Fanget i det store blå: Fjerning av karbondioksid fra havet

Breaking Down Climate Geoengineering: Del 2

Del 1: Endeløse ukjente
Del 3: Modifikasjon av solstråling
Del 4: Vurder etikk, rettferdighet og rettferdighet

Fjerning av karbondioksid (CDR) er en form for klimageoengineering som søker å fjerne karbondioksid fra atmosfæren. CDR retter seg mot virkningen av klimagassutslipp ved å redusere og fjerne atmosfærisk karbondioksid via lang- og korttidslagring. CDR kan betraktes som landbasert eller havbasert, avhengig av materialet og systemene som brukes til å fange og lagre gassen. En vekt på landbasert CDR har vært dominerende i disse samtalene, men interessen for å utnytte hav CDR øker, med oppmerksomhet på forbedrede naturlige og mekaniske og kjemiske prosjekter.

---

Naturlige systemer fjerner allerede karbondioksid fra atmosfæren

Havet er en naturlig karbonvask, fanger 25 % av atmosfærisk karbondioksid og 90 % av jordens overskuddsvarme gjennom naturlige prosesser som fotosyntese og absorpsjon. Disse systemene har bidratt til å opprettholde den globale temperaturen, men blir overbelastet på grunn av økningen i atmosfærisk karbondioksid og andre klimagasser fra utslipp av fossilt brensel. Dette økte opptaket har begynt å påvirke kjemien i havet, og forårsaker havforsuring, tap av biologisk mangfold og nye økosystemmønstre. Gjenoppbygging av biologisk mangfold og økosystemer sammen med en reduksjon av fossilt brensel vil styrke planeten mot klimaendringer.

Fjerning av karbondioksid, gjennom vekst av nye planter og tre, kan skje både på land og i havets økosystemer. Skogplanting er etablering av ny skog eller havøkosystemer, som mangrover, i områder som historisk sett ikke har inneholdt slike planter, mens skogplanting søker å gjeninnføre trær og andre planter på steder som hadde blitt omgjort til en annen bruk, som jordbruksland, gruvedrift eller utbygging, eller etter tap på grunn av forurensning.

Marint rusk, plast og vannforurensning har direkte bidratt til mest tap av sjøgress og mangrove. De Rent vannloven i USA, og andre anstrengelser har arbeidet for å redusere slik forurensning og tillate gjenplanting. Disse begrepene har generelt blitt brukt for å beskrive landbaserte skoger, men kan også inkludere havbaserte økosystemer som mangrover, sjøgress, saltmyrer eller tang.

Løftet:

Trær, mangrover, sjøgress og lignende planter er karbon synker, bruker og binder karbondioksid naturlig gjennom fotosyntese. Ocean CDR fremhever ofte "blått karbon", eller karbondioksid som er bundet i havet. Et av de mest effektive blåkarbonøkosystemene er mangrover, som binder karbon i bark, rotsystem og jord, og lagrer opp til 10 ganger mer karbon enn skog på land. Mangrover gir mange miljømessige fordeler til lokalsamfunn og kystøkosystemer, forhindrer langsiktig nedbrytning og erosjon samt modererer virkningen av stormer og bølger på kysten. Mangroveskoger skaper også habitater for forskjellige landlevende, akvatiske og fugledyr i plantens rotsystem og grener. Slike prosjekter kan også brukes til direkte omvendt virkningene av avskoging eller stormer, gjenoppretting av kystlinjer og land som har mistet tre- og plantedekke.

Trusselen:

Risikoer som følger med disse prosjektene stammer fra midlertidig lagring av naturlig sekvestrert karbondioksid. Etter hvert som kystlandbruken endres og havøkosystemene forstyrres for utvikling, reise, industri eller ved å forsterke stormer, vil karbon lagret i jordsmonn slippes ut i havvannet og atmosfæren. Disse prosjektene er også utsatt for biologisk mangfold og tap av genetisk mangfold til fordel for raskt voksende arter, noe som øker risikoen for sykdom og store utdøende. Restaureringsprosjekter kan være energikrevende og krever fossilt brensel for transport og maskiner for vedlikehold. Å gjenopprette kystøkosystemer gjennom disse naturbaserte løsningene uten hensiktsmessig hensyn til lokalsamfunnene kan føre til landgrep og vanskeliggjøre samfunn som har hatt minst bidrag til klimaendringene. Sterke samfunnsrelasjoner og interessentengasjement med urfolk og lokalsamfunn er nøkkelen til å sikre rettferdighet og rettferdighet i CDR-innsatsen i naturlig hav.

Taredyrking har som mål å plante tare og makroalger for å filtrere karbondioksid fra vannet og lagre det i biomasse gjennom fotosyntese. Denne karbonrike tangen kan deretter dyrkes og brukes i produkter eller mat eller senkes til bunnen av havet og sekvestreres.

Løftet:

Tang og lignende store havplanter vokser raskt og finnes i regioner rundt om i verden. Sammenlignet med skogplanting eller gjenplanting, gjør tangens havhabitat den ikke utsatt for brann, inngrep eller andre trusler mot terrestriske skoger. Tangbindere høye mengder karbondioksid og har en rekke bruksområder etter vekst. Gjennom å fjerne vannbasert karbondioksid kan tang hjelpe regioner med å jobbe mot havforsuring og gi oksygenrike habitater for oseaniske økosystemer. I tillegg til disse miljøgevinstene har tang også klimatilpasningsfordeler som kan beskytte kystlinjer mot erosjon ved å dempe bølgeenergi. 

Trusselen:

Karbonfangst av tang er forskjellig fra andre CDR-prosesser med blå økonomi, med anlegget som lagrer CO₂ i sin biomasse, i stedet for å overføre den til sedimentet. Som et resultat har CO₂ potensialet for fjerning og lagring av tang er begrenset av anlegget. Å tamme villtang gjennom tangdyrking kan evt redusere plantens genetiske mangfold, øker potensialet for sykdom og store dødsfall. I tillegg inkluderer dagens foreslåtte metoder for tangdyrking dyrking av planter i vannet på kunstig materiale, som tau, og på grunt vann. Dette kan forhindre lys og næringsstoffer fra habitater i vannet under tangen og forårsake skade på disse økosystemene inkludert forviklinger. Selve tangen er også sårbar for nedbrytning på grunn av problemer med vannkvalitet og predasjon. Store prosjekter som tar sikte på å senke tangen i havet forventer for tiden å gjøre det senke tauet eller kunstig materiale også, potensielt forurensende vannet når tangen synker. Denne typen prosjekter forventes også å oppleve kostnadsbegrensninger, noe som begrenser skalerbarheten. Ytterligere forskning er nødvendig for å finne den beste måten å dyrke tang og få de fordelaktige løftene samtidig som de forventede truslene og utilsiktede konsekvensene minimeres.

Samlet sett har utvinningen av hav- og kystøkosystemer gjennom mangrover, sjøgress, saltmyrøkosystemer og tangdyrking som mål å øke og gjenopprette evnen til jordens naturlige systemer til å behandle og lagre atmosfærisk karbondioksid. Tap av biologisk mangfold fra klimaendringer er sammensatt med tap av biologisk mangfold fra menneskelige aktiviteter, som avskoging, som reduserer jordens motstandskraft mot klimaendringer. 

I 2018 rapporterte Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) at to tredjedeler av havets økosystemer er skadet, degradert eller endret. Dette tallet vil øke med havnivåstigning, havforsuring, gruvedrift på dyp havbunn og menneskeskapte klimaendringer. Metoder for fjerning av naturlig karbondioksid vil dra nytte av å øke det biologiske mangfoldet og gjenopprette økosystemene. Dyrking av tang er et spirende studieområde som vil ha nytte av målrettet forskning. Gjennomtenkt restaurering og beskyttelse av havets økosystemer har umiddelbar potensial til å dempe effektene av klimaendringer via utslippsreduksjoner sammen med andre fordeler.

---

Forbedre naturlige havprosesser for å redusere klimaendringer

I tillegg til naturlige prosesser, undersøker forskere metoder for å forbedre naturlig fjerning av karbondioksid, og oppmuntre havets opptak av karbondioksid. Tre havklima geoingeniørprosjekter faller innenfor denne kategorien for å forbedre naturlige prosesser: havalkalinitetsforbedring, næringsgjødsling og kunstig opp- og nedstrømning. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) er en CDR-metode som tar sikte på å fjerne karbondioksid fra havet ved å akselerere de naturlige forvitringsreaksjonene til mineraler. Disse forvitringsreaksjonene bruker karbondioksid og skaper fast materiale. Gjeldende OAE-teknikker fange karbondioksid med alkaliske bergarter, dvs. kalk eller olivin, eller gjennom en elektrokjemisk prosess.

Løftet:

Basert på naturlige bergforvitringsprosesser, OAE er skalerbar og tilbyr en permanent metode fjerning av karbondioksid. Reaksjonen mellom gassen og mineralet skaper forekomster som forventes å gjøre øke bufferkapasiteten til havet, som igjen reduserer havforsuring. Økningen av mineralforekomster i havet kan også øke havproduktiviteten.

Trusselen:

Suksessen til forvitringsreaksjonen er avhengig av tilgjengeligheten og distribusjonen av mineralene. En ujevn fordeling av mineraler og regionale følsomheter at nedgangen i karbondioksid kan påvirke havmiljøet negativt. I tillegg er det mest sannsynlig at mengden mineraler som trengs for OAE hentet fra landgruver, og vil kreve transport til kystregioner for bruk. Å øke alkaliniteten til havet vil også endre havets pH påvirker biologiske prosesser. Hav alkalitet forbedring har ikke sett så mange felteksperimenter eller så mye forskning som landbasert forvitring, og virkningene av denne metoden er bedre kjent for landbasert forvitring. 

Næringsgjødsling foreslår å tilsette jern og andre næringsstoffer i havet for å stimulere veksten av planteplankton. Ved å utnytte en naturlig prosess tar planteplankton lett opp atmosfærisk karbondioksid og synker til bunnen av havet. I 2008, nasjoner på FNs konvensjon om biologisk mangfold gikk med på et føre-var moratorium på praksis for å gi det vitenskapelige miljøet bedre forståelse av fordeler og ulemper ved slike prosjekter.

Løftet:

I tillegg til å fjerne atmosfærisk karbondioksid, kan næringsgjødsling evt midlertidig redusere havforsuring og øke fiskebestandene. Planteplankton er en næringskilde for mange fisker, og økt tilgjengelighet av mat kan øke mengden fisk i regionene der prosjektene utføres. 

Trusselen:

Studier er fortsatt begrenset på næringsgjødsling og gjenkjenne de mange ukjente om langsiktige effekter, fordeler og varighet av denne CDR-metoden. Næringsgjødslingsprosjekter kan kreve store mengder materialer i form av jern, fosfor og nitrogen. Innkjøp av disse materialene kan kreve ytterligere gruvedrift, produksjon og transport. Dette kan oppheve virkningen av den positive CDR og skade andre økosystemer på planeten på grunn av gruveutvinning. I tillegg kan vekst av planteplankton resultere i skadelig algeoppblomstring, reduserer oksygenet i havet, og øker produksjonen av metan, et klimagass som fanger 10 ganger så mye varme sammenlignet med karbondioksid.

Den naturlige blandingen av havet gjennom upwelling og downwelling bringer vann fra overflaten til sedimentet, og distribuerer temperatur og næringsstoffer til de forskjellige områdene i havet. Kunstig oppvelling og nedstrømning har som mål å bruke en fysisk mekanisme for å fremskynde og oppmuntre denne blandingen, øke blandingen av havvann for å bringe karbondioksidrikt overflatevann til dyphavet, og kaldt, næringsrikt vann til overflaten. Dette forventes å stimulere til vekst av planteplankton og fotosyntese for å fjerne karbondioksid fra atmosfæren. Gjeldende foreslåtte mekanismer inkluderer ved hjelp av vertikale rør og pumper å trekke vann fra bunnen av havet til toppen.

Løftet:

Kunstig upwelling og downwelling er foreslått som forbedring av et naturlig system. Denne planlagte bevegelsen av vann kan bidra til å unngå bivirkningene av økt planteplanktonvekst som soner med lavt oksygen og overflødig næringsstoffer ved å øke havblandingen. I varmere strøk kan denne metoden bidra til å avkjøle overflatetemperaturer og langsom korallbleking. 

Trusselen:

Denne metoden for kunstig blanding har sett begrensede eksperimenter og felttester fokusert på små skalaer og i begrensede tidsperioder. Tidlig forskning tyder på at i det hele tatt har kunstig oppstrømning og nedstrømning et lavt CDR-potensial og gi midlertidig sekvestrering av karbondioksid. Denne midlertidige lagringen er et resultat av upwelling og downwelling syklusen. Eventuelt karbondioksid som beveger seg til bunnen av havet via downwelling vil sannsynligvis oppover på et annet tidspunkt. I tillegg ser denne metoden også potensialet for en termineringsrisiko. Hvis den kunstige pumpen svikter, blir avviklet eller mangler finansiering, kan økte næringsstoffer og karbondioksid ved overflaten øke konsentrasjonen av metan og lystgass samt havforsuring. Den nåværende foreslåtte mekanismen for kunstig havblanding krever et rørsystem, pumper og en ekstern energiforsyning. Installasjonen av disse rørene vil sannsynligvis kreve skip, en effektiv energikilde og vedlikehold. 

---

Ocean CDR gjennom mekaniske og kjemiske metoder

Mekanisk og kjemisk hav-CDR griper inn i naturlige prosesser, med sikte på å bruke teknologi til å endre et naturlig system. For tiden dominerer sjøvannskarbonutvinning den mekaniske og kjemiske hav CDR-samtalen, men andre metoder som kunstig oppstrømning og nedstrømning, diskutert ovenfor, kan også falle inn i denne kategorien.

Seawater Carbon Extraction, eller elektrokjemisk CDR, tar sikte på å fjerne karbondioksid i havvann og lagre det andre steder, og opererer på lignende prinsipper for direkte fangst og lagring av luftkarbondioksid. Foreslåtte metoder inkluderer å bruke elektrokjemiske prosesser for å samle en gassform av karbondioksid fra sjøvann, og lagre den gassen i fast eller flytende form i en geologisk formasjon eller i havsediment.

Løftet:

Denne metoden for å fjerne karbondioksid fra havvann forventes å tillate havet å ta opp mer atmosfærisk karbondioksid gjennom naturlige prosesser. Studier på elektrokjemisk CDR har indikert at med en fornybar energikilde, denne metoden kan være energieffektiv. Fjerning av karbondioksid fra havvann forventes også å gjøre det reversere eller stanse havforsuringen. 

Trusselen:

Tidlige studier på karbonutvinning av sjøvann har først og fremst testet konseptet i laboratoriebasert eksperimentering. Som et resultat forblir den kommersielle anvendelsen av denne metoden svært teoretisk og potensielt energikrevende. Forskning har også først og fremst fokusert på karbondioksids kjemiske evne til å fjernes fra sjøvann, med lite forskning på miljørisiko. Aktuelle bekymringer inkluderer usikkerhet om lokale økosystemlikevektsskifter og virkningen denne prosessen kan ha på livet i havet.

---

Finnes det en vei videre for hav CDR?

Mange naturlige hav CDR-prosjekter, som restaurering og beskyttelse av kystnære økosystemer, støttes av undersøkte og kjente positive medfordeler for miljøet og lokalsamfunnene. Ytterligere forskning for å forstå mengden og hvor lenge karbon kan lagres gjennom disse prosjektene er fortsatt nødvendig, men fordelene er klare. Utover naturlig hav-CDR har imidlertid forbedret naturlig og mekanisk og kjemisk hav-CDR identifiserbare ulemper som bør vurderes nøye før du implementerer et prosjekt i stor skala. 

Vi er alle interessenter i planeten og vil bli påvirket av klimageoingeniørprosjekter så vel som klimaendringer. Beslutningstakere, politiske beslutningstakere, investorer, velgere og alle interessenter er nøkkelen til å avgjøre om risikoen ved én klimageoingeniørmetode oppveier risikoen ved en annen metode eller til og med risikoen for klimaendringer. Ocean CDR-metoder kan bidra til å redusere atmosfærisk karbondioksid, men bør kun vurderes i tillegg til direkte reduksjon av karbondioksidutslipp.