被困在大海中：海洋二氧化碳去除

分解气候地球工程：第 2 部分

第 1 部分：无尽的未知数
第 3 部分：太阳辐射修正
第 4 部分：考虑道德、公平和正义

二氧化碳去除 (CDR) 是气候地球工程的一种形式，旨在从大气中去除二氧化碳。 CDR 通过长期和短期储存减少和去除大气中的二氧化碳，从而降低温室气体排放的影响。 CDR 可被视为陆基或海洋，具体取决于用于捕获和储存气体的材料和系统。 在这些对话中，对陆基 CDR 的强调一直占主导地位，但对利用海洋 CDR 的兴趣正在增加，并关注增强的自然、机械和化学项目。

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自然系统已经从大气中去除二氧化碳

海洋是天然的碳汇， 捕获 25% 通过光合作用和吸收等自然过程，减少大气中的二氧化碳和地球上 90% 的多余热量。 这些系统有助于维持全球温度，但由于大气中二氧化碳和化石燃料排放的其他温室气体的增加而变得超载。 这种吸收的增加已经开始影响海洋的化学性质，导致海洋酸化、生物多样性丧失和新的生态系统模式。 重建生物多样性和生态系统，同时减少化石燃料，将加强地球抵御气候变化的能力。

通过新植物和树木的生长去除二氧化碳可以发生在陆地和海洋生态系统中。 造林是 创造新的森林 或海洋生态系统，如红树林，位于历史上没有此类植物的地区，而重新造林旨在 重新引入树木和其他植物 在已经转变为不同用途的地方，如农田、采矿或开发，或因污染而损失后.

海洋垃圾、塑料和水污染 直接导致了大部分海草和红树林的损失。 这 清洁水法案 在美国，其他方面的努力都在努力减少这种污染并允许重新造林。 这些术语通常用于描述陆地森林，但也可以包括海洋生态系统，如红树林、海草、盐沼或海藻。

承诺：

树木、红树林、海草和类似植物是 碳汇，通过光合作用自然地使用和封存二氧化碳。 海洋 CDR 通常突出显示“蓝碳”，即封存在海洋中的二氧化碳。 最有效的蓝碳生态系统之一是红树林，它在树皮、根系和土壤中吸收碳，储存 最多10次 比陆地上的森林更多的碳。 红树林提供了无数 环境协同效益 对当地社区和沿海生态系统的影响，防止长期退化和侵蚀，并减轻风暴和海浪对海岸的影响。 红树林还在植物的根系和枝条中为各种陆生、水生和鸟类动物创造了栖息地。 此类项目也可用于 直接反转 森林砍伐或风暴的影响，恢复海岸线和失去树木和植物覆盖的土地。

威胁：

这些项目伴随的风险源于自然封存的二氧化碳的临时储存。 随着沿海土地利用的变化和海洋生态系统因开发、旅游、工业或风暴增强而受到干扰，储存在土壤中的碳将释放到海水和大气中。 这些项目也容易 生物多样性和遗传多样性丧失 有利于快速生长的物种，增加疾病和大量灭绝的风险。 恢复项目 可能是能源密集型的 运输需要化石燃料，维护需要机械。 在没有适当考虑当地社区的情况下，通过这些基于自然的解决方案恢复沿海生态系统 可能导致土地掠夺 和对气候变化贡献最小的弱势社区。 牢固的社区关系以及利益相关者与土著人民和当地社区的互动是确保自然海洋 CDR 工作公平公正的关键。

海藻养殖旨在种植海带和大型藻类，以过滤水中的二氧化碳， 通过光合作用将其储存在生物质中. 这种富含碳的海藻可以被养殖并用于产品或食品，或者沉入海底并被隔离。

承诺：

海藻和类似的大型海洋植物生长迅速，遍布世界各地。 与造林或再造林工作相比，海藻的海洋栖息地使其不易受到火灾、侵蚀或其他对陆地森林的威胁。 海藻螯合剂 大量的二氧化碳 并在生长后具有多种用途。 通过去除水中的二氧化碳，海藻可以帮助地区对抗海洋酸化和 提供富氧栖息地 对于海洋生态系统。 除了这些环境效益外，海藻还具有适应气候的好处，可以 保护海岸线免受侵蚀 通过抑制波能。 

威胁：

海藻碳捕获不同于其他蓝色经济 CDR 过程，植物储存 CO₂ 在其生物量中，而不是将其转移到沉积物中。 结果，CO₂ 海藻的清除和储存潜力受到植物的限制。 通过海藻养殖驯化野生海藻可能 减少植物的遗传多样性，增加了疾病和大量死亡的可能性。 此外，目前提出的海藻栽培方法包括在人造材料（如绳索）和浅水区的水中种植植物。 这可能会阻止海藻下方水中栖息地的光和养分，并对这些生态系统造成伤害 包括纠缠. 由于水质问题和捕食，海藻本身也很容易退化。 旨在将海藻沉入海洋的大型项目目前预计 下沉绳索或人造材料 同样，当海藻下沉时，可能会污染水。 预计此类项目还会遇到成本限制，从而限制可扩展性。 需要进一步研究 确定养殖海藻的最佳方式并获得有益的承诺，同时最大限度地减少预期的威胁和意外后果。

总体而言，通过红树林、海草、盐沼生态系统和海藻种植恢复海洋和沿海生态系统旨在提高和恢复地球自然系统处理和储存大气中二氧化碳的能力。 气候变化造成的生物多样性丧失与人类活动造成的生物多样性丧失相结合，例如森林砍伐，降低了地球对气候变化的适应能力。 

2018 年，生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台 (IPBES) 报告称 三分之二的海洋生态系统 损坏、退化或改变。 随着海平面上升、海洋酸化、深海海底采矿和人为气候变化影响，这个数字将增加。 天然二氧化碳去除方法将受益于增加生物多样性和恢复生态系统。 海藻养殖是一个新兴的研究领域，将受益于有针对性的研究。 深思熟虑地恢复和保护海洋生态系统具有通过减排和协同效益来减轻气候变化影响的直接潜力。

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加强自然海洋过程以减缓气候变化

除了自然过程之外，研究人员还在研究增强自然二氧化碳去除的方法，从而促进海洋吸收二氧化碳。 三个海洋气候地球工程项目属于增强自然过程的类别：海洋碱度增强、养分施肥以及人工上升流和下降流。 

海洋碱度增强 (OAE) 是一种 CDR 方法，旨在通过加速矿物质的自然风化反应来去除海洋中的二氧化碳。 这些风化反应使用二氧化碳并产生固体物质。 当前的 OAE 技术 用碱性岩石（即石灰或橄榄石）或通过电化学过程捕获二氧化碳。

承诺：

基于 天然岩石风化过程, OAE 是 可扩展并提供永久方法 去除二氧化碳。 气体和矿物之间的反应会产生沉积物，预计 增加海洋的缓冲能力，进而减少海洋酸化。 海洋中矿藏的增加也可能提高海洋生产力。

威胁：

风化反应的成功取决于矿物质的可用性和分布。 矿物质分布不均 区域敏感性 二氧化碳的减少可能会对海洋环境产生负面影响。 此外，OAE 所需的矿物质数量最有可能是 来自陆地矿山, 并且需要运输到沿海地区使用。 增加海洋的碱度会改变海洋的 pH 值，同时 影响生物过程. 海洋碱度增强有 没有看到那么多的现场实验或那么多的研究 作为陆基风化，这种方法的影响对于陆基风化更为人所知。 

养分施肥 建议向海洋中添加铁和其他营养物质以促进浮游植物的生长。 利用自然过程，浮游植物很容易吸收大气中的二氧化碳并沉入海底。 2008年联合国生物多样性公约 同意预防性暂停 允许科学界更好地了解此类项目的利弊的做法。

承诺：

除了去除大气中的二氧化碳外，施肥还可以 暂时减少海洋酸化 和 增加鱼类资源。 浮游植物是许多鱼类的食物来源，食物供应的增加可能会增加项目实施地区的鱼类数量。 

威胁：

研究仍然局限于营养施肥和 认识许多未知数 关于此 CDR 方法的长期影响、共同利益和持久性。 营养施肥项目可能需要大量铁、磷和氮形式的材料。 采购这些材料可能需要额外的采矿、生产和运输。 这可能会抵消正 CDR 的影响，并因采矿开采而损害地球上的其他生态系统。 此外，浮游植物的生长可能导致 有害藻类大量繁殖，减少海洋中的氧气，并增加甲烷的产生，一种温室气体，其吸收的热量是二氧化碳的 10 倍。

海洋通过上升流和下降流的自然混合将水从地表带到沉积物，将温度和养分分配到海洋的不同区域。 人工上升流和下降流 旨在使用一种物理机制来加速和鼓励这种混合，增加海水的混合，将富含二氧化碳的地表水带到深海，并且 冰冷、营养丰富的水流到地表. 预计这将促进浮游植物的生长和光合作用，以去除大气中的二氧化碳。 目前提议的机制包括 使用垂直管道和泵 把水从海底抽到上面。

承诺：

人工上升流和下降流被提议作为自然系统的增强。 这种有计划的水流运动可能有助于通过增加海洋混合来避免浮游植物生长增加的副作用，如低氧区和营养过剩。 在较温暖的地区，这种方法可能有助于降低地表温度和 缓慢的珊瑚白化. 

威胁：

这种人工混合方法已经进行了有限的实验和现场测试，主要集中在小规模和有限的时间段内。 早期研究表明，总体而言，人工上升流和下降流具有较低的 CDR 潜力，并且 提供临时封存 二氧化碳。 这种临时存储是上升流和下降流循环的结果。 任何通过下降流移动到海底的二氧化碳都可能在其他时间点上升流。 此外，该方法还存在终止风险的可能性。 如果人工泵发生故障、停产或缺乏资金，地表营养物质和二氧化碳的增加可能会增加甲烷和一氧化二氮的浓度以及海洋酸化。 目前提出的人工海洋混合机制需要管道系统、泵和外部能源供应。 这些管道的安装可能需要 船舶，一种有效的能源和维护。 

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通过机械和化学方法进行海洋 CDR

机械和化学海洋 CDR 干预自然过程，旨在利用技术改变自然系统。 目前，海水碳提取在机械和化学海洋 CDR 对话中占主导地位，但上面讨论的其他方法，如人工上升流和下降流，也可能属于这一类。

海水碳提取或电化学 CDR 旨在去除海水中的二氧化碳并将其储存在其他地方，其运作原理与直接捕获和储存空气中的二氧化碳类似。 提议的方法包括使用电化学过程从海水中收集气态二氧化碳，并将该气体以固​​态或液态形式储存在地质构造或海洋沉积物中。

承诺：

这种从海水中去除二氧化碳的方法有望让海洋通过自然过程吸收更多大气中的二氧化碳。 对电化学 CDR 的研究表明，使用可再生能源，该方法 可能是节能的. 从海水中去除二氧化碳有望进一步 逆转或暂停海洋酸化. 

威胁：

关于海水碳提取的早期研究主要在实验室实验中测试了这一概念。 因此，这种方法的商业应用仍然是高度理论化的，并且有可能 能源密集型. 研究还主要集中在从海水中去除二氧化碳的化学能力， 对环境风险的研究很少. 目前的担忧包括当地生态系统平衡变化的不确定性以及这一过程可能对海洋生物产生的影响。

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海洋 CDR 有前进的道路吗？

许多自然海洋 CDR 项目，如沿海生态系统的恢复和保护，都得到了对环境和当地社区的研究和已知的积极协同效益的支持。 仍然需要进一步研究以了解通过这些项目可以储存碳的数量和时间长度，但共同利益是显而易见的。 然而，除了自然海洋 CDR 之外，增强的自然和机械和化学海洋 CDR 具有明显的缺点，在大规模实施任何项目之前应仔细考虑这些缺点。 

我们都是地球上的利益相关者，都会受到气候地球工程项目和气候变化的影响。 决策者、政策制定者、投资者、选民和所有利益相关者是确定一种气候地球工程方法的风险是否超过另一种方法甚至气候变化风险的关键。 海洋 CDR 方法可以帮助减少大气中的二氧化碳，但只能在直接减少二氧化碳排放之外考虑。