Preso no Big Blue: remoção de dióxido de carbono do oceano

Desvendando a Geoengenharia Climática: Parte 2

Parte 1: Desconhecidos sem fim
Parte 3: Modificação da Radiação Solar
Parte 4: Considerando Ética, Equidade e Justiça

A remoção de dióxido de carbono (CDR) é uma forma de geoengenharia climática que busca remover o dióxido de carbono da atmosfera. O CDR visa o impacto das emissões de gases de efeito estufa, reduzindo e removendo o dióxido de carbono atmosférico por meio de armazenamento de longo e curto prazo. O CDR pode ser considerado terrestre ou oceânico, dependendo do material e dos sistemas usados ​​para capturar e armazenar o gás. Uma ênfase na CDR baseada em terra tem sido predominante nessas conversas, mas o interesse em aproveitar a CDR oceânica está aumentando, com atenção em projetos naturais, mecânicos e químicos aprimorados.

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Sistemas naturais já removem dióxido de carbono da atmosfera

O oceano é um sumidouro natural de carbono, capturando 25% de dióxido de carbono atmosférico e 90% do excesso de calor da Terra através de processos naturais como fotossíntese e absorção. Esses sistemas ajudaram a manter a temperatura global, mas estão ficando sobrecarregados devido ao aumento do dióxido de carbono atmosférico e outros gases de efeito estufa provenientes das emissões de combustíveis fósseis. Essa absorção aumentada começou a afetar a química do oceano, causando acidificação do oceano, perda de biodiversidade e novos padrões de ecossistema. A reconstrução da biodiversidade e dos ecossistemas, juntamente com a redução de combustíveis fósseis, fortalecerá o planeta contra as mudanças climáticas.

A remoção de dióxido de carbono, por meio do crescimento de novas plantas e árvores, pode ocorrer tanto na terra quanto nos ecossistemas oceânicos. A arborização é o criação de novas florestas ou ecossistemas oceânicos, como manguezais, em áreas que historicamente não continham tais plantas, enquanto o reflorestamento busca reintroduzir árvores e outras plantas em locais que foram convertidos para um uso diferente, como terras agrícolas, mineração ou desenvolvimento, ou após perda devido à poluição.

Detritos marinhos, plástico e poluição da água têm contribuído diretamente para a maior parte da perda de ervas marinhas e manguezais. O Lei da Água Limpa nos Estados Unidos, e outros esforços têm funcionado para reduzir essa poluição e permitir o reflorestamento. Esses termos têm sido geralmente usados ​​para descrever florestas terrestres, mas também podem incluir ecossistemas oceânicos como manguezais, ervas marinhas, pântanos salgados ou algas marinhas.

A promessa:

Árvores, manguezais, ervas marinhas e plantas similares são sumidouros de carbono, usando e sequestrando dióxido de carbono naturalmente através da fotossíntese. O Ocean CDR geralmente destaca o 'carbono azul' ou dióxido de carbono sequestrado no oceano. Um dos ecossistemas de carbono azul mais eficazes são os manguezais, que sequestram carbono em sua casca, sistema radicular e solo, armazenando até os tempos 10 mais carbono do que as florestas terrestres. Os manguezais fornecem inúmeras co-benefícios ambientais às comunidades locais e ecossistemas costeiros, evitando a degradação e erosão a longo prazo, bem como moderando o impacto das tempestades e ondas na costa. As florestas de mangue também criam habitats para vários animais terrestres, aquáticos e aviários no sistema radicular e nos ramos da planta. Esses projetos também podem ser usados ​​para inverter diretamente os efeitos do desmatamento ou tempestades, restaurando litorais e terras que perderam a cobertura vegetal e vegetal.

A ameaça:

Os riscos que acompanham esses projetos decorrem do armazenamento temporário de dióxido de carbono naturalmente sequestrado. À medida que o uso da terra costeira muda e os ecossistemas oceânicos são perturbados pelo desenvolvimento, viagens, indústria ou pelo fortalecimento de tempestades, o carbono armazenado nos solos será liberado na água do oceano e na atmosfera. Esses projetos também são propensos a perda de biodiversidade e diversidade genética em favor de espécies de rápido crescimento, aumentando o risco de doenças e grandes extinções. projetos de restauração pode ser intensivo em energia e requerem combustíveis fósseis para transporte e maquinário para manutenção. Restaurar ecossistemas costeiros por meio dessas soluções baseadas na natureza sem a devida consideração pelas comunidades locais pode resultar em grilagem de terras e comunidades desfavorecidas que tiveram a menor contribuição para a mudança climática. Fortes relações com a comunidade e o envolvimento das partes interessadas com povos indígenas e comunidades locais são essenciais para garantir a equidade e a justiça nos esforços de CDR do oceano natural.

O cultivo de algas marinhas visa plantar algas e macroalgas para filtrar o dióxido de carbono da água e armazená-lo em biomassa através da fotossíntese. Essas algas ricas em carbono podem ser cultivadas e usadas em produtos ou alimentos ou afundadas no fundo do oceano e sequestradas.

A promessa:

Algas marinhas e grandes plantas oceânicas semelhantes estão crescendo rapidamente e estão presentes em regiões ao redor do mundo. Em comparação com os esforços de florestamento ou reflorestamento, o habitat oceânico das algas marinhas as torna insensíveis a incêndios, invasões ou outras ameaças às florestas terrestres. sequestradores de algas grandes quantidades de dióxido de carbono e tem uma variedade de usos após o crescimento. Ao remover o dióxido de carbono à base de água, as algas marinhas podem ajudar as regiões a trabalhar contra a acidificação dos oceanos e fornecer habitats ricos em oxigênio para os ecossistemas oceânicos. Além dessas vitórias ambientais, as algas marinhas também apresentam benefícios de adaptação ao clima que podem proteger as costas contra a erosão amortecendo a energia das ondas. 

A ameaça:

A captura de carbono de algas marinhas é diferente de outros processos de CDR da economia azul, com a planta armazenando CO₂ em sua biomassa, ao invés de transferi-la para o sedimento. Como resultado, o CO₂ potencial de remoção e armazenamento de algas marinhas é limitado pela planta. A domesticação de algas selvagens através do cultivo de algas marinhas pode diminuir a diversidade genética da planta, aumentando o potencial para doenças e grandes mortes. Além disso, os métodos atuais propostos de cultivo de algas marinhas incluem o cultivo de plantas na água em material artificial, como corda, e em águas rasas. Isso pode impedir a luz e os nutrientes dos habitats na água abaixo das algas e causar danos a esses ecossistemas incluindo emaranhados. A própria alga também é vulnerável à degradação devido a problemas de qualidade da água e predação. Grandes projetos que visam afundar as algas no oceano esperam atualmente afundar a corda ou material artificial também, potencialmente poluindo a água quando as algas afundam. Prevê-se também que esse tipo de projeto tenha restrições de custo, limitando a escalabilidade. Mais pesquisas são necessárias para determinar a melhor maneira de cultivar algas marinhas e obter as promessas benéficas, minimizando as ameaças antecipadas e as consequências não intencionais.

No geral, a recuperação dos ecossistemas oceânicos e costeiros por meio de manguezais, ervas marinhas, ecossistemas de pântanos salgados e cultivo de algas marinhas visa aumentar e restaurar a capacidade dos sistemas naturais da Terra de processar e armazenar dióxido de carbono atmosférico. A perda de biodiversidade decorrente das mudanças climáticas é combinada com a perda de biodiversidade decorrente de atividades humanas, como o desmatamento, diminuindo a resiliência da Terra às mudanças climáticas. 

Em 2018, a Plataforma Intergovernamental de Políticas Científicas sobre Biodiversidade e Serviços Ecossistêmicos (IPBES) informou que dois terços dos ecossistemas oceânicos danificados, degradados ou alterados. Esse número aumentará com o aumento do nível do mar, a acidificação dos oceanos, a mineração no fundo do mar e os impactos antropogênicos das mudanças climáticas. Os métodos naturais de remoção de dióxido de carbono se beneficiarão do aumento da biodiversidade e da restauração dos ecossistemas. O cultivo de algas marinhas é uma área de estudo em expansão que se beneficiaria de pesquisas direcionadas. A restauração e proteção cuidadosa dos ecossistemas oceânicos tem potencial imediato para mitigar os efeitos das mudanças climáticas por meio de reduções de emissões combinadas com co-benefícios.

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Melhorar os processos oceânicos naturais para a mitigação das alterações climáticas

Além dos processos naturais, os pesquisadores estão investigando métodos para aumentar a remoção natural de dióxido de carbono, incentivando a absorção de dióxido de carbono pelo oceano. Três projetos de geoengenharia do clima oceânico se enquadram nessa categoria de aprimoramento de processos naturais: aprimoramento da alcalinidade oceânica, fertilização de nutrientes e ressurgência e submersão artificiais. 

O Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) é um método CDR que visa remover o dióxido de carbono do oceano acelerando as reações naturais de intemperismo dos minerais. Essas reações de intemperismo usam dióxido de carbono e criam material sólido. Técnicas atuais de EOA capturar o dióxido de carbono com rochas alcalinas, ou seja, cal ou olivina, ou através de um processo eletroquímico.

A promessa:

Baseado em processos de intemperismo natural das rochas, OAE é escalável e oferece um método permanente de remoção de dióxido de carbono. A reação entre o gás e o mineral cria depósitos que se prevê aumentar a capacidade tampão do oceano, por sua vez diminuindo a acidificação dos oceanos. O aumento de depósitos minerais no oceano também pode aumentar a produtividade oceânica.

A ameaça:

O sucesso da reação de intemperismo depende da disponibilidade e distribuição dos minerais. Uma distribuição desigual de minerais e sensibilidades regionais à diminuição do dióxido de carbono pode impactar negativamente o ambiente oceânico. Além disso, é mais provável que a quantidade de minerais necessária para as EOA seja proveniente de minas terrestres, e exigirá transporte para regiões costeiras para uso. Aumentar a alcalinidade do oceano modificará o pH do oceano, também afetando processos biológicos. O aumento da alcalinidade dos oceanos tem não vi tantos experimentos de campo ou tanta pesquisa como intemperismo terrestre, e os impactos desse método são mais conhecidos para intemperismo terrestre. 

Fertilização Nutritiva propõe adicionar ferro e outros nutrientes ao oceano para estimular o crescimento do fitoplâncton. Aproveitando-se de um processo natural, o fitoplâncton absorve prontamente o dióxido de carbono atmosférico e afunda no oceano. Em 2008, as nações na Convenção da ONU sobre Diversidade Biológica concordou com uma moratória preventiva sobre a prática para permitir que a comunidade científica entenda melhor os prós e contras de tais projetos.

A promessa:

Além de remover o dióxido de carbono atmosférico, a fertilização com nutrientes pode reduzir temporariamente a acidificação dos oceanos e aumentar os estoques de peixes. O fitoplâncton é fonte de alimento para muitos peixes, e a maior disponibilidade de alimentos pode aumentar a quantidade de peixes nas regiões onde os projetos são realizados. 

A ameaça:

Estudos permanecem limitados sobre adubação de nutrientes e reconhecer as muitas incógnitas sobre efeitos a longo prazo, co-benefícios e permanência deste método CDR. Projetos de fertilização com nutrientes podem exigir grandes quantidades de materiais na forma de ferro, fósforo e nitrogênio. O fornecimento desses materiais pode exigir mineração, produção e transporte adicionais. Isso poderia anular o impacto do CDR positivo e prejudicar outros ecossistemas do planeta devido à extração mineral. Além disso, o crescimento do fitoplâncton pode resultar em proliferação de algas nocivas, reduz o oxigênio no oceano e aumenta a produção de metano, um GEE que retém 10 vezes a quantidade de calor em comparação com o dióxido de carbono.

A mistura natural do oceano por meio de ressurgência e downwelling traz água da superfície para o sedimento, distribuindo temperatura e nutrientes para as diferentes regiões do oceano. Ressurgência e Downwelling Artificial visa usar um mecanismo físico para acelerar e incentivar essa mistura, aumentando a mistura da água do oceano para trazer água superficial rica em dióxido de carbono para o oceano profundo, e água fria e rica em nutrientes para a superfície. Prevê-se que isso encoraje o crescimento do fitoplâncton e a fotossíntese para remover o dióxido de carbono da atmosfera. Os mecanismos atuais propostos incluem usando tubos verticais e bombas para tirar a água do fundo do oceano para o topo.

A promessa:

A ressurgência e a ressurgência artificial são propostas como o aprimoramento de um sistema natural. Esse movimento planejado de água pode ajudar a evitar os efeitos colaterais do aumento do crescimento do fitoplâncton, como zonas de baixo oxigênio e excesso de nutrientes, aumentando a mistura oceânica. Em regiões mais quentes, este método pode ajudar a resfriar as temperaturas da superfície e branqueamento lento de corais. 

A ameaça:

Este método de mistura artificial teve experimentos limitados e testes de campo focados em pequenas escalas e por períodos de tempo limitados. Pesquisas iniciais indicam que, em geral, ressurgência artificial e downwelling têm um baixo potencial de CDR e fornecer sequestro temporário de dióxido de carbono. Esse armazenamento temporário é resultado do ciclo de ressurgência e submersão. Qualquer dióxido de carbono que se move para o fundo do oceano por meio de downwelling provavelmente ressurgirá em algum outro ponto no tempo. Além disso, esse método também vê o potencial para um risco de rescisão. Se a bomba artificial falhar, for descontinuada ou carecer de financiamento, o aumento de nutrientes e dióxido de carbono na superfície pode aumentar as concentrações de metano e óxido nitroso, bem como a acidificação dos oceanos. O atual mecanismo proposto para a mistura artificial do oceano requer um sistema de tubulação, bombas e um suprimento externo de energia. A instalação desses tubos provavelmente exigirá navios, uma fonte eficiente de energia e manutenção. 

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Ocean CDR através de métodos mecânicos e químicos

A CDR mecânica e química dos oceanos intervém nos processos naturais, visando usar a tecnologia para alterar um sistema natural. Atualmente, a extração de carbono da água do mar predomina na conversação CDR mecânica e química do oceano, mas outros métodos, como ressurgência e submersão artificiais, discutidos acima, também podem se enquadrar nessa categoria.

A extração de carbono da água do mar, ou CDR eletroquímica, visa remover o dióxido de carbono da água do oceano e armazená-lo em outro lugar, operando com princípios semelhantes para direcionar a captura e o armazenamento de dióxido de carbono no ar. Os métodos propostos incluem o uso de processos eletroquímicos para coletar uma forma gasosa de dióxido de carbono da água do mar e armazenar esse gás na forma sólida ou líquida em uma formação geológica ou em sedimentos oceânicos.

A promessa:

Espera-se que esse método de remoção de dióxido de carbono da água do oceano permita que o oceano absorva mais dióxido de carbono atmosférico por meio de processos naturais. Estudos sobre CDR eletroquímico indicaram que, com uma fonte de energia renovável, esse método poderia ser energeticamente eficiente. Espera-se ainda que a remoção do dióxido de carbono da água do oceano reverter ou pausar a acidificação dos oceanos. 

A ameaça:

Os primeiros estudos sobre a extração de carbono da água do mar testaram principalmente o conceito em experimentos de laboratório. Como resultado, a aplicação comercial deste método permanece altamente teórica e potencialmente energia intensiva. A pesquisa também se concentrou principalmente na capacidade química do dióxido de carbono de ser removido da água do mar, com pouca pesquisa sobre os riscos ambientais. As preocupações atuais incluem incertezas sobre mudanças no equilíbrio do ecossistema local e o impacto que esse processo pode ter na vida marinha.

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Existe um caminho a seguir para a CDR oceânica?

Muitos projetos de CDR de oceano natural, como restauração e proteção de ecossistemas costeiros, são apoiados por co-benefícios positivos pesquisados ​​e conhecidos para o meio ambiente e as comunidades locais. Pesquisas adicionais para entender a quantidade e o período de tempo que o carbono pode ser armazenado por meio desses projetos ainda são necessárias, mas os co-benefícios são claros. Além da CDR natural do oceano, no entanto, a CDR oceânica natural, mecânica e química tem desvantagens identificáveis ​​que devem ser cuidadosamente consideradas antes de implementar qualquer projeto em grande escala. 

Somos todos partes interessadas no planeta e seremos afetados por projetos de geoengenharia climática, bem como pelas mudanças climáticas. Tomadores de decisão, formuladores de políticas, investidores, eleitores e todas as partes interessadas são fundamentais para determinar se o risco de um método de geoengenharia climática supera o risco de outro método ou mesmo o risco de mudança climática. Os métodos de CDR oceânicos podem ajudar a reduzir o dióxido de carbono atmosférico, mas devem ser considerados apenas em adição à redução direta das emissões de dióxido de carbono.