Prins în marele albastru: îndepărtarea dioxidului de carbon din ocean

Defalcarea geoingineriei climatice: partea a 2-a

Partea 1: Necunoscute fără sfârșit
Partea 3: Modificarea radiației solare
Partea 4: Luarea în considerare a eticii, echității și justiției

Eliminarea dioxidului de carbon (CDR) este o formă de geoinginerie climatică care urmărește să elimine dioxidul de carbon din atmosferă. CDR vizează impactul emisiilor de gaze cu efect de seră prin reducerea și eliminarea dioxidului de carbon din atmosferă prin stocare pe termen lung și scurt. CDR poate fi considerat pe uscat sau pe ocean, în funcție de materialul și sistemele utilizate pentru captarea și stocarea gazului. Un accent pe CDR pe uscat a fost predominant în aceste conversații, dar interesul pentru valorificarea CDR oceanului este în creștere, cu atenție asupra proiectelor naturale și mecanice și chimice îmbunătățite.

---

Sistemele naturale elimină deja dioxidul de carbon din atmosferă

Oceanul este un rezervor natural de carbon, captând 25% de dioxid de carbon atmosferic și 90% din excesul de căldură a pământului prin procese naturale precum fotosinteza și absorbția. Aceste sisteme au ajutat la menținerea temperaturii globale, dar devin suprasolicitate din cauza creșterii dioxidului de carbon din atmosferă și a altor gaze cu efect de seră din emisiile de combustibili fosili. Această absorbție crescută a început să afecteze chimia oceanului, provocând acidificarea oceanului, pierderea biodiversității și noi modele de ecosistem. Reconstruirea biodiversității și a ecosistemelor împreună cu o reducere a combustibililor fosili va întări planeta împotriva schimbărilor climatice.

Eliminarea dioxidului de carbon, prin creșterea de noi plante și copaci, poate avea loc atât pe uscat, cât și în ecosistemele oceanice. Împădurirea este crearea de noi păduri sau ecosisteme oceanice, cum ar fi mangrovele, în zone care istoric nu au conținut astfel de plante, în timp ce reîmpădurirea urmărește să reintroduce arbori și alte plante în locații care au fost transformate într-o utilizare diferită, cum ar fi terenuri agricole, minerit sau dezvoltare, sau după pierderi din cauza poluării.

Resturile marine, plasticul și poluarea apei au contribuit direct la pierderea majorității ierburilor marine și a mangrovelor. The Legea privind apa curată în Statele Unite, iar alte eforturi au funcționat pentru a reduce o astfel de poluare și a permite reîmpădurirea. Acești termeni au fost în general folosiți pentru a descrie pădurile de pe uscat, dar pot include și ecosisteme oceanice, cum ar fi mangrove, iarbă marine, mlaștini sărate sau alge marine.

Promisiunea:

Copaci, mangrove, iarbă de mare și plante similare sunt se scufundă carbon, folosind și sechestrarea dioxidului de carbon în mod natural prin fotosinteză. Ocean CDR evidențiază adesea „carbonul albastru” sau dioxidul de carbon sechestrat în ocean. Unul dintre cele mai eficiente ecosisteme de carbon albastru este mangrovele, care captează carbonul în scoarța lor, sistemul de rădăcini și sol, depozitând de până la 10 ori mai mult carbon decât pădurile de pe uscat. Mangrovele oferă numeroase co-beneficii de mediu comunităților locale și ecosistemelor de coastă, prevenind degradarea și eroziunea pe termen lung, precum și moderarea impactului furtunilor și valurilor pe coastă. Pădurile de mangrove creează, de asemenea, habitate pentru diverse animale terestre, acvatice și aviare în sistemul radicular și ramurile plantei. Astfel de proiecte pot fi folosite și pentru direct invers efectele defrișărilor sau furtunilor, refacerea liniilor de coastă și a terenurilor care și-au pierdut acoperirea copacilor și a plantelor.

Amenințarea:

Riscurile care însoțesc aceste proiecte provin din stocarea temporară a dioxidului de carbon sechestrat în mod natural. Pe măsură ce utilizarea terenurilor de coastă se modifică și ecosistemele oceanice sunt perturbate pentru dezvoltare, călătorii, industrie sau prin întărirea furtunilor, carbonul stocat în sol va fi eliberat în apa oceanului și în atmosferă. Aceste proiecte sunt, de asemenea, predispuse la pierderea biodiversităţii şi a diversităţii genetice în favoarea speciilor cu creștere rapidă, crescând riscul de boli și morții mari. Proiecte de restaurare poate fi consumatoare de energie și necesită combustibili fosili pentru transport și utilaje pentru întreținere. Restaurarea ecosistemelor de coastă prin aceste soluții bazate pe natură, fără o considerație adecvată pentru comunitățile locale poate duce la acapararea terenurilor și comunitățile dezavantajate care au avut cea mai mică contribuție la schimbările climatice. Relațiile puternice ale comunității și implicarea părților interesate cu indigenii și comunitățile locale sunt esențiale pentru asigurarea echității și justiției în eforturile CDR din oceanele naturale.

Cultivarea algelor are ca scop plantarea de alge și macroalge pentru a filtra dioxidul de carbon din apă și depozitează-l în biomasă prin fotosinteză. Această algă bogată în carbon poate fi apoi cultivată și utilizată în produse sau alimente sau scufundată pe fundul oceanului și sechestrată.

Promisiunea:

Algele marine și plantele mari similare oceanice cresc rapid și sunt prezente în regiuni din întreaga lume. În comparație cu eforturile de împădurire sau reîmpădurire, habitatul oceanic al algelor marine nu le face susceptibile la incendiu, invadare sau alte amenințări la adresa pădurilor terestre. Sechestratoare de alge marine cantități mari de dioxid de carbon și are o varietate de utilizări după creștere. Prin eliminarea dioxidului de carbon pe bază de apă, algele marine pot ajuta regiunile să lucreze împotriva acidificării oceanelor și oferă habitate bogate în oxigen pentru ecosistemele oceanice. Pe lângă aceste câștiguri de mediu, algele marine au și beneficii de adaptare la climă care pot protejează coastele împotriva eroziunii prin amortizarea energiei valurilor. 

Amenințarea:

Captarea carbonului algelor marine este diferită de alte procese CDR de economie albastră, instalația stochează CO₂ în biomasa sa, mai degrabă decât să o transfere în sediment. Drept urmare, CO₂ potențialul de îndepărtare și depozitare al algelor marine este limitat de plantă. Domesticarea algelor sălbatice prin cultivarea algelor poate scade diversitatea genetica a plantei, crescând potențialul de îmbolnăvire și morții mari. În plus, metodele actuale propuse de cultivare a algelor includ cultivarea plantelor în apă pe material artificial, cum ar fi frânghia, și în ape puțin adânci. Acest lucru poate preveni lumina și nutrienții din habitatele din apa de sub alge marine și poate provoca daune ecosistemelor respective. inclusiv încurcăturile. Algele în sine sunt, de asemenea, vulnerabile la degradare din cauza problemelor de calitate a apei și a prădării. Proiectele mari care vizează scufundarea algelor în ocean se așteaptă în prezent să o facă scufundă frânghia sau materialul artificial de asemenea, potenţial poluând apa atunci când algele marine se scufundă. De asemenea, se anticipează că acest tip de proiect va experimenta constrângeri de costuri, limitând scalabilitatea. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a determina cel mai bun mod de a cultiva alge marine și de a obține promisiunile benefice, minimizând în același timp amenințările anticipate și consecințele neintenționate.

În general, recuperarea ecosistemelor oceanice și de coastă prin mangrove, ierburi marine, ecosisteme de mlaștini sărate și cultivarea algelor marine are ca scop creșterea și restabilirea capacității sistemelor naturale ale Pământului de a procesa și stoca dioxidul de carbon din atmosferă. Pierderea biodiversității din cauza schimbărilor climatice este agravată cu pierderea biodiversității din activitățile umane, cum ar fi defrișarea, scăderea rezistenței Pământului la schimbările climatice. 

În 2018, Platforma interguvernamentală științifică-politică privind biodiversitatea și serviciile ecosistemice (IPBES) a raportat că două treimi din ecosistemele oceanice sunt deteriorate, degradate sau modificate. Acest număr va crește odată cu creșterea nivelului mării, acidificarea oceanelor, exploatarea minelor de adâncime și impactul schimbărilor climatice antropice. Metodele naturale de îndepărtare a dioxidului de carbon vor beneficia de creșterea biodiversității și refacerea ecosistemelor. Cultivarea algelor marine este o zonă de studiu în plină dezvoltare care ar beneficia de cercetări specifice. Restaurarea și protecția minuțioasă a ecosistemelor oceanice are potențialul imediat de a atenua efectele schimbărilor climatice prin reducerea emisiilor asociate cu beneficii corespondente.

---

Îmbunătățirea proceselor oceanice naturale pentru atenuarea schimbărilor climatice

Pe lângă procesele naturale, cercetătorii investighează metode de îmbunătățire a eliminării naturale a dioxidului de carbon, încurajând absorbția de dioxid de carbon de către ocean. Trei proiecte de geoinginerie climatică oceanică se încadrează în această categorie de îmbunătățire a proceselor naturale: îmbunătățirea alcalinității oceanului, fertilizarea cu nutrienți și apariția artificială și ascendente. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) este o metodă CDR care își propune să elimine dioxidul de carbon din ocean prin accelerarea reacțiilor naturale de intemperii ale mineralelor. Aceste reacții de intemperii folosesc dioxid de carbon și creează material solid. Tehnici actuale de OAE captarea dioxidului de carbon cu roci alcaline, adică var sau olivină, sau printr-un proces electrochimic.

Promisiunea:

Bazat pe procesele naturale de alterare a rocii, OAE este scalabil și oferă o metodă permanentă de eliminare a dioxidului de carbon. Reacția dintre gaz și mineral creează depozite care sunt anticipate crește capacitatea de tamponare a oceanului, la rândul său scăzând acidificarea oceanelor. Creșterea zăcămintelor minerale din ocean poate crește și productivitatea oceanului.

Amenințarea:

Succesul reacției de intemperii depinde de disponibilitatea și distribuția mineralelor. O distribuție neuniformă a mineralelor și sensibilități regionale scăderea dioxidului de carbon poate avea un impact negativ asupra mediului oceanic. În plus, cantitatea de minerale necesară pentru OAE este cel mai probabil să fie provenite din minele terestreși va necesita transport în regiunile de coastă pentru utilizare. Creșterea alcalinității oceanului va modifica, de asemenea, pH-ul oceanului afectarea proceselor biologice. Creșterea alcalinității oceanului are nu s-au văzut atâtea experimente de teren sau atâtea cercetări ca intemperii de pe uscat, iar impactul acestei metode este mai bine cunoscut pentru intemperii de pe uscat. 

Fertilizarea cu nutrienți propune adăugarea de fier și alți nutrienți în ocean pentru a încuraja creșterea fitoplanctonului. Profitând de un proces natural, fitoplanctonul preia cu ușurință dioxidul de carbon din atmosferă și se scufundă în fundul oceanului. În 2008, națiunile la Convenția ONU privind diversitatea biologică a fost de acord cu un moratoriu preventiv asupra practicii pentru a permite comunității științifice să înțeleagă mai bine avantajele și dezavantajele unor astfel de proiecte.

Promisiunea:

Pe lângă eliminarea dioxidului de carbon din atmosferă, fertilizarea cu nutrienți poate reduce temporar acidificarea oceanelor și cresterea stocurilor de peste. Fitoplanctonul este o sursă de hrană pentru mulți pești, iar disponibilitatea crescută a hranei poate crește cantitatea de pește în regiunile în care se derulează proiectele. 

Amenințarea:

Studiile rămân limitate asupra fertilizării cu nutrienți și recunosc numeroasele necunoscute despre efectele pe termen lung, co-beneficii și permanența acestei metode CDR. Proiectele de fertilizare cu nutrienți pot necesita cantități mari de materiale sub formă de fier, fosfor și azot. Aprovizionarea acestor materiale poate necesita extragere, producție și transport suplimentar. Acest lucru ar putea anula impactul CDR pozitiv și ar putea dăuna altor ecosisteme de pe planetă din cauza extracției miniere. În plus, creșterea fitoplanctonului poate duce la înfloririle de alge dăunătoare, reduc oxigenul din ocean și cresc producția de metan, un GES care captează de 10 ori mai multă cantitate de căldură decât dioxidul de carbon.

Amestecarea naturală a oceanului prin apariție și downwelling aduce apa de la suprafață la sediment, distribuind temperatura și nutrienții în diferitele regiuni ale oceanului. Upwelling și Downwelling artificial își propune să folosească un mecanism fizic pentru a accelera și încuraja această amestecare, crescând amestecul apei oceanice pentru a aduce apa de suprafață bogată în dioxid de carbon în oceanul adânc și apă rece, bogată în nutrienți la suprafață. Se anticipează că acest lucru va încuraja creșterea fitoplanctonului și fotosinteza pentru a elimina dioxidul de carbon din atmosferă. Mecanismele actuale propuse includ folosind țevi și pompe verticale să tragă apa din fundul oceanului până în vârf.

Promisiunea:

Upwelling și downwelling artificial sunt propuse ca îmbunătățirea unui sistem natural. Această mișcare planificată a apei poate ajuta la evitarea efectelor secundare ale creșterii crescute a fitoplanctonului, cum ar fi zonele cu oxigen scăzut și excesul de nutrienți, prin creșterea amestecării oceanelor. În regiunile mai calde, această metodă poate ajuta la răcirea temperaturilor de suprafață și albirea lentă a coralilor. 

Amenințarea:

Această metodă de amestecare artificială a cunoscut experimente limitate și teste de teren concentrate la scară mică și pentru perioade de timp limitate. Cercetările timpurii indică faptul că, în ansamblu, upwelling și downwelling artificial au un potențial CDR scăzut și asigura o sechestrare temporară de dioxid de carbon. Această depozitare temporară este rezultatul ciclului de apariție și descendente. Orice dioxid de carbon care se deplasează pe fundul oceanului prin downwelling este probabil să se ridice la un alt moment în timp. În plus, această metodă vede și potențialul unui risc de reziliere. Dacă pompa artificială eșuează, este întreruptă sau nu are finanțare, creșterea nutrienților și a dioxidului de carbon la suprafață poate crește concentrațiile de metan și protoxid de azot, precum și acidificarea oceanului. Mecanismul actual propus pentru amestecarea artificială a oceanelor necesită un sistem de conducte, pompe și o sursă externă de energie. Instalarea acestor conducte este probabil să necesite nave, o sursă eficientă de energie și întreținere. 

---

Ocean CDR prin metode mecanice și chimice

CDR mecanic și chimic oceanic intervine cu procese naturale, având ca scop folosirea tehnologiei pentru a altera un sistem natural. În prezent, extracția de carbon din apă de mare predomină conversația CDR mecanică și chimică a oceanului, dar și alte metode, cum ar fi upwelling și downwelling artificial, discutate mai sus, ar putea intra și în această categorie.

Extracția carbonului cu apă de mare, sau CDR electrochimic, urmărește să elimine dioxidul de carbon din apa oceanului și să-l depoziteze în altă parte, funcționând pe principii similare pentru a direcționa captarea și stocarea dioxidului de carbon din aer. Metodele propuse includ utilizarea proceselor electrochimice pentru a colecta o formă gazoasă de dioxid de carbon din apa de mare și pentru a stoca acel gaz într-o formă solidă sau lichidă într-o formațiune geologică sau în sedimentul oceanic.

Promisiunea:

Se așteaptă că această metodă de îndepărtare a dioxidului de carbon din apa oceanului va permite oceanului să preia mai mult dioxid de carbon din atmosferă prin procese naturale. Studiile privind CDR electrochimic au indicat că, cu o sursă de energie regenerabilă, această metodă ar putea fi eficient energetic. Se așteaptă în continuare eliminarea dioxidului de carbon din apa oceanului inversează sau întrerupe acidificarea oceanelor. 

Amenințarea:

Studiile timpurii privind extracția carbonului din apă de mare au testat în primul rând conceptul în experimente în laborator. Ca rezultat, aplicarea comercială a acestei metode rămâne extrem de teoretică și potențială consumatoare de energie. Cercetările s-au concentrat, de asemenea, în principal pe capacitatea chimică a dioxidului de carbon de a fi îndepărtat din apa de mare, cu puține cercetări privind riscurile de mediu. Preocupările actuale includ incertitudinile legate de schimbările de echilibru local al ecosistemului și impactul pe care acest proces îl poate avea asupra vieții marine.

---

Există o cale de urmat pentru ocean CDR?

Multe proiecte CDR oceanice naturale, cum ar fi restaurarea și protecția ecosistemelor de coastă, sunt susținute de co-beneficii pozitive cercetate și cunoscute pentru mediu și comunitățile locale. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a înțelege cantitatea și durata de timp în care carbonul poate fi stocat prin aceste proiecte, dar beneficiile corespondente sunt clare. Cu toate acestea, dincolo de CDR natural oceanic, CDR oceanic natural și mecanic și chimic îmbunătățit prezintă dezavantaje identificabile care ar trebui luate în considerare cu atenție înainte de implementarea oricărui proiect la scară largă. 

Suntem cu toții părți interesate ale planetei și vom fi afectați de proiectele de geoinginerie climatică, precum și de schimbările climatice. Factorii de decizie, factorii de decizie, investitorii, alegătorii și toate părțile interesate sunt cheie pentru a determina dacă riscul unei metode de geoinginerie climatică depășește riscul unei alte metode sau chiar riscul schimbărilor climatice. Metodele Ocean CDR pot ajuta la reducerea dioxidului de carbon din atmosferă, dar ar trebui luate în considerare doar în plus față de reducerea directă a emisiilor de dioxid de carbon.