir CDR metode, kuras mērķis ir noņemt okeāna oglekļa dioksīdu, paātrinot minerālu dabiskās atmosfēras reakcijas. Šīs laika apstākļu reakcijas izmanto oglekļa dioksīdu un rada cietu materiālu. Pašreizējās OAE metodes uztvert oglekļa dioksīdu ar sārmainiem iežiem, piemēram, kaļķi vai olivīnu, vai ar elektroķīmisko procesu.

Solijums:

Pamatojoties uz dabiskie iežu laikapstākļi, OAE ir mērogojams un piedāvā pastāvīgu metodi oglekļa dioksīda atdalīšanai. Reakcija starp gāzi un minerālu rada nogulsnes, kuras ir paredzamas palielināt okeāna buferspēju, savukārt samazinot okeāna paskābināšanos. Derīgo izrakteņu nogulumu palielināšanās okeānā var arī palielināt okeāna produktivitāti.

Draudi:

Laikapstākļu reakcijas panākumi ir atkarīgi no minerālu pieejamības un izplatības. Nevienmērīgs minerālvielu sadalījums un reģionālās jūtības oglekļa dioksīda samazināšanās var negatīvi ietekmēt okeāna vidi. Turklāt OAE nepieciešamais minerālvielu daudzums, visticamāk, būs iegūti no sauszemes raktuvēm, un lietošanai būs nepieciešams transports uz piekrastes reģioniem. Okeāna sārmainības palielināšana mainīs arī okeāna pH kas ietekmē bioloģiskos procesus. Okeāna sārmainības uzlabošanai ir nav redzēts tik daudz lauka eksperimentu vai tik daudz pētījumu kā laikapstākļu ietekme uz sauszemes, un šīs metodes ietekme ir labāk zināma attiecībā uz laikapstākļiem uz sauszemes. 

Barības vielu mēslošana ierosina pievienot dzelzi un citas barības vielas okeānam, lai veicinātu fitoplanktona augšanu. Izmantojot dabisko procesu, fitoplanktons viegli uzņem atmosfēras oglekļa dioksīdu un nogrimst okeāna dibenā. 2008. gadā valstis ANO Konvencijā par bioloģisko daudzveidību piekrita piesardzības moratorijam par praksi, kas ļauj zinātnieku aprindām labāk izprast šādu projektu plusus un mīnusus.

Solijums:

Papildus atmosfēras oglekļa dioksīda izvadīšanai barības vielu mēslošana var īslaicīgi samazināt okeāna paskābināšanos un palielināt zivju krājumus. Fitoplanktons ir barības avots daudzām zivīm, un, palielinoties barības pieejamībai, var palielināties zivju daudzums reģionos, kur tiek īstenoti projekti. 

Draudi:

Pētījumi joprojām ir ierobežoti par barības vielu mēslošanu un atpazīt daudzo nezināmo par šīs CDR metodes ilgtermiņa ietekmi, blakusieguvumiem un noturību. Uzturvielu mēslošanas projektiem var būt nepieciešams liels daudzums materiālu dzelzs, fosfora un slāpekļa veidā. Šo materiālu iegūšanai var būt nepieciešama papildu ieguve, ražošana un transportēšana. Tas varētu noliegt pozitīvās KDR ietekmi un kaitēt citām planētas ekosistēmām kalnrūpniecības ieguves dēļ. Turklāt var izraisīt fitoplanktona augšanu kaitīgo aļģu ziedēšanu, samazina skābekļa daudzumu okeānā un palielina metāna veidošanos, SEG, kas aiztur 10 reizes vairāk siltuma, salīdzinot ar oglekļa dioksīdu.

Dabiskā okeāna sajaukšanās ar augšupejošu un lejupslīdi nogādā ūdeni no virsmas uz nogulumiem, sadalot temperatūru un barības vielas dažādos okeāna reģionos. Mākslīgā augšup un lejup mērķis ir izmantot fizisku mehānismu, lai paātrinātu un veicinātu šo sajaukšanos, palielinot okeāna ūdens sajaukšanos, lai okeāna dziļumos nogādātu ar oglekļa dioksīdu bagātu virszemes ūdeni, un auksts, barības vielām bagāts ūdens uz virsmas. Paredzams, ka tas veicinās fitoplanktona augšanu un fotosintēzi, lai no atmosfēras izņemtu oglekļa dioksīdu. Pašreizējie ierosinātie mehānismi ietver izmantojot vertikālas caurules un sūkņus lai smeltu ūdeni no okeāna dibena uz augšu.

Solijums:

Mākslīgā augšupeja un lejupslīde tiek ierosināta kā dabiskās sistēmas uzlabošana. Šī plānotā ūdens kustība var palīdzēt izvairīties no palielinātas fitoplanktona augšanas blakusparādībām, piemēram, zemas skābekļa zonas un lieko barības vielu, palielinot okeāna sajaukšanos. Siltākos reģionos šī metode var palīdzēt atdzesēt virsmas temperatūru un lēna koraļļu balināšana. 

Draudi:

Šī mākslīgās sajaukšanas metode ir piedzīvojusi ierobežotus eksperimentus un lauka testus, kas vērsti uz maziem mērogiem un ierobežotu laika periodu. Agrīnie pētījumi liecina, ka kopumā mākslīgai augšupejai un lejupslīdei ir zems CDR potenciāls un nodrošināt pagaidu sekvestrāciju oglekļa dioksīda. Šī pagaidu uzglabāšana ir augšupejas un lejupslīdes cikla rezultāts. Jebkurš oglekļa dioksīds, kas virzās uz okeāna dibenu, plūstot lejup, visticamāk, uzcelsies kādā citā brīdī. Turklāt šī metode paredz arī izbeigšanas risku. Ja mākslīgais sūknis sabojājas, tiek pārtraukts vai tam trūkst finansējuma, palielināts barības vielu un oglekļa dioksīda daudzums virspusē var palielināt metāna un slāpekļa oksīda koncentrāciju, kā arī okeāna paskābināšanos. Pašreizējam ierosinātajam mehānismam okeāna mākslīgai sajaukšanai ir nepieciešama cauruļu sistēma, sūkņi un ārēja enerģijas padeve. Šo cauruļu uzstādīšana, visticamāk, būs nepieciešama kuģus, efektīvu enerģijas avotu un apkopi. 

---

Okeāna CDR, izmantojot mehāniskās un ķīmiskās metodes

Mehāniskā un ķīmiskā okeāna CDR iejaucas dabiskos procesos, lai izmantotu tehnoloģiju, lai mainītu dabisko sistēmu. Pašlaik okeāna mehāniskajā un ķīmiskajā CDR sarunā dominē jūras ūdens oglekļa ekstrakcija, taču šajā kategorijā varētu ietilpt arī citas metodes, piemēram, mākslīgā augšupeja un lejupslīde, kas tika apspriestas iepriekš.

Jūras ūdens oglekļa ekstrakcijas jeb elektroķīmiskās CDR mērķis ir noņemt oglekļa dioksīdu okeāna ūdenī un uzglabāt to citur, darbojoties pēc līdzīgiem principiem, lai virzītu oglekļa dioksīda uztveršanu un uzglabāšanu gaisā. Piedāvātās metodes ietver elektroķīmisko procesu izmantošanu, lai savāktu oglekļa dioksīda gāzveida formu no jūras ūdens un uzglabātu šo gāzi cietā vai šķidrā veidā ģeoloģiskā veidojumā vai okeāna nogulumos.

Solijums:

Paredzams, ka šī metode oglekļa dioksīda atdalīšanai no okeāna ūdens ļaus okeānam dabisko procesu ceļā uzņemt vairāk atmosfēras oglekļa dioksīda. Pētījumi par elektroķīmisko CDR liecina, ka, izmantojot atjaunojamo enerģijas avotu, šī metode varētu būt energoefektīvs. Paredzams, ka oglekļa dioksīda atdalīšana no okeāna ūdens turpināsies apgriezt vai apturēt okeāna paskābināšanos. 

Draudi:

Agrīnie pētījumi par jūras ūdens oglekļa ieguvi galvenokārt ir pārbaudījuši koncepciju laboratorijas eksperimentos. Rezultātā šīs metodes komerciālais pielietojums joprojām ir ļoti teorētisks un potenciāls energoietilpīgs. Pētījumi arī galvenokārt ir vērsti uz oglekļa dioksīda ķīmisko spēju izvadīt no jūras ūdens, ar maz pētījumu par vides riskiem. Pašreizējās bažas ietver neskaidrības par vietējām ekosistēmu līdzsvara izmaiņām un šī procesa ietekmi uz jūras dzīvi.

---

Vai ir kāds ceļš uz priekšu okeāna CDR?

Daudzi dabisko okeānu CDR projekti, piemēram, piekrastes ekosistēmu atjaunošana un aizsardzība, tiek atbalstīti ar izpētītiem un zināmiem pozitīviem ieguvumiem videi un vietējām kopienām. Joprojām ir nepieciešami papildu pētījumi, lai saprastu, cik daudz un cik ilgi ogleklis var uzglabāt šajos projektos, taču līdzās ieguvumi ir skaidri. Tomēr papildus dabiskajam okeāna CDR uzlabotajam dabiskajam, mehāniskajam un ķīmiskajam okeāna CDR ir identificējami trūkumi, kas rūpīgi jāapsver pirms jebkura liela mēroga projekta īstenošanas. 

Mēs visi esam planētas ieinteresētās puses, un mūs ietekmēs klimata ģeoinženierijas projekti, kā arī klimata pārmaiņas. Lēmumu pieņēmēji, politikas veidotāji, investori, vēlētāji un visas ieinteresētās personas ir galvenie, lai noteiktu, vai vienas klimata ģeoinženierijas metodes risks atsver citas metodes risku vai pat klimata pārmaiņu risku. Okeāna CDR metodes var palīdzēt samazināt atmosfēras oglekļa dioksīdu, taču tās jāņem vērā tikai papildus tiešai oglekļa dioksīda emisiju samazināšanai.