Terperangkap dalam Big Blue: Penyingkiran Karbon Dioksida Lautan

Memecahkan Geoengineering Iklim: Bahagian 2

Bahagian 1: Tanpa Kesudahan Tidak Diketahui
Bahagian 3: Pengubahsuaian Sinaran Suria
Bahagian 4: Mempertimbangkan Etika, Ekuiti dan Keadilan

Penyingkiran karbon dioksida (CDR) ialah satu bentuk geoengineering iklim yang bertujuan untuk mengeluarkan karbon dioksida dari atmosfera. CDR menyasarkan kesan pelepasan gas rumah hijau dengan mengurangkan dan mengeluarkan karbon dioksida atmosfera melalui penyimpanan jangka panjang dan pendek. CDR boleh dianggap berasaskan darat atau berasaskan lautan, bergantung pada bahan dan sistem yang digunakan untuk menangkap dan menyimpan gas. Penekanan pada CDR berasaskan darat telah diutamakan dalam perbualan ini tetapi minat untuk memanfaatkan CDR lautan semakin meningkat, dengan perhatian terhadap projek semula jadi dan mekanikal dan kimia yang dipertingkatkan.

---

Sistem semula jadi sudah mengeluarkan karbon dioksida dari atmosfera

Lautan adalah sinki karbon semula jadi, menangkap 25% karbon dioksida atmosfera dan 90% daripada haba berlebihan bumi melalui proses semula jadi seperti fotosintesis dan penyerapan. Sistem ini telah membantu mengekalkan suhu global, tetapi menjadi lebih beban disebabkan oleh peningkatan karbon dioksida atmosfera dan gas rumah hijau lain daripada pelepasan bahan api fosil. Peningkatan pengambilan ini telah mula menjejaskan kimia lautan, menyebabkan pengasidan lautan, kehilangan biodiversiti, dan corak ekosistem baharu. Membina semula biodiversiti dan ekosistem yang digabungkan dengan pengurangan bahan api fosil akan mengukuhkan planet ini daripada perubahan iklim.

Penyingkiran karbon dioksida, melalui pertumbuhan tumbuhan dan pokok baharu, boleh berlaku di darat dan di ekosistem lautan. Penanaman hutan adalah penciptaan hutan baru atau ekosistem lautan, seperti bakau, di kawasan yang secara sejarah tidak mengandungi tumbuhan sedemikian, manakala penghutanan semula berusaha untuk memperkenalkan semula pokok dan tumbuhan lain di lokasi yang telah ditukar kepada kegunaan lain, seperti tanah ladang, perlombongan atau pembangunan, atau selepas kehilangan akibat pencemaran.

Serpihan marin, plastik dan pencemaran air telah menyumbang secara langsung kepada kebanyakan rumput laut dan kehilangan bakau. The Akta Air Bersih di Amerika Syarikat, dan usaha lain telah berjaya mengurangkan pencemaran tersebut dan membenarkan penghutanan semula. Istilah ini biasanya digunakan untuk menerangkan hutan berasaskan darat, tetapi juga boleh merangkumi ekosistem berasaskan lautan seperti bakau, rumput laut, paya garam atau rumpai laut.

Janji:

Pokok, bakau, rumput laut, dan tumbuhan seumpamanya adalah sinki karbon, menggunakan dan mengasingkan karbon dioksida secara semula jadi melalui fotosintesis. Ocean CDR sering menyerlahkan 'karbon biru' atau karbon dioksida yang diasingkan di lautan. Salah satu ekosistem karbon biru yang paling berkesan ialah bakau, yang menyerap karbon dalam kulit kayu, sistem akar, dan tanah, menyimpan sehingga 10 kali lebih banyak karbon daripada hutan di darat. Bakau menyediakan banyak faedah bersama alam sekitar kepada komuniti tempatan dan ekosistem pantai, mencegah kemerosotan dan hakisan jangka panjang serta menyederhanakan kesan ribut dan ombak di pantai. Hutan bakau juga mewujudkan habitat untuk pelbagai haiwan darat, akuatik dan burung dalam sistem akar dan dahan tumbuhan. Projek sebegini juga boleh digunakan untuk terbalik secara langsung kesan penebangan hutan atau ribut, memulihkan pantai dan tanah yang telah kehilangan penutup pokok dan tumbuhan.

Ancaman:

Risiko yang mengiringi projek ini berpunca daripada penyimpanan sementara karbon dioksida yang diasingkan secara semula jadi. Apabila perubahan penggunaan tanah pantai dan ekosistem lautan terganggu untuk pembangunan, perjalanan, industri, atau dengan menguatkan ribut, karbon yang disimpan dalam tanah akan dilepaskan ke dalam air laut dan atmosfera. Projek-projek ini juga terdedah kepada kehilangan biodiversiti dan kepelbagaian genetik memihak kepada spesies yang berkembang pesat, meningkatkan risiko penyakit dan kematian besar. Projek pemulihan boleh menjadi intensif tenaga dan memerlukan bahan api fosil untuk pengangkutan dan jentera untuk penyelenggaraan. Memulihkan ekosistem pantai melalui penyelesaian berasaskan alam semula jadi ini tanpa pertimbangan yang sewajarnya untuk masyarakat setempat boleh mengakibatkan rampasan tanah dan komuniti yang kurang bernasib baik yang mempunyai sumbangan paling sedikit kepada perubahan iklim. Hubungan komuniti yang kukuh dan penglibatan pihak berkepentingan dengan Orang Asli dan komuniti tempatan adalah kunci untuk memastikan kesaksamaan dan keadilan dalam usaha CDR lautan semula jadi.

Penanaman Rumpai Laut bertujuan untuk menanam kelp dan makroalga untuk menapis karbon dioksida daripada air dan menyimpannya dalam biojisim melalui fotosintesis. Rumpai laut kaya karbon ini kemudiannya boleh diternak dan digunakan dalam produk atau makanan atau ditenggelamkan ke dasar lautan dan diasingkan.

Janji:

Rumpai laut dan tumbuhan laut besar yang serupa berkembang pesat dan terdapat di kawasan di seluruh dunia. Berbanding dengan usaha penanaman semula hutan atau penghutanan semula, habitat lautan rumpai laut menjadikannya tidak terdedah kepada kebakaran, pencerobohan atau ancaman lain terhadap hutan darat. Penyerap rumpai laut jumlah karbon dioksida yang tinggi dan mempunyai pelbagai kegunaan selepas tumbesaran. Melalui penyingkiran karbon dioksida berasaskan air, rumpai laut boleh membantu kawasan bekerja menentang pengasidan lautan dan menyediakan habitat yang kaya dengan oksigen untuk ekosistem lautan. Sebagai tambahan kepada kejayaan alam sekitar ini, rumpai laut juga mempunyai manfaat penyesuaian iklim yang boleh melindungi pantai daripada hakisan dengan melembapkan tenaga gelombang. 

Ancaman:

Penangkapan karbon rumpai laut berbeza daripada proses CDR ekonomi biru yang lain, dengan loji menyimpan CO₂ dalam biojisimnya, dan bukannya memindahkannya ke dalam sedimen. Akibatnya, CO₂ potensi penyingkiran dan penyimpanan untuk rumpai laut dihadkan oleh tumbuhan. Menjinakkan rumpai laut liar melalui penanaman rumpai laut boleh mengurangkan kepelbagaian genetik tumbuhan, meningkatkan potensi penyakit dan kematian yang besar. Di samping itu, kaedah penanaman rumpai laut yang dicadangkan semasa termasuk menanam tumbuhan di dalam air pada bahan tiruan, seperti tali, dan di perairan cetek. Ini boleh menghalang cahaya dan nutrien daripada habitat di dalam air di bawah rumpai laut dan menyebabkan kemudaratan kepada ekosistem tersebut termasuk kekusutan. Rumpai laut itu sendiri juga terdedah kepada degradasi akibat isu kualiti air dan pemangsa. Projek-projek besar yang bertujuan untuk menenggelamkan rumpai laut ke dalam lautan kini dijangka tenggelamkan tali atau bahan tiruan serta, berpotensi mencemarkan air apabila rumpai laut tenggelam. Projek jenis ini juga dijangka mengalami kekangan kos, mengehadkan skalabiliti. Kajian lanjut diperlukan untuk menentukan cara terbaik untuk menanam rumpai laut dan mendapatkan janji-janji yang berfaedah sambil meminimumkan ancaman yang dijangkakan dan akibat yang tidak diingini.

Secara keseluruhan, pemulihan ekosistem lautan dan pantai melalui hutan bakau, rumput laut, ekosistem paya garam, dan penanaman rumpai laut bertujuan untuk meningkatkan dan memulihkan keupayaan sistem semula jadi Bumi untuk memproses dan menyimpan karbon dioksida atmosfera. Kehilangan biodiversiti akibat perubahan iklim ditambah pula dengan kehilangan biodiversiti daripada aktiviti manusia, seperti penebangan hutan, mengurangkan daya tahan Bumi terhadap perubahan iklim. 

Pada 2018, Platform Dasar Sains Antara Kerajaan mengenai Perkhidmatan Biodiversiti dan Ekosistem (IPBES) melaporkan bahawa dua pertiga ekosistem lautan rosak, terdegradasi, atau diubah. Jumlah ini akan meningkat dengan kenaikan paras laut, pengasidan lautan, perlombongan dasar laut dalam dan kesan perubahan iklim antropogenik. Kaedah penyingkiran karbon dioksida semula jadi akan mendapat manfaat daripada meningkatkan biodiversiti dan memulihkan ekosistem. Penanaman rumpai laut adalah bidang kajian yang sedang berkembang yang akan mendapat manfaat daripada penyelidikan yang disasarkan. Pemulihan dan perlindungan ekosistem lautan yang bertimbang rasa mempunyai potensi segera untuk mengurangkan kesan perubahan iklim melalui pengurangan pelepasan yang digandingkan dengan faedah bersama.

---

Meningkatkan proses lautan semula jadi untuk mitigasi perubahan iklim

Selain proses semula jadi, penyelidik sedang menyiasat kaedah untuk meningkatkan penyingkiran karbon dioksida semula jadi, menggalakkan penyerapan karbon dioksida lautan. Tiga projek geoengineering iklim lautan termasuk dalam kategori mempertingkatkan proses semula jadi ini: peningkatan kealkalian lautan, persenyawaan nutrien, dan tiruan dan tiruan. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) ialah kaedah CDR yang bertujuan untuk menghilangkan karbon dioksida lautan dengan mempercepatkan tindak balas luluhawa semulajadi mineral. Tindak balas luluhawa ini menggunakan karbon dioksida dan menghasilkan bahan pepejal. Teknik OAE semasa menangkap karbon dioksida dengan batu beralkali, iaitu kapur atau olivin, atau melalui proses elektrokimia.

Janji:

Berdasarkan proses luluhawa batu semula jadi, OAE ialah berskala dan menawarkan kaedah kekal penyingkiran karbon dioksida. Tindak balas antara gas dan mineral menghasilkan deposit yang dijangkakan meningkatkan kapasiti penampanan lautan, seterusnya mengurangkan pengasidan lautan. Peningkatan deposit mineral di lautan juga boleh meningkatkan produktiviti lautan.

Ancaman:

Kejayaan tindak balas luluhawa bergantung kepada ketersediaan dan pengagihan mineral. Pengagihan galian yang tidak sekata dan sensitiviti serantau pengurangan karbon dioksida boleh memberi kesan negatif kepada persekitaran lautan. Di samping itu, kuantiti mineral yang diperlukan untuk OAE berkemungkinan besar diperoleh daripada lombong darat, dan akan memerlukan pengangkutan ke kawasan pantai untuk digunakan. Meningkatkan kealkalian lautan akan mengubah pH lautan, juga menjejaskan proses biologi. Peningkatan kealkalian lautan telah tidak dilihat seberapa banyak eksperimen lapangan atau banyak penyelidikan sebagai luluhawa berasaskan tanah, dan kesan kaedah ini lebih dikenali dengan luluhawa berasaskan darat. 

Pembajaan Nutrien mencadangkan menambah zat besi dan nutrien lain ke dalam lautan untuk menggalakkan pertumbuhan fitoplankton. Mengambil kesempatan daripada proses semula jadi, fitoplankton mudah menyerap karbon dioksida atmosfera dan tenggelam ke dasar lautan. Pada tahun 2008, negara-negara di Konvensyen PBB mengenai Kepelbagaian Biologi bersetuju dengan moratorium berjaga-jaga mengenai amalan untuk membolehkan komuniti saintifik memahami dengan lebih baik kebaikan dan keburukan projek tersebut.

Janji:

Selain mengeluarkan karbon dioksida atmosfera, persenyawaan nutrien mungkin mengurangkan pengasidan lautan buat sementara waktu and menambah stok ikan. Fitoplankton adalah sumber makanan untuk banyak ikan, dan peningkatan ketersediaan makanan boleh meningkatkan jumlah ikan di kawasan di mana projek dijalankan. 

Ancaman:

Kajian masih terhad mengenai persenyawaan nutrien dan mengenali banyak yang tidak diketahui tentang kesan jangka panjang, faedah bersama dan kekal kaedah CDR ini. Projek pembajaan nutrien mungkin memerlukan sejumlah besar bahan dalam bentuk besi, fosforus dan nitrogen. Untuk mendapatkan bahan ini mungkin memerlukan perlombongan, pengeluaran dan pengangkutan tambahan. Ini boleh menafikan kesan CDR positif dan membahayakan ekosistem lain di planet ini akibat pengekstrakan perlombongan. Selain itu, pertumbuhan fitoplankton boleh mengakibatkan alga yang berbahaya, mengurangkan oksigen di lautan, dan meningkatkan pengeluaran metana, GHG yang memerangkap 10 kali ganda jumlah haba berbanding karbon dioksida.

Percampuran semula jadi lautan melalui upwelling dan downwelling membawa air dari permukaan ke sedimen, mengedarkan suhu dan nutrien ke kawasan lautan yang berbeza. Tiruan Upwelling dan Downwelling bertujuan untuk menggunakan mekanisme fizikal untuk mempercepat dan menggalakkan percampuran ini, meningkatkan percampuran air laut untuk membawa air permukaan yang kaya dengan karbon dioksida ke lautan dalam, dan sejuk, air yang kaya dengan nutrien ke permukaan. Ini dijangka menggalakkan pertumbuhan fitoplankton dan fotosintesis untuk menghilangkan karbon dioksida dari atmosfera. Mekanisme yang dicadangkan semasa termasuk menggunakan paip menegak dan pam untuk menarik air dari dasar lautan ke atas.

Janji:

Tiruan upwelling dan downwelling dicadangkan sebagai peningkatan sistem semula jadi. Pergerakan air yang dirancang ini boleh membantu mengelakkan kesan sampingan peningkatan pertumbuhan fitoplankton seperti zon oksigen rendah dan lebihan nutrien dengan meningkatkan percampuran lautan. Di kawasan yang lebih panas, kaedah ini boleh membantu menyejukkan suhu permukaan dan pelunturan karang perlahan. 

Ancaman:

Kaedah pencampuran buatan ini telah menyaksikan eksperimen terhad dan ujian lapangan tertumpu pada skala kecil dan untuk tempoh masa terhad. Kajian awal menunjukkan bahawa secara keseluruhan, tiruan upwelling dan downwelling mempunyai potensi CDR yang rendah dan menyediakan pengasingan sementara daripada karbon dioksida. Penyimpanan sementara ini adalah hasil daripada kitaran naik dan turun. Mana-mana karbon dioksida yang bergerak ke dasar lautan melalui downwelling berkemungkinan naik naik pada satu masa yang lain. Selain itu, kaedah ini juga melihat potensi risiko penamatan. Jika pam tiruan gagal, dihentikan, atau kekurangan pembiayaan, peningkatan nutrien dan karbon dioksida di permukaan boleh meningkatkan kepekatan metana dan nitrus oksida serta pengasidan lautan. Mekanisme yang dicadangkan semasa untuk pencampuran lautan buatan memerlukan sistem paip, pam dan bekalan tenaga luaran. Ansuran paip ini mungkin memerlukan kapal, sumber tenaga yang cekap, dan penyelenggaraan. 

---

Ocean CDR melalui Kaedah Mekanikal dan Kimia

CDR lautan mekanikal dan kimia campur tangan dengan proses semula jadi, bertujuan untuk menggunakan teknologi untuk mengubah sistem semula jadi. Pada masa ini, pengekstrakan karbon air laut mendominasi perbualan CDR lautan mekanikal dan kimia, tetapi kaedah lain seperti tiruan naik dan turun, yang dibincangkan di atas, boleh termasuk dalam kategori ini juga.

Pengekstrakan Karbon Air Laut, atau CDR Elektrokimia, bertujuan untuk mengeluarkan karbon dioksida dalam air laut dan menyimpannya di tempat lain, beroperasi pada prinsip yang sama untuk mengarahkan penangkapan dan penyimpanan karbon dioksida udara. Kaedah yang dicadangkan termasuk menggunakan proses elektrokimia untuk mengumpul bentuk gas karbon dioksida daripada air laut, dan menyimpan gas tersebut dalam bentuk pepejal atau cecair dalam pembentukan geologi atau dalam sedimen lautan.

Janji:

Kaedah penyingkiran karbon dioksida daripada air laut ini dijangka membolehkan lautan mengambil lebih banyak karbon dioksida atmosfera melalui proses semula jadi. Kajian mengenai CDR elektrokimia telah menunjukkan bahawa dengan sumber tenaga boleh diperbaharui, kaedah ini boleh menjadi cekap tenaga. Mengeluarkan karbon dioksida daripada air laut dijangka selanjutnya membalikkan atau menjeda pengasidan lautan. 

Ancaman:

Kajian awal mengenai pengekstrakan karbon air laut telah menguji konsep dalam eksperimen berasaskan makmal. Akibatnya, aplikasi komersial kaedah ini kekal secara teori dan berpotensi intensif tenaga. Penyelidikan juga tertumpu terutamanya pada keupayaan kimia karbon dioksida untuk dikeluarkan daripada air laut, dengan sedikit kajian tentang risiko alam sekitar. Kebimbangan semasa termasuk ketidakpastian tentang anjakan keseimbangan ekosistem tempatan dan kesan proses ini terhadap hidupan marin.

---

Adakah terdapat laluan ke hadapan untuk CDR lautan?

Banyak projek CDR lautan semula jadi, seperti pemulihan dan perlindungan ekosistem pantai, disokong oleh manfaat bersama positif yang diselidiki dan diketahui kepada alam sekitar dan komuniti setempat. Penyelidikan tambahan untuk memahami jumlah dan tempoh masa karbon boleh disimpan melalui projek ini masih diperlukan, tetapi faedah bersama adalah jelas. Di luar CDR lautan semula jadi, bagaimanapun, CDR lautan semula jadi dan mekanikal dan kimia yang dipertingkatkan mempunyai kelemahan yang boleh dikenal pasti yang harus dipertimbangkan dengan teliti sebelum melaksanakan sebarang projek secara besar-besaran. 

Kita semua adalah pemegang kepentingan di planet ini dan akan terjejas oleh projek geoengineering iklim serta perubahan iklim. Pembuat keputusan, penggubal dasar, pelabur, pengundi, dan semua pihak berkepentingan adalah kunci dalam menentukan sama ada risiko satu kaedah geoengineering iklim mengatasi risiko kaedah lain atau risiko perubahan iklim. Kaedah Ocean CDR boleh membantu mengurangkan karbon dioksida atmosfera, tetapi hanya perlu dipertimbangkan sebagai tambahan kepada pengurangan langsung pelepasan karbon dioksida.