被困在大海中：海洋二氧化碳去除

分解氣候地球工程：第 2 部分

第 1 部分：無盡的未知數
第 3 部分：太陽輻射修正
第 4 部分：考慮道德、公平和正義

二氧化碳去除 (CDR) 是氣候地球工程的一種形式，旨在從大氣中去除二氧化碳。 CDR 通過長期和短期儲存減少和去除大氣中的二氧化碳，從而降低溫室氣體排放的影響。 CDR 可被視為陸基或海洋，具體取決於用於捕獲和儲存氣體的材料和系統。 在這些對話中，對陸基 CDR 的強調一直占主導地位，但對利用海洋 CDR 的興趣正在增加，並關注增強的自然、機械和化學項目。

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自然系統已經從大氣中去除二氧化碳

海洋是天然的碳匯， 捕獲 25% 通過光合作用和吸收等自然過程，減少大氣中的二氧化碳和地球上 90% 的多餘熱量。 這些系統有助於維持全球溫度，但由於大氣中二氧化碳和化石燃料排放的其他溫室氣體的增加而變得超載。 這種吸收的增加已經開始影響海洋的化學性質，導致海洋酸化、生物多樣性喪失和新的生態系統模式。 重建生物多樣性和生態系統，同時減少化石燃料，將加強地球抵御氣候變化的能力。

通過新植物和樹木的生長去除二氧化碳可以發生在陸地和海洋生態系統中。 造林是 創造新的森林 或海洋生態系統，如紅樹林，位於歷史上沒有此類植物的地區，而重新造林旨在 重新引入樹木和其他植物 在已經轉變為不同用途的地方，如農田、採礦或開發，或因污染而損失後.

海洋垃圾、塑料和水污染 直接導致了大部分海草和紅樹林的損失。 這 清潔水法案 在美國，其他方面的努力都在努力減少這種污染並允許重新造林。 這些術語通常用於描述陸地森林，但也可以包括海洋生態系統，如紅樹林、海草、鹽沼或海藻。

承諾：

樹木、紅樹林、海草和類似植物是 碳匯，通過光合作用自然地使用和封存二氧化碳。 海洋 CDR 通常突出顯示“藍碳”，即封存在海洋中的二氧化碳。 最有效的藍碳生態系統之一是紅樹林，它在樹皮、根系和土壤中吸收碳，儲存 最多10次 比陸地上的森林更多的碳。 紅樹林提供了無數 環境協同效益 對當地社區和沿海生態系統的影響，防止長期退化和侵蝕，並減輕風暴和海浪對海岸的影響。 紅樹林還在植物的根系和枝條中為各種陸生、水生和鳥類動物創造了棲息地。 此類項目也可用於 直接反轉 森林砍伐或風暴的影響，恢復海岸線和失去樹木和植物覆蓋的土地。

威脅：

這些項目伴隨的風險源於自然封存的二氧化碳的臨時儲存。 隨著沿海土地利用的變化和海洋生態系統因開發、旅遊、工業或風暴增強而受到干擾，儲存在土壤中的碳將釋放到海水和大氣中。 這些項目也容易 生物多樣性和遺傳多樣性喪失 有利於快速生長的物種，增加疾病和大量滅絕的風險。 恢復項目 可能是能源密集型的 運輸需要化石燃料，維護需要機械。 在沒有適當考慮當地社區的情況下，通過這些基於自然的解決方案恢復沿海生態系統 可能導致土地掠奪 和對氣候變化貢獻最小的弱勢社區。 與土著人民和當地社區建立牢固的社區關係和利益相關者參與是確保自然海洋 CDR 工作公平公正的關鍵。

海藻養殖旨在種植海帶和大型藻類，以過濾水中的二氧化碳， 通過光合作用將其儲存在生物質中. 這種富含碳的海藻可以被養殖並用於產品或食品，或者沉入海底並被隔離。

承諾：

海藻和類似的大型海洋植物生長迅速，遍布世界各地。 與造林或再造林工作相比，海藻的海洋棲息地使其不易受到火災、侵蝕或其他對陸地森林的威脅。 海藻螯合劑 大量的二氧化碳 並在生長後具有多種用途。 通過去除水中的二氧化碳，海藻可以幫助地區對抗海洋酸化和 提供富氧棲息地 對於海洋生態系統。 除了這些環境效益外，海藻還具有適應氣候的好處，可以 保護海岸線免受侵蝕 通過抑制波能。 

威脅：

海藻碳捕獲不同於其他藍色經濟 CDR 過程，植物儲存 CO₂ 在其生物量中，而不是將其轉移到沉積物中。 結果，CO₂ 海藻的清除和儲存潛力受到植物的限制。 通過海藻養殖馴化野生海藻可能 減少植物的遺傳多樣性，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（如繩索）和淺水區的水中種植植物。 這可能會阻止海藻下方水中棲息地的光和養分，並對這些生態系統造成傷害 包括糾纏. 由於水質問題和捕食，海藻本身也很容易退化。 旨在將海藻沉入海洋的大型項目目前預計 下沉繩索或人造材料 同樣，當海藻下沉時，可能會污染水。 預計此類項目還會遇到成本限制，從而限制可擴展性。 需要進一步研究 確定養殖海藻的最佳方式並獲得有益的承諾，同時最大限度地減少預期的威脅和意外後果。

總體而言，通過紅樹林、海草、鹽沼生態系統和海藻種植恢復海洋和沿海生態系統旨在提高和恢復地球自然系統處理和儲存大氣中二氧化碳的能力。 氣候變化造成的生物多樣性喪失與人類活動造成的生物多樣性喪失相結合，例如森林砍伐，降低了地球對氣候變化的適應能力。 

2018 年，生物多樣性和生態系統服務政府間科學政策平台 (IPBES) 報告稱 三分之二的海洋生態系統 損壞、退化或改變。 隨著海平面上升、海洋酸化、深海海底採礦和人為氣候變化影響，這個數字將增加。 天然二氧化碳去除方法將受益於增加生物多樣性和恢復生態系統。 海藻養殖是一個新興的研究領域，將受益於有針對性的研究。 深思熟慮地恢復和保護海洋生態系統具有通過減排和協同效益來減輕氣候變化影響的直接潛力。

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加強自然海洋過程以減緩氣候變化

除了自然過程之外，研究人員還在研究增強自然二氧化碳去除的方法，從而促進海洋吸收二氧化碳。 三個海洋氣候地球工程項目屬於增強自然過程的類別：海洋鹼度增強、養分施肥以及人工上升流和下降流。 

海洋鹼度增強 (OAE) 是一種 CDR 方法，旨在通過加速礦物質的自然風化反應來去除海洋中的二氧化碳。 這些風化反應使用二氧化碳並產生固體物質。 當前的 OAE 技術 用鹼性岩石（即石灰或橄欖石）或通過電化學過程捕獲二氧化碳。

承諾：

基於 天然岩石風化過程, OAE 是 可擴展並提供永久方法 去除二氧化碳。 氣體和礦物之間的反應會產生沉積物，預計 增加海洋的緩衝能力，進而減少海洋酸化。 海洋中礦藏的增加也可能提高海洋生產力。

威脅：

風化反應的成功取決於礦物質的可用性和分佈。 礦物質分佈不均 區域敏感性 二氧化碳的減少可能會對海洋環境產生負面影響。 此外，OAE 所需的礦物質數量最有可能是 來自陸地礦山, 並且需要運輸到沿海地區使用。 增加海洋的鹼度會改變海洋的 pH 值，同時 影響生物過程. 海洋鹼度增強有 沒有看到那麼多的現場實驗或那麼多的研究 作為陸基風化，這種方法的影響對於陸基風化更為人所知。 

養分施肥 建議向海洋中添加鐵和其他營養物質以促進浮游植物的生長。 利用自然過程，浮游植物很容易吸收大氣中的二氧化碳並沉入海底。 2008年聯合國生物多樣性公約 同意預防性暫停 允許科學界更好地了解此類項目的利弊的做法。

承諾：

除了去除大氣中的二氧化碳外，施肥還可以 暫時減少海洋酸化 和 增加魚類資源。 浮游植物是許多魚類的食物來源，食物供應的增加可能會增加項目實施地區的魚類數量。 

威脅：

研究仍然局限於營養施肥和 認識許多未知數 關於此 CDR 方法的長期影響、共同利益和持久性。 營養施肥項目可能需要大量鐵、磷和氮形式的材料。 採購這些材料可能需要額外的採礦、生產和運輸。 這可能會抵消正 CDR 的影響，並因採礦開採而損害地球上的其他生態系統。 此外，浮游植物的生長可能導致 有害藻類大量繁殖，減少海洋中的氧氣，並增加甲烷的產生，一種溫室氣體，其吸收的熱量是二氧化碳的 10 倍。

海洋通過上升流和下降流的自然混合將水從地錶帶到沉積物，將溫度和養分分配到海洋的不同區域。 人工上升流和下降流 旨在使用一種物理機制來加速和鼓勵這種混合，增加海水的混合，將富含二氧化碳的地表水帶到深海，並且 冰冷、營養豐富的水流到地表. 預計這將促進浮游植物的生長和光合作用，以去除大氣中的二氧化碳。 目前提議的機制包括 使用垂直管道和泵 把水從海底抽到上面。

承諾：

人工上升流和下降流被提議作為自然系統的增強。 這種有計劃的水流運動可能有助於通過增加海洋混合來避免浮游植物生長增加的副作用，如低氧區和營養過剩。 在較溫暖的地區，這種方法可能有助於降低地表溫度和 緩慢的珊瑚白化. 

威脅：

這種人工混合方法已經進行了有限的實驗和現場測試，主要集中在小規模和有限的時間段內。 早期研究表明，總體而言，人工上升流和下降流具有較低的 CDR 潛力，並且 提供臨時封存 二氧化碳。 這種臨時存儲是上升流和下降流循環的結果。 任何通過下降流移動到海底的二氧化碳都可能在其他時間點上升流。 此外，該方法還存在終止風險的可能性。 如果人工泵發生故障、停產或缺乏資金，地表營養物質和二氧化碳的增加可能會增加甲烷和一氧化二氮的濃度以及海洋酸化。 目前提出的人工海洋混合機制需要管道系統、泵和外部能源供應。 這些管道的安裝可能需要 船舶，一種有效的能源和維護。 

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通過機械和化學方法進行海洋 CDR

機械和化學海洋 CDR 干預自然過程，旨在利用技術改變自然系統。 目前，海水碳提取在機械和化學海洋 CDR 對話中占主導地位，但上面討論的其他方法，如人工上升流和下降流，也可能屬於這一類。

海水碳提取或電化學 CDR 旨在去除海水中的二氧化碳並將其儲存在其他地方，其運作原理與直接捕獲和儲存空氣中的二氧化碳相似。 提議的方法包括使用電化學過程從海水中收集氣態二氧化碳，並將該氣體以固態或液態形式儲存在地質構造或海洋沉積物中。

承諾：

這種從海水中去除二氧化碳的方法有望讓海洋通過自然過程吸收更多大氣中的二氧化碳。 對電化學 CDR 的研究表明，使用可再生能源，該方法 可能是節能的. 從海水中去除二氧化碳有望進一步 逆轉或暫停海洋酸化. 

威脅：

關於海水碳提取的早期研究主要在實驗室實驗中測試了這一概念。 因此，這種方法的商業應用仍然是高度理論化的，並且有可能 能源密集型. 研究還主要集中在從海水中去除二氧化碳的化學能力， 對環境風險的研究很少. 目前的擔憂包括當地生態系統平衡變化的不確定性以及這一過程可能對海洋生物產生的影響。

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海洋 CDR 有前進的道路嗎？

許多自然海洋 CDR 項目，如沿海生態系統的恢復和保護，都得到了對環境和當地社區的研究和已知的積極協同效益的支持。 仍然需要進一步研究以了解通過這些項目可以儲存碳的數量和時間長度，但共同利益是顯而易見的。 然而，除了自然海洋 CDR 之外，增強的自然和機械和化學海洋 CDR 具有明顯的缺點，在大規模實施任何項目之前應仔細考慮這些缺點。 

我們都是地球上的利益相關者，都會受到氣候地球工程項目和氣候變化的影響。 決策者、政策制定者、投資者、選民和所有利益相關者是確定一種氣候地球工程方法的風險是否超過另一種方法的風險甚至氣候變化風險的關鍵。 海洋 CDR 方法可以幫助減少大氣中的二氧化碳，但只能在直接減少二氧化碳排放之外考慮。