Gevangen in de Big Blue: Ocean Carbon Dioxide Removal

Klimaatgeo-engineering doorbreken: deel 2

Deel 1: Eindeloze onbekenden
Deel 3: Wijziging van zonnestraling
Deel 4: Ethiek, billijkheid en rechtvaardigheid overwegen

Kooldioxideverwijdering (CDR) is een vorm van klimaatgeo-engineering die ernaar streeft koolstofdioxide uit de atmosfeer te verwijderen. CDR richt zich op de impact van de uitstoot van broeikasgassen door kooldioxide in de atmosfeer te verminderen en te verwijderen via opslag op lange en korte termijn. CDR kan worden beschouwd als op het land of in de oceaan, afhankelijk van het materiaal en de systemen die worden gebruikt om het gas op te vangen en op te slaan. In deze gesprekken overheerste de nadruk op CDR op het land, maar de belangstelling voor het benutten van CDR in de oceaan neemt toe, met aandacht voor verbeterde natuurlijke en mechanische en chemische projecten.

---

Natuurlijke systemen halen al koolstofdioxide uit de atmosfeer

De oceaan is een natuurlijke koolstofput, 25% vastleggen van koolstofdioxide in de atmosfeer en 90% van de overtollige warmte van de aarde door natuurlijke processen zoals fotosynthese en absorptie. Deze systemen hebben geholpen de temperatuur op aarde te handhaven, maar raken overbelast door de toename van kooldioxide in de atmosfeer en andere broeikasgassen door de uitstoot van fossiele brandstoffen. Deze toegenomen opname begint de chemie van de oceaan te beïnvloeden, met verzuring van de oceaan, verlies aan biodiversiteit en nieuwe ecosysteempatronen tot gevolg. Het herstel van de biodiversiteit en ecosystemen in combinatie met een vermindering van fossiele brandstoffen zal de planeet versterken tegen klimaatverandering.

Kooldioxideverwijdering, door nieuwe planten en bomen, kan zowel op het land als in oceaanecosystemen plaatsvinden. Bebossing is de aanleggen van nieuwe bossen of oceaanecosystemen, zoals mangroves, in gebieden die historisch gezien geen dergelijke planten bevatten, terwijl herbebossing probeert herintroduceren van bomen en andere planten op locaties die waren omgebouwd voor een ander gebruik, zoals landbouwgrond, mijnbouw of ontwikkeling, of na verlies als gevolg van vervuiling.

Zeeafval, plastic en watervervuiling hebben direct bijgedragen aan het meeste verlies van zeegras en mangrove. De Clean Water Act in de Verenigde Staten, en andere inspanningen hebben gewerkt om dergelijke vervuiling te verminderen en herbebossing mogelijk te maken. Deze termen worden over het algemeen gebruikt om bossen op het land te beschrijven, maar kunnen ook ecosystemen op de oceaan omvatten, zoals mangroven, zeegras, kwelders of zeewier.

De belofte:

Bomen, mangroven, zeegras en soortgelijke planten zijn dat wel koolstofputten, koolstofdioxide op natuurlijke wijze gebruiken en vastleggen door middel van fotosynthese. Ocean CDR benadrukt vaak 'blauwe koolstof' of koolstofdioxide die in de oceaan is vastgelegd. Een van de meest effectieve blauwe koolstofecosystemen zijn mangroves, die koolstof vastleggen in hun schors, wortelsysteem en bodem, waardoor ze worden opgeslagen tot 10 keer meer koolstof dan bossen op het land. Mangroven bieden tal van milieuvoordelen aan lokale gemeenschappen en kustecosystemen, waardoor aantasting en erosie op lange termijn wordt voorkomen en de impact van stormen en golven op de kust wordt beperkt. Mangrovebossen creëren ook leefgebieden voor verschillende land-, water- en vogeldieren in het wortelstelsel en de takken van de plant. Dergelijke projecten kunnen ook worden gebruikt direct achteruit de gevolgen van ontbossing of stormen, het herstel van kustlijnen en land dat bomen en planten heeft verloren.

De bedreiging:

De risico's die deze projecten met zich meebrengen, vloeien voort uit de tijdelijke opslag van natuurlijk vastgelegd koolstofdioxide. Naarmate het landgebruik aan de kust verandert en oceaanecosystemen worden verstoord voor ontwikkeling, reizen, industrie of door sterker wordende stormen, zal in de bodem opgeslagen koolstof vrijkomen in het oceaanwater en de atmosfeer. Deze projecten zijn ook gevoelig voor verlies aan biodiversiteit en genetische diversiteit ten gunste van snelgroeiende soorten, waardoor het risico op ziekte en grote uitsterving toeneemt. Restauratie projecten kan energie-intensief zijn en hebben fossiele brandstoffen nodig voor transport en machines voor onderhoud. Kustecosystemen herstellen door middel van deze op de natuur gebaseerde oplossingen zonder voldoende rekening te houden met de lokale gemeenschappen kan leiden tot landroof en benadelen gemeenschappen die de minste bijdrage hebben geleverd aan klimaatverandering. Sterke gemeenschapsrelaties en betrokkenheid van belanghebbenden met inheemse volkeren en lokale gemeenschappen zijn essentieel voor het waarborgen van rechtvaardigheid en rechtvaardigheid bij CDR-inspanningen in de natuurlijke oceaan.

Zeewierteelt heeft tot doel kelp en macroalgen te planten om koolstofdioxide uit het water te filteren en opslaan in biomassa door middel van fotosynthese. Dit koolstofrijke zeewier kan vervolgens worden gekweekt en gebruikt in producten of voedsel of naar de bodem van de oceaan worden gezonken en afgezonderd.

De belofte:

Zeewier en soortgelijke grote oceaanplanten groeien snel en zijn aanwezig in regio's over de hele wereld. Vergeleken met bebossing of herbebossing, maakt de oceanische habitat van zeewier het niet vatbaar voor brand, aantasting of andere bedreigingen van terrestrische bossen. Zeewier sequestreers grote hoeveelheden koolstofdioxide en heeft een verscheidenheid aan toepassingen na de groei. Door kooldioxide op waterbasis te verwijderen, kan zeewier regio's helpen de verzuring van de oceaan tegen te gaan zorgen voor zuurstofrijke leefgebieden voor oceanische ecosystemen. Naast deze milieuwinsten heeft zeewier ook klimaatadaptatievoordelen die dat wel kunnen kustlijnen beschermen tegen erosie door golfenergie te dempen. 

De bedreiging:

Het afvangen van koolstof door zeewier onderscheidt zich van andere CDR-processen in de blauwe economie, waarbij de plant CO opslaat₂ in zijn biomassa, in plaats van het in het sediment over te brengen. Hierdoor is de K.O₂ het verwijderings- en opslagpotentieel voor zeewier wordt beperkt door de plant. Het domesticeren van wild zeewier door middel van zeewierteelt kan de genetische diversiteit van de plant verminderen, waardoor de kans op ziekte en grote uitval toeneemt. Bovendien omvatten de huidige voorgestelde methoden voor het kweken van zeewier het kweken van planten in het water op kunstmatig materiaal, zoals touw, en in ondiep water. Dit kan licht en voedingsstoffen uit habitats in het water onder het zeewier voorkomen en schade toebrengen aan die ecosystemen inclusief verwikkelingen. Het zeewier zelf is ook kwetsbaar voor degradatie als gevolg van problemen met de waterkwaliteit en predatie. Grote projecten die erop gericht zijn het zeewier in de oceaan te laten zinken, verwachten dat momenteel laat het touw of kunstmatig materiaal zinken en mogelijk het water vervuilen wanneer het zeewier zinkt. Verwacht wordt dat dit type project ook te maken zal krijgen met kostenbeperkingen, waardoor de schaalbaarheid wordt beperkt. Verder onderzoek is nodig om de beste manier te bepalen om zeewier te kweken en de gunstige beloften te verkrijgen terwijl de verwachte bedreigingen en onbedoelde gevolgen tot een minimum worden beperkt.

Over het algemeen heeft het herstel van oceaan- en kustecosystemen door middel van mangroven, zeegras, kwelderecosystemen en zeewierteelt tot doel het vermogen van de natuurlijke systemen van de aarde om koolstofdioxide in de atmosfeer te verwerken en op te slaan, te vergroten en te herstellen. Biodiversiteitsverlies door klimaatverandering wordt verergerd door biodiversiteitsverlies door menselijke activiteiten, zoals ontbossing, waardoor de aarde minder veerkrachtig is tegen klimaatverandering. 

In 2018 rapporteerde het Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) dat tweederde van de oceaanecosystemen zijn beschadigd, verslechterd of veranderd. Dit aantal zal toenemen door de stijging van de zeespiegel, verzuring van de oceaan, mijnbouw op de diepzeebodem en door de mens veroorzaakte klimaatverandering. Natuurlijke methoden voor het verwijderen van koolstofdioxide zullen profiteren van het vergroten van de biodiversiteit en het herstel van ecosystemen. Zeewierteelt is een snelgroeiend studiegebied dat baat zou hebben bij gericht onderzoek. Doordacht herstel en bescherming van oceaanecosystemen heeft onmiddellijke potentie om de effecten van klimaatverandering te verzachten via emissiereducties in combinatie met bijkomende voordelen.

---

Verbetering van natuurlijke oceaanprocessen om de klimaatverandering tegen te gaan

Naast natuurlijke processen onderzoeken onderzoekers methoden om de natuurlijke verwijdering van koolstofdioxide te verbeteren, waardoor de opname van koolstofdioxide door de oceaan wordt gestimuleerd. Drie geo-engineeringprojecten voor het oceaanklimaat vallen binnen deze categorie van het verbeteren van natuurlijke processen: verbetering van de alkaliteit van de oceaan, bemesting van nutriënten en kunstmatige opwelling en neergang. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) is een CDR-methode die tot doel heeft koolstofdioxide uit de oceaan te verwijderen door de natuurlijke verweringsreacties van mineralen te versnellen. Deze verweringsreacties gebruiken koolstofdioxide en creëren vast materiaal. Huidige OAE-technieken vangen koolstofdioxide op met alkalisch gesteente, dwz kalk of olivijn, of via een elektrochemisch proces.

De belofte:

Gebaseerd op natuurlijke gesteenteverweringsprocessen, OAE wel schaalbaar en biedt een blijvende werkwijze van kooldioxide verwijdering. De reactie tussen het gas en het mineraal creëert afzettingen die naar verwachting zullen ontstaan vergroten van de buffercapaciteit van de oceaan, waardoor de verzuring van de oceaan afneemt. De toename van minerale afzettingen in de oceaan kan ook de productiviteit van de oceaan verhogen.

De bedreiging:

Het succes van de verweringsreactie is afhankelijk van de beschikbaarheid en distributie van de mineralen. Een ongelijke verdeling van mineralen en regionale gevoeligheden de afname van kooldioxide kan een negatieve invloed hebben op het oceaanmilieu. Bovendien is de hoeveelheid mineralen die nodig is voor OAE het meest waarschijnlijk afkomstig uit terrestrische mijnen, en zal voor gebruik naar kustgebieden moeten worden vervoerd. Het verhogen van de alkaliteit van de oceaan zal ook de pH van de oceaan wijzigen biologische processen beïnvloeden. Verbetering van de alkaliteit van de oceaan heeft niet zoveel veldexperimenten of zoveel onderzoek gezien als verwering op het land, en de effecten van deze methode zijn beter bekend voor verwering op het land. 

Nutriënten bemesting stelt voor om ijzer en andere voedingsstoffen aan de oceaan toe te voegen om de groei van fytoplankton te stimuleren. Door gebruik te maken van een natuurlijk proces, neemt fytoplankton gemakkelijk koolstofdioxide uit de lucht op en zinkt het naar de bodem van de oceaan. In 2008, landen bij het VN-Verdrag inzake biologische diversiteit akkoord gegaan met een preventief moratorium over de praktijk om de wetenschappelijke gemeenschap in staat te stellen de voor- en nadelen van dergelijke projecten beter te begrijpen.

De belofte:

Naast het verwijderen van koolstofdioxide uit de lucht, kan nutriëntenbemesting dat ook zijn tijdelijk de verzuring van de oceaan verminderen en visbestanden vergroten. Fytoplankton is een voedselbron voor veel vissen, en de toegenomen beschikbaarheid van voedsel kan de hoeveelheid vis vergroten in de regio's waar de projecten worden uitgevoerd. 

De bedreiging:

Studies blijven beperkt over nutriëntenbemesting en herken de vele onbekenden over langetermijneffecten, nevenvoordelen en duurzaamheid van deze CDR-methode. Voor nutriëntenbemestingsprojecten kunnen grote hoeveelheden materialen nodig zijn in de vorm van ijzer, fosfor en stikstof. Het inkopen van deze materialen kan extra mijnbouw, productie en transport vereisen. Dit zou de impact van de positieve CDR teniet kunnen doen en andere ecosystemen op de planeet kunnen schaden als gevolg van mijnbouw. Bovendien kan de groei van fytoplankton resulteren in schadelijke algenbloei, verminderen de zuurstof in de oceaan en verhogen de productie van methaan, een broeikasgas dat 10 keer zoveel warmte vasthoudt in vergelijking met koolstofdioxide.

De natuurlijke vermenging van de oceaan door opwelling en downwelling brengt water van het oppervlak naar het sediment, waardoor temperatuur en voedingsstoffen worden verdeeld over de verschillende delen van de oceaan. Kunstmatige opwelling en neergang heeft tot doel een fysiek mechanisme te gebruiken om deze vermenging te versnellen en aan te moedigen, door de vermenging van oceaanwater te vergroten om koolstofdioxiderijk oppervlaktewater naar de diepe oceaan te brengen, en koud, voedselrijk water naar de oppervlakte. Verwacht wordt dat dit de groei van fytoplankton en fotosynthese zal stimuleren om koolstofdioxide uit de atmosfeer te verwijderen. De huidige voorgestelde mechanismen omvatten met behulp van verticale leidingen en pompen om water van de bodem van de oceaan naar de top te trekken.

De belofte:

Kunstmatige opwelling en neergang wordt voorgesteld als de verbetering van een natuurlijk systeem. Deze geplande beweging van water kan de bijwerkingen van verhoogde fytoplanktongroei, zoals lage zuurstofzones en overtollige voedingsstoffen, helpen voorkomen door de oceaanmenging te vergroten. In warmere streken kan deze methode helpen de oppervlaktetemperaturen te verlagen en langzame koraalverbleking. 

De bedreiging:

Deze methode van kunstmatig mengen heeft geleid tot beperkte experimenten en veldtesten gericht op kleine schaal en voor beperkte tijdsperioden. Vroeg onderzoek geeft aan dat kunstmatige opwelling en neerwaartse over het algemeen een laag CDR-potentieel hebben tijdelijke opvang bieden van kooldioxide. Deze tijdelijke opslag is het resultaat van de opwellings- en neerwaartse cyclus. Elke kooldioxide die via neerwaartse beweging naar de bodem van de oceaan beweegt, zal waarschijnlijk op een ander tijdstip opstijgen. Daarnaast ziet deze methode ook het potentieel voor een beëindigingsrisico. Als de kunstmatige pomp uitvalt, wordt stopgezet of geen financiering heeft, kunnen verhoogde voedingsstoffen en koolstofdioxide aan de oppervlakte de methaan- en lachgasconcentraties verhogen, evenals de verzuring van de oceaan. Het huidige voorgestelde mechanisme voor kunstmatige oceaanmenging vereist een leidingsysteem, pompen en een externe energievoorziening. De installatie van deze leidingen is waarschijnlijk vereist schepen, een efficiënte energiebron en onderhoud. 

---

Ocean CDR door middel van mechanische en chemische methoden

Mechanische en chemische oceaan CDR grijpt in op natuurlijke processen, met als doel technologie te gebruiken om een ​​natuurlijk systeem te veranderen. Momenteel domineert koolstofextractie uit zeewater het mechanische en chemische oceaan-CDR-gesprek, maar andere methoden zoals kunstmatige opwelling en neerwaartse opwelling, die hierboven zijn besproken, zouden ook in deze categorie kunnen vallen.

Zeewaterkoolstofextractie, of elektrochemische CDR, heeft tot doel de kooldioxide in oceaanwater te verwijderen en elders op te slaan, volgens vergelijkbare principes als het direct afvangen en opslaan van kooldioxide in de lucht. Voorgestelde methoden omvatten het gebruik van elektrochemische processen om een ​​gasvormige vorm van koolstofdioxide uit zeewater te verzamelen en dat gas in vaste of vloeibare vorm op te slaan in een geologische formatie of in oceaansediment.

De belofte:

Deze methode om koolstofdioxide uit oceaanwater te verwijderen, zal naar verwachting de oceaan in staat stellen om via natuurlijke processen meer koolstofdioxide uit de atmosfeer op te nemen. Studies over elektrochemische CDR hebben aangetoond dat deze methode met een hernieuwbare energiebron werkt energiezuinig kan zijn. Het verwijderen van koolstofdioxide uit oceaanwater zal naar verwachting verder gebeuren de verzuring van de oceaan omkeren of pauzeren. 

De bedreiging:

Vroege studies over koolstofextractie uit zeewater hebben het concept voornamelijk getest in laboratoriumexperimenten. Als gevolg hiervan blijft de commerciële toepassing van deze methode zeer theoretisch en potentieel energie intensief. Onderzoek heeft zich ook voornamelijk gericht op het chemische vermogen van koolstofdioxide om uit zeewater te worden verwijderd weinig onderzoek naar de milieurisico's. De huidige zorgen zijn onder meer onzekerheden over lokale evenwichtsverschuivingen in ecosystemen en de impact die dit proces kan hebben op het leven in zee.

---

Is er een weg voorwaarts voor oceaan CDR?

Veel CDR-projecten in de natuurlijke oceaan, zoals herstel en bescherming van kustecosystemen, worden ondersteund door onderzochte en bekende positieve nevenvoordelen voor het milieu en lokale gemeenschappen. Er is nog steeds aanvullend onderzoek nodig om inzicht te krijgen in de hoeveelheid en de duur van de opslag van koolstof via deze projecten, maar de bijkomende voordelen zijn duidelijk. Naast natuurlijke oceaan-CDR hebben verbeterde natuurlijke, mechanische en chemische oceaan-CDR echter aanwijsbare nadelen die zorgvuldig moeten worden overwogen voordat een project op grote schaal wordt geïmplementeerd. 

We zijn allemaal belanghebbenden bij de planeet en zullen worden beïnvloed door projecten op het gebied van klimaatgeo-engineering en klimaatverandering. Besluitvormers, beleidsmakers, investeerders, kiezers en alle belanghebbenden spelen een sleutelrol bij het bepalen of het risico van de ene klimaatgeo-engineeringmethode opweegt tegen het risico van een andere methode of zelfs het risico van klimaatverandering. Ocean CDR-methoden kunnen helpen de kooldioxide in de atmosfeer te verminderen, maar mogen alleen worden overwogen naast de directe vermindering van de uitstoot van kooldioxide.