Instängd i det stora blå: Borttagning av koldioxid från havet

Breaking Down Climate Geoengineering: Del 2

Del 1: Ändlösa okända
Del 3: Modifiering av solstrålning
Del 4: Att tänka på etik, rättvisa och rättvisa

Koldioxidborttagning (CDR) är en form av klimatgeoteknik som syftar till att avlägsna koldioxid från atmosfären. CDR riktar in sig på effekterna av utsläpp av växthusgaser genom att minska och ta bort atmosfärisk koldioxid via lång- och korttidslagring. CDR kan betraktas som landbaserat eller havsbaserat, beroende på material och system som används för att fånga och lagra gasen. Tonvikten på landbaserad CDR har varit övervägande i dessa samtal, men intresset för att utnyttja havets CDR ökar, med uppmärksamhet på förbättrade naturliga och mekaniska och kemiska projekt.

---

Naturliga system tar redan bort koldioxid från atmosfären

Havet är en naturlig kolsänka, fånga 25 % av atmosfärisk koldioxid och 90 % av jordens överskottsvärme genom naturliga processer som fotosyntes och absorption. Dessa system har hjälpt till att upprätthålla den globala temperaturen, men blir överbelastade på grund av ökningen av koldioxid i atmosfären och andra växthusgaser från utsläpp av fossila bränslen. Detta ökade upptag har börjat påverka havets kemi, vilket orsakar havets försurning, förlust av biologisk mångfald och nya ekosystemmönster. Att återuppbygga biologisk mångfald och ekosystem tillsammans med en minskning av fossila bränslen kommer att stärka planeten mot klimatförändringar.

Avlägsnande av koldioxid, genom tillväxt av nya växter och träd, kan ske både på land och i havets ekosystem. Beskogning är skapande av nya skogar eller havsekosystem, som mangrover, i områden som historiskt sett inte har innehållit sådana växter, medan återbeskogning strävar efter att återinföra träd och andra växter på platser som hade konverterats till en annan användning, som jordbruksmark, gruvdrift eller utveckling, eller efter förlust på grund av föroreningar.

Marint skräp, plast och vattenföroreningar har direkt bidragit till de flesta sjögräs och mangroveförluster. De Ren vattenlagen i USA, och andra ansträngningar har arbetat för att minska sådana föroreningar och tillåta återplantering av skog. Dessa termer har allmänt använts för att beskriva landbaserade skogar, men kan också inkludera havsbaserade ekosystem som mangrove, sjögräs, saltmarker eller tång.

Löftet:

Träd, mangrove, sjögräs och liknande växter är kolsänkor, använder och binder koldioxid naturligt genom fotosyntes. Ocean CDR lyfter ofta fram "blått kol" eller koldioxid som binds i havet. Ett av de mest effektiva ekosystemen för blått kol är mangrover, som binder kol i deras bark, rotsystem och jord och lagrar upp till 10 gånger mer kol än skog på land. Mangrove ger många miljömässiga fördelar till lokala samhällen och kustnära ekosystem, förhindrar långvarig försämring och erosion samt dämpar påverkan av stormar och vågor på kusten. Mangroveskogar skapar också livsmiljöer för olika landlevande, vattenlevande och fågeldjur i växtens rotsystem och grenar. Sådana projekt kan också användas till direkt omvänd effekterna av avskogning eller stormar, återställande av kustlinjer och mark som har förlorat träd- och växttäcke.

Hotet:

Riskerna med dessa projekt härrör från den tillfälliga lagringen av naturligt bindande koldioxid. När kustnära markanvändning förändras och havets ekosystem störs för utveckling, resor, industri eller genom förstärkande stormar, kommer kol som lagras i jordar att släppas ut i havsvattnet och atmosfären. Dessa projekt är också benägna att biologisk mångfald och förlust av genetisk mångfald till förmån för snabbt växande arter, vilket ökar risken för sjukdomar och stora utrotningar. Restaureringsprojekt kan vara energikrävande och kräver fossila bränslen för transporter och maskiner för underhåll. Återställande av kustnära ekosystem genom dessa naturbaserade lösningar utan lämplig hänsyn till lokalsamhällena kan leda till landgrepp och missgynna samhällen som har haft minst bidrag till klimatförändringarna. Starka gemenskapsrelationer och intressenternas engagemang med ursprungsbefolkningen och lokala samhällen är nyckeln till att säkerställa rättvisa och rättvisa i naturliga hav CDR-insatser.

Tångodling syftar till att plantera kelp och makroalger för att filtrera koldioxid från vattnet och lagra den i biomassa genom fotosyntes. Denna kolrika tång kan sedan odlas och användas i produkter eller livsmedel eller sänkas till havets botten och bindas.

Löftet:

Tång och liknande stora havsväxter växer snabbt och finns i regioner runt om i världen. Jämfört med beskogning eller återplantering av skog, gör sjögräs habitat att det inte är mottagligt för brand, intrång eller andra hot mot landskogar. Tångbindare höga mängder koldioxid och har en mängd olika användningsområden efter tillväxt. Genom att ta bort vattenbaserad koldioxid kan tång hjälpa regioner att arbeta mot havsförsurning och ge syrerika livsmiljöer för oceaniska ekosystem. Utöver dessa miljövinster har sjögräs också klimatanpassningsfördelar som kan skydda kustlinjerna mot erosion genom att dämpa vågenergin. 

Hotet:

Kolavskiljning av tång skiljer sig från andra CDR-processer med blå ekonomi, där anläggningen lagrar CO₂ i sin biomassa, snarare än att överföra den till sedimentet. Som ett resultat har CO₂ avlägsnande och lagringspotential för tång begränsas av växten. Att tämja vild tång genom tångodling får minska växtens genetiska mångfald, vilket ökar risken för sjukdomar och stora die-outs. Dessutom inkluderar nuvarande föreslagna metoder för tångodling att odla växter i vattnet på konstgjort material, som rep, och i grunt vatten. Detta kan förhindra ljus och näringsämnen från livsmiljöer i vattnet under tången och orsaka skada på dessa ekosystem inklusive förvecklingar. Tången i sig är också känslig för nedbrytning på grund av vattenkvalitetsproblem och predation. Stora projekt som syftar till att sänka tången i havet förväntar sig för närvarande sänka repet eller konstgjort material också, potentiellt förorenar vattnet när tången sjunker. Denna typ av projekt förväntas också uppleva kostnadsbegränsningar, vilket begränsar skalbarheten. Ytterligare forskning behövs att bestämma det bästa sättet att odla tång och få de fördelaktiga löftena samtidigt som de förväntade hoten och oavsiktliga konsekvenserna minimeras.

Sammantaget syftar återhämtningen av havets och kustnära ekosystem genom mangrove, sjögräs, saltmarksekosystem och tångodling till att öka och återställa förmågan hos jordens naturliga system att bearbeta och lagra atmosfärisk koldioxid. Förlust av biologisk mångfald till följd av klimatförändringar kombineras med förlust av biologisk mångfald från mänskliga aktiviteter, som avskogning, vilket minskar jordens motståndskraft mot klimatförändringar. 

Under 2018 rapporterade Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) att två tredjedelar av havets ekosystem är skadade, försämrade eller ändrade. Detta antal kommer att öka i takt med att havsnivån stiger, havets försurning, gruvdrift på djuphavsbotten och klimatförändringarnas effekter av människor. Naturliga metoder för att avlägsna koldioxid kommer att gynnas av att öka den biologiska mångfalden och återställa ekosystemen. Tångodling är ett växande studieområde som skulle tjäna på riktad forskning. Genomtänkt restaurering och skydd av havsekosystem har omedelbar potential att mildra effekterna av klimatförändringar via utsläppsminskningar i kombination med andra fördelar.

---

Förbättra naturliga processer i havet för att mildra klimatförändringar

Förutom naturliga processer undersöker forskare metoder för att förbättra det naturliga avlägsnandet av koldioxid, vilket uppmuntrar havets koldioxidupptag. Tre geoteknikprojekt för havsklimat faller inom denna kategori av att förbättra naturliga processer: förbättring av havets alkalinitet, näringsgödsling och artificiell upp- och nedströmning. 

Ocean Alkalinity Enhancement (OAE) är en CDR-metod som syftar till att ta bort koldioxid från havet genom att påskynda mineralers naturliga väderreaktioner. Dessa väderreaktioner använder koldioxid och skapar fast material. Aktuella OAE-tekniker fånga upp koldioxid med alkaliska bergarter, dvs kalk eller olivin, eller genom en elektrokemisk process.

Löftet:

Baserat på naturliga stenvittringsprocesser, OAE är skalbar och erbjuder en permanent metod av koldioxidavlägsnande. Reaktionen mellan gasen och mineralet skapar avlagringar som förväntas öka havets buffertkapacitet, vilket i sin tur minskar havsförsurningen. Ökningen av mineralfyndigheter i havet kan också öka havets produktivitet.

Hotet:

Framgången för vittringsreaktionen är beroende av tillgången och distributionen av mineralerna. En ojämn fördelning av mineraler och regionala känsligheter att minskningen av koldioxid kan påverka havsmiljön negativt. Dessutom är det mest sannolikt att mängden mineraler som behövs för OAE är det kommer från landgruvor, och kommer att kräva transport till kustregioner för användning. Att öka havets alkalinitet kommer också att ändra havets pH påverkar biologiska processer. Ocean alkalinitet förbättring har inte sett så många fältexperiment eller så mycket forskning som landbaserad vittring, och effekterna av denna metod är mer kända för landbaserad vittring. 

Näringsgödsling föreslår att man tillsätter järn och andra näringsämnen i havet för att uppmuntra tillväxten av växtplankton. Genom att dra fördel av en naturlig process tar växtplankton lätt upp atmosfärisk koldioxid och sjunker till havets botten. År 2008, nationer vid FN:s konvention om biologisk mångfald gick med på ett försiktighetsmoratorium om praxis för att tillåta forskarsamhället att bättre förstå för- och nackdelarna med sådana projekt.

Löftet:

Förutom att ta bort atmosfärisk koldioxid kan näringsgödsling tillfälligt minska havsförsurningen och öka fiskbestånden. Växtplankton är en näringskälla för många fiskar och den ökade tillgången på föda kan öka mängden fisk i de regioner där projekten genomförs. 

Hotet:

Studier förblir begränsade på näringsbefruktning och känna igen de många okända om långsiktiga effekter, bifördelar och varaktighet av denna CDR-metod. Näringsgödslingsprojekt kan kräva stora mängder material i form av järn, fosfor och kväve. Att köpa dessa material kan kräva ytterligare gruvdrift, produktion och transport. Detta kan motverka effekten av den positiva CDR och skada andra ekosystem på planeten på grund av gruvbrytning. Dessutom kan tillväxten av växtplankton resultera i skadliga algblomningar, minskar syrehalten i havet och ökar produktionen av metan, ett växthusgas som fångar 10 gånger mängden värme jämfört med koldioxid.

Den naturliga blandningen av havet genom uppströmning och nedströmning för vatten från ytan till sedimentet och fördelar temperatur och näringsämnen till de olika områdena i havet. Artificiell uppsvällning och nedsvällning syftar till att använda en fysisk mekanism för att påskynda och uppmuntra denna blandning, öka blandningen av havsvatten för att föra koldioxidrikt ytvatten till djuphavet, och kallt, näringsrikt vatten till ytan. Detta förväntas uppmuntra tillväxten av växtplankton och fotosyntes för att avlägsna koldioxid från atmosfären. Aktuella föreslagna mekanismer inkluderar använda vertikala rör och pumpar att dra vatten från havets botten till toppen.

Löftet:

Konstgjord upp- och nedströmning föreslås som förbättring av ett naturligt system. Denna planerade rörelse av vatten kan hjälpa till att undvika biverkningarna av ökad växtplanktontillväxt som låga syrezoner och överskott av näringsämnen genom att öka havsblandningen. I varmare regioner kan denna metod hjälpa till att kyla yttemperaturer och långsam korallblekning. 

Hotet:

Denna metod för artificiell blandning har sett begränsade experiment och fälttester fokuserade på små skalor och under begränsade tidsperioder. Tidig forskning indikerar att på det hela taget har artificiell uppsvällning och nedsvällning en låg CDR-potential och tillhandahålla tillfällig kvarhållande av koldioxid. Denna tillfälliga lagring är ett resultat av upp- och nedgångscykeln. All koldioxid som förflyttar sig till botten av havet via downwelling kommer sannolikt att stiga upp vid någon annan tidpunkt. Dessutom ser denna metod också potentialen för en uppsägningsrisk. Om den konstgjorda pumpen misslyckas, avbryts eller saknar finansiering kan ökade näringsämnen och koldioxid vid ytan öka metan- och dikväveoxidkoncentrationerna samt havsförsurningen. Den nuvarande föreslagna mekanismen för konstgjord havsblandning kräver ett rörsystem, pumpar och en extern energiförsörjning. Installationen av dessa rör kommer sannolikt att kräva fartyg, en effektiv energikälla och underhåll. 

---

Ocean CDR genom mekaniska och kemiska metoder

Mekaniskt och kemiskt hav CDR ingriper med naturliga processer, som syftar till att använda teknik för att förändra ett naturligt system. För närvarande dominerar havsvattenutvinning av kol i den mekaniska och kemiska oceanen CDR-konversationen, men andra metoder som artificiell uppströmning och nedströmning, diskuterade ovan, kan också falla i denna kategori.

Seawater Carbon Extraction, eller Electrochemical CDR, syftar till att ta bort koldioxiden i havsvattnet och lagra den på annat håll, enligt liknande principer för direkt infångning och lagring av koldioxid i luften. Föreslagna metoder inkluderar användning av elektrokemiska processer för att samla upp en gasform av koldioxid från havsvatten och lagra den gasen i fast eller flytande form i en geologisk formation eller i havssediment.

Löftet:

Denna metod för att ta bort koldioxid från havsvatten förväntas tillåta havet att ta upp mer atmosfärisk koldioxid genom naturliga processer. Studier av elektrokemisk CDR har visat att med en förnybar energikälla, denna metod kan vara energieffektivt. Avlägsnande av koldioxid från havsvatten förväntas vidare vända eller pausa havsförsurningen. 

Hotet:

Tidiga studier om kolutvinning av havsvatten har i första hand testat konceptet i labbbaserade experiment. Som ett resultat förblir den kommersiella tillämpningen av denna metod mycket teoretisk och potentiellt energikrävande. Forskningen har också i första hand fokuserat på koldioxidens kemiska förmåga att avlägsnas från havsvatten, med lite forskning om miljöriskerna. Aktuella farhågor inkluderar osäkerhet om lokala ekosystemjämviktsförskjutningar och den inverkan denna process kan ha på det marina livet.

---

Finns det en väg framåt för ocean CDR?

Många naturliga hav CDR-projekt, som restaurering och skydd av kustnära ekosystem, stöds av undersökta och kända positiva samfördelar för miljön och lokala samhällen. Ytterligare forskning för att förstå mängden och hur lång tid kol kan lagras genom dessa projekt behövs fortfarande, men bifördelarna är tydliga. Utöver naturlig havs-CDR har emellertid förbättrad naturlig och mekanisk och kemisk havs-CDR identifierbara nackdelar som bör övervägas noggrant innan man genomför ett projekt i stor skala. 

Vi är alla intressenter i planeten och kommer att påverkas av klimatgeoteknikprojekt och klimatförändringar. Beslutsfattare, beslutsfattare, investerare, väljare och alla intressenter är nyckeln till att avgöra om risken med en klimatgeoteknik överväger risken med en annan metod eller till och med risken för klimatförändringar. Ocean CDR-metoder kan hjälpa till att minska atmosfärens koldioxid, men bör endast övervägas utöver den direkta minskningen av koldioxidutsläpp.