Заробљени у великом плаветнилу: уклањање угљен-диоксида из океана

Разбијање климатског геоинжењеринга: 2. део

Део 1: Бескрајне непознанице
Део 3: Модификација соларног зрачења
Део 4: Разматрање етике, правичности и правде

Уклањање угљен-диоксида (ЦДР) је облик климатског геоинжењеринга који настоји да уклони угљен-диоксид из атмосфере. ЦДР циља на утицај емисије гасова стаклене баште смањењем и уклањањем атмосферског угљен-диоксида путем дуготрајног и краткорочног складиштења. ЦДР се може сматрати копненим или океанским, у зависности од материјала и система који се користе за хватање и складиштење гаса. Нагласак на копненом ЦДР-у био је доминантан у овим разговорима, али интересовање за искориштавање океанског ЦДР-а расте, са пажњом на побољшане природне, механичке и хемијске пројекте.

---

Природни системи већ уклањају угљен-диоксид из атмосфере

Океан је природни понор угљеника, хватање 25% атмосферског угљен-диоксида и 90% земљине вишка топлоте кроз природне процесе као што су фотосинтеза и апсорпција. Ови системи су помогли у одржавању глобалне температуре, али постају преоптерећени због повећања атмосферског угљен-диоксида и других гасова стаклене баште из емисије фосилних горива. Ово повећано упијање почело је да утиче на хемију океана, узрокујући закисељавање океана, губитак биодиверзитета и нове обрасце екосистема. Обнова биодиверзитета и екосистема у комбинацији са смањењем фосилних горива ојачаће планету против климатских промена.

Уклањање угљен-диоксида, кроз раст нових биљака и дрвећа, може се десити и на копну и у океанским екосистемима. Пошумљавање је стварање нових шума или океански екосистеми, попут мангрова, у областима које историјски нису садржавале такве биљке, док пошумљавање настоји да поново увести дрвеће и друге биљке на локацијама које су претворене у другу употребу, попут пољопривредног земљишта, рударства или развоја, или након губитка услед загађења.

Морски отпад, пластика и загађење воде директно су допринели губитку већине морске траве и мангрова. Тхе Закон о чистој води у Сједињеним Државама, а други напори су радили на смањењу таквог загађења и омогућавању пошумљавања. Ови термини се генерално користе за описивање шума на копну, али могу укључити и екосистеме засноване на океану као што су мангрове, морске траве, слане мочваре или морске алге.

Обећање:

Дрвеће, мангрове, морске траве и сличне биљке су судопери угљеника, користећи и секвестрирајући угљен-диоксид природним путем фотосинтезе. Оцеан ЦДР често истиче „плави угљеник“ или угљен-диоксид издвојен у океану. Један од најефикаснијих екосистема плавог угљеника су мангрове, које издвајају угљеник у својој кори, кореновом систему и земљишту, чувајући до 10 пута више угљеника него шума на копну. Мангрове пружају бројне еколошке ко-користи локалним заједницама и обалним екосистемима, спречавајући дугорочну деградацију и ерозију, као и ублажавајући утицај олуја и таласа на обалу. Шуме мангрова такође стварају станишта за различите копнене, водене и птичје животиње у кореновом систему и гранама биљке. Такви пројекти се такође могу користити директно обрнуто последице крчења шума или олуја, обнављање обала и земљишта које је изгубило дрвеће и биљни покривач.

Претња:

Ризици који прате ове пројекте произилазе из привременог складиштења природно издвојеног угљен-диоксида. Како се коришћење обалног земљишта мења и екосистеми океана буду поремећени за развој, путовања, индустрију или јачањем олуја, угљеник ускладиштен у тлу ће бити пуштен у океанску воду и атмосферу. Ови пројекти су такође склони губитак биодиверзитета и генетске разноврсности у корист врста које брзо расту, повећавајући ризик од болести и великог изумирања. Пројекти рестаурације може бити енергетски интензиван и захтевају фосилна горива за транспорт и машине за одржавање. Обнављање приобалних екосистема кроз ова решења заснована на природи без одговарајуће пажње за локалне заједнице може довести до отимања земље и угрожене заједнице које су имале најмањи допринос климатским променама. Снажни односи са заједницом и ангажовање заинтересованих страна са домородачким народом и локалним заједницама су кључни за обезбеђивање правичности и правде у напорима за ЦДР природног океана.

Узгој морских алги има за циљ садњу морских алги и макроалги за филтрирање угљен-диоксида из воде и чувају га у биомаси путем фотосинтезе. Ова морска алга богата угљеником се затим може узгајати и користити у производима или храни или потопити на дно океана и секвестрирати.

Обећање:

Морске алге и сличне велике океанске биљке брзо расту и присутне су у регионима широм света. У поређењу са пошумљавањем или пошумљавањем, океанско станиште морске траве чини је неподложном пожару, задирању или другим претњама копненим шумама. Секвестри морских алги велике количине угљен-диоксида и има разне употребе након раста. Уклањањем угљен-диоксида на бази воде, морске алге могу помоћи регионима да раде против закисељавања океана и обезбедити станишта богата кисеоником за океанске екосистеме. Поред ових еколошких победа, морске алге такође имају предности прилагођавања клими које могу заштити обале од ерозије пригушивањем енергије таласа. 

Претња:

Хватање угљеника у морским алгама разликује се од других ЦДР процеса плаве економије, при чему биљка складишти ЦО₂ у својој биомаси, а не да је пренесе у седимент. Као резултат тога, ЦО₂ потенцијал уклањања и складиштења морских алги ограничен је биљком. Припитомљавање дивљих морских алги узгојем морских алги може смањити генетски диверзитет биљке, повећавајући потенцијал за болести и велико изумирање. Поред тога, садашње предложене методе узгоја морских алги укључују узгој биљака у води на вештачком материјалу, попут ужета, иу плитким водама. Ово може спречити светлост и хранљиве материје из станишта у води испод морских алги и нанети штету тим екосистемима укључујући заплет. Сама морска алга је такође подложна деградацији због проблема са квалитетом воде и грабежљиваца. Тренутно се очекују велики пројекти који имају за циљ потапање морских алги у океан потопити конопац или вештачки материјал такође, потенцијално загађујући воду када морске алге потоне. Такође се очекује да ће овај тип пројекта искусити ограничења трошкова, ограничавајући скалабилност. Потребна су даља истраживања да одредимо најбољи начин за узгој морских алги и добијемо благотворна обећања уз минимизирање очекиваних претњи и нежељених последица.

Све у свему, опоравак океана и приобалних екосистема кроз мангрове, морске траве, екосистеме сланих мочвара и узгој морских алги има за циљ повећање и обнављање способности природних система Земље да обрађују и складиште атмосферски угљен-диоксид. Губитак биодиверзитета услед климатских промена је повезан са губитком биодиверзитета услед људских активности, као што је крчење шума, што смањује отпорност Земље на климатске промене. 

Међувладина научно-политичка платформа о биодиверзитету и услугама екосистема (ИПБЕС) је 2018. известила да две трећине океанских екосистема су оштећени, деградирани или измењени. Овај број ће се повећати са порастом нивоа мора, закисељавањем океана, експлоатацијом дубоког морског дна и утицајима антропогених климатских промена. Природне методе уклањања угљен-диоксида ће имати користи од повећања биодиверзитета и обнављања екосистема. Узгој морских алги је растућа област проучавања која би имала користи од циљаног истраживања. Промишљена обнова и заштита океанских екосистема има непосредан потенцијал за ублажавање ефеката климатских промена кроз смањење емисија упарено са заједничким користима.

---

Унапређење природних океанских процеса за ублажавање климатских промена

Поред природних процеса, истраживачи истражују методе за побољшање природног уклањања угљен-диоксида, подстичући унос угљен-диоксида из океана. Три геоинжењерска пројекта океанске климе спадају у ову категорију побољшања природних процеса: повећање алкалности океана, ђубрење хранљивим материјама и вештачко подизање и спуштање. 

Повећање алкалности океана (ОАЕ) је ЦДР метода која има за циљ уклањање угљен-диоксида из океана убрзавањем природних реакција минерала на временске утицаје. Ове реакције временских утицаја користе угљен-диоксид и стварају чврсти материјал. Тренутне ОАЕ технике хватање угљен-диоксида алкалним стенама, односно кречом или оливином, или електрохемијским процесом.

Обећање:

На основу природни процеси трошења стена, ОАЕ је скалабилан и нуди трајни метод уклањања угљен-диоксида. Реакција између гаса и минерала ствара наслаге које се очекују повећати пуферски капацитет океана, заузврат смањујући киселост океана. Повећање минералних наслага у океану такође може повећати продуктивност океана.

Претња:

Успех реакције временских услова зависи од доступности и дистрибуције минерала. Неуједначена дистрибуција минерала и регионалне осетљивости до смањења угљен-диоксида може негативно утицати на окружење океана. Поред тога, количина минерала потребна за ОАЕ ће највероватније бити потичу из копнених рудника, и захтеваће транспорт до приобалних региона за употребу. Повећање алкалности океана ће такође модификовати пХ океана утичући на биолошке процесе. Повећање алкалности океана има није виђено толико експеримената на терену или толико истраживања као временске прилике на копну, а утицаји ове методе су познатији за временске услове на копну. 

Нутриент Фертилизатион предлаже додавање гвожђа и других хранљивих материја у океан како би се подстакао раст фитопланктона. Користећи предности природног процеса, фитопланктон лако преузима атмосферски угљен-диоксид и тоне на дно океана. 2008. нације на Конвенцији УН о биолошкој разноврсности пристао на мораторијум из предострожности о пракси како би се омогућило научној заједници да боље разуме предности и недостатке таквих пројеката.

Обећање:

Поред уклањања атмосферског угљен-диоксида, ђубрење хранљивим материјама може привремено смањити закисељавање океана повећати рибљи фонд. Фитопланктон је извор хране за многе рибе, а повећана доступност хране може повећати количину рибе у регионима у којима се пројекти изводе. 

Претња:

Студије су и даље ограничене на ђубрење хранљивим материјама и препознају многе непознате о дугорочним ефектима, заједничким користима и постојаности ове ЦДР методе. Пројекти ђубрења хранљивим материјама могу захтевати велике количине материјала у облику гвожђа, фосфора и азота. За набавку ових материјала може бити потребно додатно рударење, производња и транспорт. Ово би могло негирати утицај позитивног ЦДР-а и нанети штету другим екосистемима на планети због експлоатације рударства. Поред тога, раст фитопланктона може довести до штетно цветање алги, смањују кисеоник у океану и повећавају производњу метана, ГХГ који задржава 10 пута већу количину топлоте у поређењу са угљен-диоксидом.

Природно мешање океана кроз уздизање и спуштање доводи воду са површине до седимента, дистрибуирајући температуру и хранљиве материје у различите регионе океана. Вештачко подизање и спуштање има за циљ да користи физички механизам да убрза и подстакне ово мешање, повећавајући мешање океанске воде како би површинску воду богату угљен-диоксидом довела до дубоког океана, и хладна вода богата хранљивим материјама на површину. Очекује се да ће ово подстаћи раст фитопланктона и фотосинтезу за уклањање угљен-диоксида из атмосфере. Тренутни предложени механизми укључују коришћењем вертикалних цеви и пумпи да црпе воду са дна океана до врха.

Обећање:

Вештачко подизање и спуштање се предлаже као побољшање природног система. Ово планирано кретање воде може помоћи да се избегну нежељени ефекти повећаног раста фитопланктона као што су ниске зоне кисеоника и вишак хранљивих материја повећањем мешања океана. У топлијим регионима, овај метод може помоћи при ниским температурама површине и споро избељивање корала. 

Претња:

Овај метод вештачког мешања је видео ограничене експерименте и теренске тестове фокусиране на мале размере и за ограничене временске периоде. Рано истраживање указује да у целини, вештачко подизање и спуштање имају низак ЦДР потенцијал и обезбедити привремену секвестрацију угљен-диоксида. Ово привремено складиштење је резултат циклуса подизања и спуштања. Било који угљен-диоксид који се креће на дно океана путем падајућег таласа вероватно ће се уздићи у неком другом тренутку. Поред тога, овај метод такође види потенцијал за ризик раскида. Ако вештачка пумпа поквари, буде прекинута или јој недостају финансијска средства, повећани хранљиви састојци и угљен-диоксид на површини могу повећати концентрацију метана и азот-оксида, као и закисељавање океана. Садашњи предложени механизам за вештачко мешање океана захтева систем цеви, пумпе и екстерно снабдевање енергијом. Уградња ових цеви ће вероватно захтевати бродови, ефикасан извор енергије и одржавање. 

---

Оцеан ЦДР кроз механичке и хемијске методе

Механички и хемијски ЦДР океана интервенише у природним процесима, са циљем да користи технологију за измену природног система. Тренутно, екстракција угљеника из морске воде преовлађује у механичком и хемијском океанском ЦДР разговору, али и друге методе као што су вештачко подизање и спуштање, о којима је било речи горе, такође могу пасти у ову категорију.

Екстракција угљеника из морске воде, или електрохемијски ЦДР, има за циљ уклањање угљен-диоксида у океанској води и складиштење на другом месту, радећи на сличним принципима за директно хватање и складиштење угљен-диоксида из ваздуха. Предложене методе укључују коришћење електрохемијских процеса за сакупљање гасовитог облика угљен-диоксида из морске воде и складиштење тог гаса у чврстом или течном облику у геолошкој формацији или у океанском седименту.

Обећање:

Очекује се да ће овај метод уклањања угљен-диоксида из океанске воде омогућити океану да преузме више атмосферског угљен-диоксида кроз природне процесе. Студије о електрохемијском ЦДР-у су показале да је са обновљивим извором енергије овај метод могао бити енергетски ефикасан. Даље се очекује уклањање угљен-диоксида из океанске воде преокренути или паузирати закисељавање океана. 

Претња:

Ране студије о екстракцији угљеника из морске воде су првенствено тестирале концепт у лабораторијским експериментима. Као резултат тога, комерцијална примена ове методе остаје веома теоретска и потенцијална енергетски интензивно. Истраживања су се такође првенствено фокусирала на хемијску способност угљен-диоксида да се уклони из морске воде, са мало истраживања о еколошким ризицима. Тренутна забринутост укључује неизвесност у вези са променама равнотеже локалног екосистема и утицајем који овај процес може имати на морски живот.

---

Постоји ли пут напред за океански ЦДР?

Многи пројекти ЦДР природног океана, попут обнове и заштите приобалних екосистема, подржани су истраженим и познатим позитивним ко-користима за животну средину и локалне заједнице. Још увек су потребна додатна истраживања да би се разумела количина и дужина времена у коме се угљеник може ускладиштити кроз ове пројекте, али су заједничке користи јасне. Осим природног ЦДР океана, међутим, побољшани природни и механички и хемијски ЦДР океана имају препознатљиве недостатке које треба пажљиво размотрити пре имплементације било ког пројекта у великим размерама. 

Сви смо ми актери на планети и бићемо погођени пројектима геоинжењеринга климе, као и климатским променама. Доносиоци одлука, креатори политике, инвеститори, гласачи и сви актери су кључни у одређивању да ли ризик једне методе геоинжењеринга климе надмашује ризик друге методе или чак ризик од климатских промена. Океанске ЦДР методе могу помоћи у смањењу атмосферског угљен-диоксида, али их треба узети у обзир само као додатак директном смањењу емисије угљен-диоксида.