В ловушке большой синевы: удаление углекислого газа из океана

Разрушение климатической геоинженерии: часть 2

Часть 1: Бесконечные неизвестные
Часть 3: Модификация солнечного излучения
Часть 4: Принимая во внимание этику, равенство и справедливость

Удаление углекислого газа (CDR) - это форма климатической геоинженерии, направленная на удаление углекислого газа из атмосферы. CDR нацелен на воздействие выбросов парниковых газов за счет сокращения и удаления атмосферного углекислого газа посредством долгосрочного и краткосрочного хранения. CDR может считаться наземным или океанским, в зависимости от материала и систем, используемых для улавливания и хранения газа. В этих разговорах преобладал акцент на CDR наземного базирования, но интерес к использованию CDR в океане растет с акцентом на усовершенствованные природные, механические и химические проекты.

---

Природные системы уже удаляют углекислый газ из атмосферы

Океан является естественным поглотителем углерода, захват 25% атмосферного углекислого газа и 90% избыточного тепла Земли за счет естественных процессов, таких как фотосинтез и поглощение. Эти системы помогают поддерживать глобальную температуру, но становятся перегруженными из-за увеличения содержания углекислого газа в атмосфере и других парниковых газов в результате выбросов ископаемого топлива. Это повышенное поглощение начало влиять на химический состав океана, вызывая закисление океана, утрату биоразнообразия и новые модели экосистем. Восстановление биоразнообразия и экосистем в сочетании с сокращением использования ископаемого топлива укрепит планету в борьбе с изменением климата.

Удаление углекислого газа за счет роста новых растений и деревьев может происходить как на суше, так и в океанских экосистемах. Лесоразведение – это создание новых лесов или океанские экосистемы, такие как мангровые заросли, в районах, которые исторически не содержали таких растений, в то время как лесовосстановление направлено на повторно интродуцировать деревья и другие растения в местах, которые были преобразованы для другого использования, например, для сельскохозяйственных угодий, добычи полезных ископаемых или разработки, или после потери из-за загрязнения.

Морской мусор, пластик и загрязнение воды непосредственно способствовали утрате большей части морских водорослей и мангровых зарослей. Закон о чистой воде в Соединенных Штатах, и другие усилия помогли уменьшить такое загрязнение и разрешить лесовосстановление. Эти термины обычно используются для описания наземных лесов, но могут также включать расположенные в океане экосистемы, такие как мангровые заросли, водоросли, солончаки или морские водоросли.

Обещание:

Деревья, мангровые заросли, водоросли и подобные растения угольные стоки, используя и улавливая углекислый газ естественным путем посредством фотосинтеза. Ocean CDR часто выделяет «голубой углерод» или двуокись углерода, изолированную в океане. Одной из наиболее эффективных экосистем синего углерода являются мангровые заросли, которые улавливают углерод в своей коре, корневой системе и почве, сохраняя до 10 раз больше углерода, чем леса на суше. Мангровые заросли обеспечивают многочисленные сопутствующие экологические выгоды местным сообществам и прибрежным экосистемам, предотвращая долгосрочную деградацию и эрозию, а также смягчая воздействие штормов и волн на побережье. Мангровые леса также создают среду обитания для различных наземных, водных и птиц в корневой системе и ветвях растений. Такие проекты также могут быть использованы для прямо обратный последствия обезлесения или штормов, восстановление береговых линий и земель, утративших древесный и растительный покров.

Угроза:

Риски, связанные с этими проектами, связаны с временным хранением диоксида углерода, секвестрированного естественным образом. По мере изменения землепользования в прибрежных районах и разрушения океанских экосистем в связи с развитием, путешествиями, промышленностью или усилением штормов углерод, хранящийся в почвах, будет высвобождаться в океанскую воду и атмосферу. Эти проекты также подвержены утрата биоразнообразия и генетического разнообразия в пользу быстрорастущих видов, увеличивая риск болезней и крупного вымирания. Реставрационные проекты может быть энергоемким и требуют ископаемого топлива для транспорта и машин для обслуживания. Восстановление прибрежных экосистем с помощью этих природных решений без надлежащего учета интересов местных сообществ. может привести к захвату земли и неблагополучные сообщества, которые внесли наименьший вклад в изменение климата. Прочные связи с общественностью и взаимодействие заинтересованных сторон с коренными народами и местными сообществами являются ключом к обеспечению справедливости и справедливости в усилиях по CDR природного океана.

Выращивание морских водорослей направлено на выращивание ламинарии и макроводорослей для фильтрации углекислого газа из воды и хранить его в биомассе посредством фотосинтеза. Затем эти богатые углеродом морские водоросли можно выращивать и использовать в продуктах или продуктах питания, или же погрузить на дно океана и изолировать.

Обещание:

Морские водоросли и аналогичные крупные океанические растения быстро растут и присутствуют в регионах по всему миру. По сравнению с усилиями по облесению или лесовосстановлению океаническая среда обитания морских водорослей делает их невосприимчивыми к пожарам, посягательствам или другим угрозам для наземных лесов. Секвестры морских водорослей большое количество углекислого газа и имеет множество применений после роста. Удаляя двуокись углерода на водной основе, морские водоросли могут помочь регионам бороться с закислением океана и обеспечить среду обитания, богатую кислородом для океанических экосистем. В дополнение к этим экологическим преимуществам морские водоросли также обладают преимуществами адаптации к климату, которые могут защитить береговую линию от эрозии за счет гашения волновой энергии. 

Угроза:

Улавливание углерода из морских водорослей отличается от других процессов CDR для голубой экономики, поскольку завод хранит CO.₂ в своей биомассе, а не перенося ее в осадок. В результате СО₂ потенциал удаления и хранения морских водорослей ограничен заводом. Одомашнивание диких водорослей путем выращивания водорослей может уменьшить генетическое разнообразие растений, увеличивая вероятность болезней и массового вымирания. Кроме того, предлагаемые в настоящее время методы выращивания морских водорослей включают выращивание растений в воде на искусственном материале, таком как веревка, и на мелководье. Это может препятствовать попаданию света и питательных веществ в места обитания в воде под водорослями и нанести ущерб этим экосистемам. включая запутывания. Сами водоросли также подвержены деградации из-за проблем с качеством воды и хищничества. Ожидается, что крупные проекты, направленные на то, чтобы потопить морские водоросли в океане, в настоящее время утопить веревку или искусственный материал кроме того, потенциально загрязняя воду, когда водоросли тонут. Ожидается, что этот тип проекта также столкнется с ограничениями по стоимости, ограничивающими масштабируемость. Необходимы дальнейшие исследования определить наилучший способ выращивания морских водорослей и получить выгодные обещания, сводя к минимуму ожидаемые угрозы и непредвиденные последствия.

В целом, восстановление океанских и прибрежных экосистем за счет мангровых зарослей, морских водорослей, экосистем солончаков и выращивания морских водорослей направлено на повышение и восстановление способности природных систем Земли перерабатывать и хранить атмосферный углекислый газ. Утрата биоразнообразия в результате изменения климата усугубляется утратой биоразнообразия в результате деятельности человека, такой как вырубка лесов, что снижает устойчивость Земли к изменению климата. 

В 2018 году Межправительственная научно-политическая платформа по биоразнообразию и экосистемным услугам (МПБЭУ) сообщила, что две трети экосистем океана повреждены, деградированы или изменены. Это число будет увеличиваться с повышением уровня моря, подкислением океана, глубоководной разработкой морского дна и последствиями антропогенного изменения климата. Естественные методы удаления углекислого газа выиграют от увеличения биоразнообразия и восстановления экосистем. Выращивание морских водорослей — это развивающаяся область исследований, которая выиграет от целенаправленных исследований. Продуманное восстановление и защита океанских экосистем имеет непосредственный потенциал для смягчения последствий изменения климата за счет сокращения выбросов в сочетании с сопутствующими выгодами.

---

Улучшение естественных океанических процессов для смягчения последствий изменения климата

В дополнение к естественным процессам исследователи изучают методы увеличения естественного удаления углекислого газа, способствуя поглощению углекислого газа океаном. Три проекта геоинженерии океанического климата подпадают под эту категорию улучшения естественных процессов: повышение щелочности океана, удобрение питательными веществами и искусственный апвеллинг и нисходящий поток. 

Повышение щелочности океана (OAE) — это метод CDR, целью которого является удаление углекислого газа из океана за счет ускорения естественных реакций выветривания минералов. Эти реакции выветривания используют углекислый газ и создают твердый материал. Текущие методы ОАЭ улавливать углекислый газ щелочными породами, т. е. известью или оливином, или с помощью электрохимического процесса.

Обещание:

на основании природные процессы выветривания горных пород, ОАЭ есть масштабируемый и предлагает постоянный метод удаления углекислого газа. Реакция между газом и минералом создает отложения, которые, как ожидается, увеличить буферную способность океана, что, в свою очередь, снижает закисление океана. Увеличение запасов полезных ископаемых в океане может также увеличить продуктивность океана.

Угроза:

Успех реакции выветривания зависит от наличия и распределения минералов. Неравномерное распределение минералов и региональная чувствительность снижение содержания углекислого газа может негативно сказаться на окружающей среде океана. Кроме того, количество минералов, необходимых для ОАЭ, скорее всего, будет добывается из наземных шахт, и потребуется транспортировка в прибрежные районы для использования. Повышение щелочности океана изменит рН океана, а также воздействие на биологические процессы. Повышение щелочности океана не видел столько полевых экспериментов или исследований как наземное выветривание, и последствия этого метода более известны для наземного выветривания. 

Питательные удобрения предлагает добавить в океан железо и другие питательные вещества, чтобы стимулировать рост фитопланктона. Воспользовавшись естественным процессом, фитопланктон легко поглощает атмосферный углекислый газ и опускается на дно океана. В 2008 году страны в Конвенции ООН о биологическом разнообразии договорились о введении моратория на практике, чтобы научное сообщество лучше понимало плюсы и минусы таких проектов.

Обещание:

В дополнение к удалению атмосферного углекислого газа питательные удобрения могут временно уменьшить закисление океана и увеличить рыбные запасы. Фитопланктон является источником пищи для многих рыб, и увеличение доступности пищи может увеличить количество рыбы в регионах, где выполняются проекты. 

Угроза:

Исследования по удобрению питательными веществами и распознать множество неизвестных о долгосрочных эффектах, сопутствующих преимуществах и постоянстве этого метода CDR. Для проектов по внесению питательных веществ может потребоваться большое количество материалов в виде железа, фосфора и азота. Для получения этих материалов может потребоваться дополнительная добыча, производство и транспортировка. Это может свести на нет влияние положительного CDR и нанести вред другим экосистемам на планете из-за добычи полезных ископаемых. Кроме того, рост фитопланктона может привести к вредоносное цветение водорослей, снижение содержания кислорода в океане и увеличение производства метана, парниковый газ, который улавливает в 10 раз больше тепла по сравнению с углекислым газом.

Естественное перемешивание океана в результате апвеллинга и нисхождения переносит воду с поверхности на осадок, распределяя температуру и питательные вещества в различных регионах океана. Искусственный апвеллинг и даунвеллинг стремится использовать физический механизм для ускорения и поощрения этого перемешивания, увеличивая перемешивание океанской воды, чтобы доставить богатые углекислым газом поверхностные воды в глубины океана, и холодная, богатая питательными веществами вода на поверхность. Ожидается, что это будет стимулировать рост фитопланктона и фотосинтез для удаления углекислого газа из атмосферы. Текущие предлагаемые механизмы включают с помощью вертикальных труб и насосов поднять воду со дна океана наверх.

Обещание:

Искусственный апвеллинг и даунвеллинг предлагается как усиление естественной системы. Это запланированное движение воды может помочь избежать побочных эффектов повышенного роста фитопланктона, таких как зоны с низким содержанием кислорода и избытком питательных веществ, за счет увеличения перемешивания океана. В более теплых регионах этот метод может помочь снизить температуру поверхности и медленное обесцвечивание кораллов. 

Угроза:

Этот метод искусственного смешивания видел ограниченные эксперименты и полевые испытания, сосредоточенные на небольших масштабах и в течение ограниченных периодов времени. Ранние исследования показывают, что в целом искусственный апвеллинг и даунвеллинг имеют низкий потенциал CDR и обеспечить временный секвестр углекислого газа. Это временное хранилище является результатом цикла подъема и опускания. Любой углекислый газ, который перемещается на дно океана через нисходящий поток, вероятно, в какой-то другой момент времени поднимется вверх. Кроме того, этот метод также видит потенциальный риск прекращения. Если искусственный насос выходит из строя, прекращает работу или ему не хватает финансирования, повышенное содержание питательных веществ и углекислого газа на поверхности может привести к увеличению концентрации метана и закиси азота, а также к закислению океана. Текущий предлагаемый механизм искусственного перемешивания океана требует системы труб, насосов и внешнего источника энергии. Установка этих труб, вероятно, потребует корабли, эффективный источник энергии и техническое обслуживание. 

---

CDR океана с помощью механических и химических методов

Механический и химический океан CDR вмешивается в естественные процессы, стремясь использовать технологии для изменения природной системы. В настоящее время извлечение углерода из морской воды преобладает в разговоре о механическом и химическом CDR океана, но другие методы, такие как искусственный апвеллинг и даунвеллинг, обсуждавшиеся выше, также могут попасть в эту категорию.

Извлечение углерода из морской воды, или электрохимический CDR, направлено на удаление углекислого газа из океанской воды и его хранение в другом месте, работая по тем же принципам, что и прямое улавливание и хранение углекислого газа в воздухе. Предлагаемые методы включают использование электрохимических процессов для сбора газообразной формы диоксида углерода из морской воды и хранения этого газа в твердой или жидкой форме в геологической формации или в океанских отложениях.

Обещание:

Ожидается, что этот метод удаления углекислого газа из океанской воды позволит океану поглощать больше атмосферного углекислого газа за счет естественных процессов. Исследования электрохимического CDR показали, что с возобновляемым источником энергии этот метод может быть энергоэффективным. Ожидается, что удаление углекислого газа из океанской воды обратить вспять или приостановить закисление океана. 

Угроза:

Ранние исследования извлечения углерода из морской воды в первую очередь проверяли эту концепцию в лабораторных экспериментах. В результате коммерческое применение этого метода остается в высшей степени теоретическим и потенциально энергоемкий. Исследования также в основном были сосредоточены на химической способности углекислого газа удаляться из морской воды, причем мало исследований экологических рисков. Текущие опасения включают неопределенность в отношении сдвигов равновесия в местных экосистемах и воздействия, которое этот процесс может оказать на морскую жизнь.

---

Есть ли путь вперед для CDR океана?

Многие проекты CDR естественного океана, такие как восстановление и защита прибрежных экосистем, поддерживаются исследованиями и известными положительными сопутствующими выгодами для окружающей среды и местных сообществ. Дополнительные исследования, чтобы понять количество и продолжительность хранения углерода в рамках этих проектов, все еще необходимы, но сопутствующие выгоды очевидны. Однако, помимо естественного CDR океана, улучшенные природные, механические и химические CDR океана имеют очевидные недостатки, которые следует тщательно учитывать перед реализацией любого крупномасштабного проекта. 

Мы все являемся заинтересованными сторонами на планете, и на нас будут влиять проекты климатической геоинженерии, а также изменение климата. Лица, принимающие решения, политики, инвесторы, избиратели и все заинтересованные стороны играют ключевую роль в определении того, перевешивает ли риск одного метода климатической геоинженерии риск другого метода или даже риск изменения климата. Методы CDR для океана могут помочь сократить выбросы углекислого газа в атмосферу, но их следует рассматривать только в дополнение к прямому сокращению выбросов углекислого газа.