Ujeti v veliki modrini: Odstranjevanje ogljikovega dioksida iz oceana

Razbijanje podnebnega geoinženiringa: 2. del

1. del: Neskončne neznanke
3. del: Modifikacija sončnega sevanja
4. del: Upoštevanje etike, enakosti in pravičnosti

Odstranjevanje ogljikovega dioksida (CDR) je oblika podnebnega geoinženiringa, ki poskuša odstraniti ogljikov dioksid iz ozračja. CDR cilja na vpliv emisij toplogrednih plinov z zmanjšanjem in odstranjevanjem atmosferskega ogljikovega dioksida z dolgotrajnim in kratkotrajnim shranjevanjem. CDR se lahko obravnava kot kopenski ali oceanski, odvisno od materiala in sistemov, ki se uporabljajo za zajemanje in shranjevanje plina. V teh pogovorih je prevladoval poudarek na kopenskem CDR, vendar se zanimanje za izkoriščanje oceanskega CDR povečuje, s pozornostjo na izboljšanih naravnih, mehanskih in kemičnih projektih.

---

Naravni sistemi že odstranjujejo ogljikov dioksid iz ozračja

Ocean je naravni ponor ogljika, zajemanje 25% atmosferskega ogljikovega dioksida in 90 % zemeljske odvečne toplote skozi naravne procese, kot sta fotosinteza in absorpcija. Ti sistemi so pomagali ohranjati globalno temperaturo, vendar postajajo preobremenjeni zaradi povečanja atmosferskega ogljikovega dioksida in drugih toplogrednih plinov zaradi emisij fosilnih goriv. To povečano privzemanje je začelo vplivati ​​na kemijo oceana, kar povzroča zakisljevanje oceanov, izgubo biotske raznovrstnosti in nove vzorce ekosistemov. Obnova biotske raznovrstnosti in ekosistemov skupaj z zmanjšanjem fosilnih goriv bo okrepila planet pred podnebnimi spremembami.

Odstranjevanje ogljikovega dioksida z rastjo novih rastlin in dreves lahko poteka tako na kopnem kot v oceanskih ekosistemih. Pogozdovanje je ustvarjanje novih gozdov ali oceanskih ekosistemov, kot so mangrove, na območjih, ki v preteklosti niso vsebovala takšnih rastlin, medtem ko si pogozdovanje prizadeva ponovno naseliti drevesa in druge rastline na lokacijah, ki so bile spremenjene v drugačno uporabo, kot so kmetijska zemljišča, rudarstvo ali razvoj, ali po izgubi zaradi onesnaženja.

Morski odpadki, plastika in onesnaževanje vode so neposredno prispevale k večini izgube morske trave in mangrov. The Zakon o čisti vodi v Združenih državah in druga prizadevanja so delovala za zmanjšanje takšnega onesnaženja in omogočanje pogozdovanja. Ti izrazi se na splošno uporabljajo za opis kopenskih gozdov, lahko pa vključujejo tudi oceanske ekosisteme, kot so mangrove, morske trave, slana močvirja ali morske alge.

Obljuba:

Drevesa, mangrove, morske trave in podobne rastline so ponorov ogljika, naravno uporabo in sekvestracijo ogljikovega dioksida s fotosintezo. Oceanski CDR pogosto poudarja 'modri ogljik' ali ogljikov dioksid, ki je zajet v oceanu. Eden najučinkovitejših ekosistemov modrega ogljika so mangrove, ki vežejo ogljik v svojem lubju, koreninskem sistemu in prsti ter shranjujejo do 10 krat več ogljika kot gozdovi na kopnem. Mangrove zagotavljajo številne okoljske so-koristi lokalnim skupnostim in obalnim ekosistemom, preprečuje dolgoročno degradacijo in erozijo ter ublaži vpliv neviht in valov na obalo. Gozdovi mangrov ustvarjajo tudi habitate za različne kopenske, vodne in ptičje živali v koreninskem sistemu in vejah rastlin. Takšne projekte je mogoče uporabiti tudi za neposredno vzvratno posledice krčenja gozdov ali neviht, obnavljanje obal in zemljišč, ki so izgubila drevesni in rastlinski pokrov.

Grožnja:

Tveganja, ki spremljajo te projekte, izhajajo iz začasnega skladiščenja naravno zajetega ogljikovega dioksida. Ko se raba obalnih zemljišč spreminja in so oceanski ekosistemi moteni za razvoj, potovanja, industrijo ali zaradi krepitve neviht, se bo ogljik, shranjen v tleh, sprostil v oceansko vodo in ozračje. Tudi ti projekti so nagnjeni k biotske raznovrstnosti in izgube genske raznovrstnosti v korist hitro rastočih vrst, kar povečuje tveganje za bolezni in veliko izumrtje. Projekti obnove lahko energetsko intenzivna ter potrebujejo fosilna goriva za prevoz in stroje za vzdrževanje. Obnova obalnih ekosistemov s temi rešitvami, ki temeljijo na naravi, brez ustreznega upoštevanja lokalnih skupnosti lahko povzroči prilastitev zemlje in prikrajšane skupnosti, ki so najmanj prispevale k podnebnim spremembam. Močni odnosi med skupnostjo in sodelovanje deležnikov z domorodnimi prebivalci in lokalnimi skupnostmi so ključnega pomena za zagotavljanje pravičnosti in pravičnosti v prizadevanjih CDR za naravne oceane.

Namen gojenja morskih alg je sajenje alg in makroalg za filtriranje ogljikovega dioksida iz vode in ga shranijo v biomaso s fotosintezo. Te z ogljikom bogate morske alge je mogoče nato gojiti in uporabiti v izdelkih ali hrani ali pa jih potopiti na dno oceana in zaseči.

Obljuba:

Morske alge in podobne velike oceanske rastline hitro rastejo in so prisotne v regijah po vsem svetu. V primerjavi s prizadevanji za pogozdovanje ali ponovno pogozdovanje morske alge zaradi oceanskega habitata niso dovzetne za požare, posege ali druge grožnje kopenskim gozdovom. Sekvestratori morskih alg velike količine ogljikovega dioksida in ima različne uporabe po rasti. Z odstranjevanjem ogljikovega dioksida na osnovi vode lahko morske alge pomagajo regijam delovati proti zakisljevanju oceanov in zagotoviti s kisikom bogate habitate za oceanske ekosisteme. Poleg teh okoljskih prednosti imajo morske alge tudi prednosti prilagajanja podnebju, ki lahko zaščiti obale pred erozijo z dušenjem valovne energije. 

Grožnja:

Zajem ogljika v morskih algah se razlikuje od drugih CDR procesov modrega gospodarstva, saj rastlina shranjuje CO₂ v svoji biomasi, namesto da bi jo prenesli v usedlino. Posledično je CO₂ rastlina omejuje možnost odstranjevanja in shranjevanja morskih alg. Udomačenje divjih morskih alg z gojenjem morskih alg lahko zmanjšati genetsko raznovrstnost rastline, kar povečuje možnost bolezni in velikega izumiranja. Poleg tega trenutno predlagane metode gojenja morskih alg vključujejo gojenje rastlin v vodi na umetnem materialu, kot je vrv, in v plitvih vodah. To lahko prepreči svetlobo in hranila iz habitatov v vodi pod morskimi algami in povzroči škodo tem ekosistemom vključno z zapleti. Tudi same morske alge so občutljive na degradacijo zaradi težav s kakovostjo vode in plenjenja. Trenutno pričakujejo veliki projekti, katerih cilj je potopiti morske alge v ocean potopite vrv ali umetni material tudi morebitno onesnaženje vode, ko morske alge potonejo. Pričakuje se tudi, da bo ta vrsta projekta imela stroškovne omejitve, kar omejuje razširljivost. Potrebne so dodatne raziskave določiti najboljši način za gojenje morskih alg in pridobiti koristne obljube, hkrati pa čim bolj zmanjšati pričakovane grožnje in nenamerne posledice.

Na splošno je namen obnove oceanskih in obalnih ekosistemov z mangrovami, morskimi travami, ekosistemi slanih močvirjev in gojenjem morskih alg povečati in obnoviti sposobnost zemeljskih naravnih sistemov za predelavo in shranjevanje atmosferskega ogljikovega dioksida. Izguba biotske raznovrstnosti zaradi podnebnih sprememb je povezana z izgubo biotske raznovrstnosti zaradi človekovih dejavnosti, kot je krčenje gozdov, kar zmanjšuje odpornost Zemlje na podnebne spremembe. 

Leta 2018 je Medvladna znanstveno-politična platforma za biotsko raznovrstnost in ekosistemske storitve (IPBES) poročala, da dve tretjini oceanskih ekosistemov so poškodovani, degradirani ali spremenjeni. To število se bo povečalo z dvigom morske gladine, zakisanostjo oceanov, globokim rudarjenjem morskega dna in antropogenimi vplivi podnebnih sprememb. Naravne metode odstranjevanja ogljikovega dioksida bodo imele koristi od povečanja biotske raznovrstnosti in obnove ekosistemov. Gojenje morskih alg je rastoče študijsko področje, ki bi mu koristile ciljne raziskave. Premišljena obnova in zaščita oceanskih ekosistemov ima takojšen potencial za ublažitev učinkov podnebnih sprememb z zmanjšanjem emisij in dodatnimi koristmi.

---

Izboljšanje naravnih oceanskih procesov za blažitev podnebnih sprememb

Poleg naravnih procesov raziskovalci preiskujejo metode za izboljšanje naravnega odstranjevanja ogljikovega dioksida, s čimer spodbujajo vnos ogljikovega dioksida v ocean. V to kategorijo izboljšanja naravnih procesov spadajo trije projekti oceanskega podnebnega geoinženiringa: povečanje alkalnosti oceana, gnojenje s hranili ter umetno dviganje in spuščanje. 

Izboljšanje alkalnosti oceana (OAE) je metoda CDR, katere namen je odstraniti oceanski ogljikov dioksid s pospeševanjem naravnih vremenskih reakcij mineralov. Te vremenske reakcije uporabljajo ogljikov dioksid in ustvarjajo trden material. Trenutne tehnike OAE zajemanje ogljikovega dioksida z alkalnimi kamninami, tj. apnom ali olivinom, ali z elektrokemičnim postopkom.

Obljuba:

Na podlagi naravni procesi preperevanja kamnin, OAE je razširljiv in ponuja trajno metodo odstranjevanja ogljikovega dioksida. Reakcija med plinom in mineralom ustvarja usedline, za katere se pričakuje povečati pufrsko zmogljivost oceana, kar posledično zmanjšuje zakisljevanje oceanov. Povečanje nahajališč mineralov v oceanu lahko poveča tudi produktivnost oceanov.

Grožnja:

Uspeh reakcije preperevanja je odvisen od razpoložljivosti in porazdelitve mineralov. Neenakomerna porazdelitev mineralov in regionalne občutljivosti zmanjšanje ogljikovega dioksida lahko negativno vpliva na oceansko okolje. Poleg tega je najverjetneje količina mineralov, potrebnih za OAE izvirajo iz kopenskih rudnikov, za uporabo pa bo potreben prevoz do obalnih regij. Povečanje alkalnosti oceana bo spremenilo tudi pH oceana vpliva na biološke procese. Povečanje alkalnosti oceana ima ni videti toliko terenskih poskusov ali toliko raziskav kot preperevanje na kopnem, vplivi te metode pa so bolj znani pri preperevanju na kopnem. 

Gnojenje s hranili predlaga dodajanje železa in drugih hranil v ocean za spodbujanje rasti fitoplanktona. Z izkoriščanjem prednosti naravnega procesa fitoplankton zlahka sprejme atmosferski ogljikov dioksid in potone na dno oceana. Leta 2008 so države pri Konvenciji ZN o biološki raznovrstnosti pristala na previdnostni moratorij o praksi, da bi znanstveni skupnosti omogočili boljše razumevanje prednosti in slabosti takih projektov.

Obljuba:

Poleg odstranjevanja atmosferskega ogljikovega dioksida je lahko gnojenje s hranili začasno zmanjša zakisanost oceanov in povečanje ribjega staleža. Fitoplankton je vir hrane za številne ribe in povečana razpoložljivost hrane lahko poveča količino rib v regijah, kjer se izvajajo projekti. 

Grožnja:

Študije o gnojenju s hranili in prepoznati številne neznanke o dolgoročnih učinkih, stranskih koristih in trajnosti te metode CDR. Projekti gnojenja s hranili lahko zahtevajo velike količine materialov v obliki železa, fosforja in dušika. Pridobivanje teh materialov lahko zahteva dodatno rudarjenje, proizvodnjo in transport. To bi lahko izničilo vpliv pozitivnega CDR in škodovalo drugim ekosistemom na planetu zaradi rudarjenja. Poleg tega lahko pride do rasti fitoplanktona škodljivo cvetenje alg, zmanjšajo kisik v oceanu in povečajo proizvodnjo metana, toplogredni plin, ki ujame 10-krat večjo količino toplote kot ogljikov dioksid.

Naravno mešanje oceana z dviganjem in spuščanjem prinaša vodo s površja v usedlino, pri čemer se temperatura in hranila porazdelijo v različne predele oceana. Umetno dvigovanje in padanje želi uporabiti fizični mehanizem za pospešitev in spodbujanje tega mešanja, povečanje mešanja oceanske vode, da se površinska voda, bogata z ogljikovim dioksidom, pripelje v globok ocean, in hladno, s hranili bogato vodo na površje. Pričakuje se, da bo to spodbudilo rast fitoplanktona in fotosintezo za odstranjevanje ogljikovega dioksida iz ozračja. Trenutno predlagani mehanizmi vključujejo z uporabo navpičnih cevi in ​​črpalk črpati vodo z dna oceana na vrh.

Obljuba:

Umetno dviganje in spuščanje je predlagano kot izboljšanje naravnega sistema. To načrtovano gibanje vode lahko pomaga preprečiti stranske učinke povečane rasti fitoplanktona, kot so območja z nizko vsebnostjo kisika in presežek hranil, s povečanjem mešanja oceanov. V toplejših regijah lahko ta metoda pomaga ohladiti površinske temperature in počasno beljenje koral. 

Grožnja:

Pri tej metodi umetnega mešanja so bili izvedeni omejeni poskusi in terenski testi, osredotočeni na majhne obsege in v omejenih časovnih obdobjih. Zgodnje raziskave kažejo, da imata umetno dviganje in spuščanje na splošno nizek potencial CDR in zagotoviti začasno sekvestracijo ogljikovega dioksida. To začasno shranjevanje je posledica cikla dvigovanja in padanja. Vsak ogljikov dioksid, ki se premakne na dno oceana prek padajočega toka, se bo verjetno na neki drugi točki dvignil. Poleg tega ta metoda vidi tudi možnost tveganja odpovedi. Če umetna črpalka odpove, je ukinjena ali nima sredstev, lahko povečana količina hranil in ogljikovega dioksida na površju poveča koncentracijo metana in dušikovega oksida ter zakisljevanje oceanov. Trenutni predlagani mehanizem za umetno mešanje oceanov zahteva cevni sistem, črpalke in zunanjo oskrbo z energijo. Namestitev teh cevi bo verjetno zahtevala ladje, učinkovit vir energije in vzdrževanje. 

---

Ocean CDR z mehanskimi in kemičnimi metodami

Mehanski in kemični oceanski CDR posega v naravne procese in želi uporabiti tehnologijo za spreminjanje naravnega sistema. Trenutno ekstrakcija ogljika iz morske vode prevladuje v pogovoru o mehanskih in kemičnih oceanskih CDR, vendar bi lahko v to kategorijo spadale tudi druge metode, kot je umetno dviganje in spuščanje, o katerih smo govorili zgoraj.

Pridobivanje ogljika v morski vodi ali elektrokemični CDR je namenjeno odstranitvi ogljikovega dioksida v oceanski vodi in shranjevanju drugje, pri čemer deluje po podobnih načelih za neposredno zajemanje in shranjevanje ogljikovega dioksida iz zraka. Predlagane metode vključujejo uporabo elektrokemičnih procesov za zbiranje plinaste oblike ogljikovega dioksida iz morske vode in shranjevanje tega plina v trdni ali tekoči obliki v geološki formaciji ali v oceanskem sedimentu.

Obljuba:

Pričakuje se, da bo ta metoda odstranjevanja ogljikovega dioksida iz oceanske vode omogočila oceanu, da z naravnimi procesi sprejme več atmosferskega ogljikovega dioksida. Študije o elektrokemičnem CDR so pokazale, da z obnovljivim virom energije ta metoda bi lahko bila energetsko učinkovita. Pričakuje se, da bo odstranjevanje ogljikovega dioksida iz oceanske vode obrniti ali zaustaviti zakisljevanje oceanov. 

Grožnja:

Zgodnje študije o ekstrakciji ogljika iz morske vode so koncept preizkušale predvsem v laboratorijskih poskusih. Posledično ostaja komercialna uporaba te metode zelo teoretična in potencialna energijsko intenzivna. Raziskave so se predvsem osredotočale tudi na kemično sposobnost odstranjevanja ogljikovega dioksida iz morske vode, s malo raziskav o okoljskih tveganjih. Trenutni pomisleki vključujejo negotovosti glede premikov ravnovesja lokalnih ekosistemov in vpliva, ki ga ta proces lahko ima na morsko življenje.

---

Ali obstaja pot naprej za ocean CDR?

Številni naravni oceanski CDR projekti, kot je obnova in zaščita obalnih ekosistemov, so podprti z raziskanimi in znanimi pozitivnimi stranskimi koristmi za okolje in lokalne skupnosti. Še vedno so potrebne dodatne raziskave za razumevanje količine in časa, v katerem je mogoče ogljik shraniti s temi projekti, vendar so dodatne koristi očitne. Poleg naravnih oceanskih CDR pa imajo izboljšani naravni, mehanski in kemični oceanski CDR prepoznavne pomanjkljivosti, ki jih je treba skrbno pretehtati pred izvajanjem katerega koli projekta v velikem obsegu. 

Vsi smo deležniki planeta in nanje bodo vplivali tako projekti podnebnega geoinženiringa kot podnebne spremembe. Odločevalci, oblikovalci politik, vlagatelji, volivci in vse zainteresirane strani so ključni pri ugotavljanju, ali tveganje ene metode podnebnega geoinženiringa odtehta tveganje druge metode ali celo tveganje podnebnih sprememb. Metode Ocean CDR lahko pomagajo zmanjšati atmosferski ogljikov dioksid, vendar jih je treba upoštevati le poleg neposrednega zmanjšanja emisij ogljikovega dioksida.