Kan vi justere marin kemi for at hjælpe med at afværge klimaændringer?

Verdens nationer er ikke i nærheden af ​​at opfylde den globale Paris-aftales mål om klimaændringer om at holde de globale temperaturstigninger til 2 grader Celsius sammenlignet med gennemsnittet i det 19. århundrede, meget mindre dets mere stræbende mål om at holde temperaturerne til en stigning på 1,5°C.

Den seneste emissionsgap-rapport fra FN's miljøprogram bemærker, at "globale drivhusgasemissioner ikke viser tegn på at toppe." Ifølge en anden undersøgelse, chancen for at mennesker kan begrænse opvarmningen til højst 2 ° C inden 2100 er ikke mere end 5 procent, og det er sandsynligt, at temperaturerne vil stige et sted mellem 2,6°-3,7°C i slutningen af ​​århundredet.

Disse varslede tendenser har ført til et stigende fokus på måder at fjerne kuldioxid fra atmosfæren. Blandt de metoder, der undersøges, er brugen af ​​havet til at absorbere og/eller lagre kulstof ved at tilføje knuste sten eller andre kilder til alkalinitet til at reagere med CO ₂ i havvand, i sidste ende forbruger atmosfærisk CO ₂ .

Kunne denne type storskala fjernelse af kuldioxid virke? Et nærmere kig illustrerer de potentielle miljømæssige kompromiser ved at implementere marin kuldioxidfjernelse og de komplekse tekniske, økonomiske og internationale styringsspørgsmål, det rejser.

Land versus ocean kulstofopsamling og -lagring

Vi og andre forskere ser havet som et logisk sted at lede efter yderligere muligheder for fjernelse af kuldioxid, da det i øjeblikket passivt absorberer omkring 10 gigaton (10, 000, 000, 000 tons) CO ₂ om året eller omkring en fjerdedel af verdens årlige emissioner. Ud over, havene indeholder langt mere kulstof end atmosfæren, jord, planter og dyr kombineret, og kan have potentiale til at lagre billioner tons mere.

Den seneste rapport fra det mellemstatslige panel om klimaændringer fokuserede stærkt på landbaserede metoder til kulstoffangst og -lagring. En fremtrædende teknik kaldes bioenergi med kulstoffangst og -lagring, BECCS, hvor plantebiomasse ville blive brændt for at producere brugbar energi og den resulterende CO ₂ pumpes under jorden.

Imidlertid, der er en række bekymringer over de potentielle negative virkninger af storstilet udbredelse af BECCS og andre landplantebaserede metoder, især bekymringen for, at enorme mængder landbrugsjord ville blive omdirigeret til at dyrke dedikerede afgrøder. Dette kan reducere lavindkomstbefolkningens adgang til mad, stiller krav til vand og har alvorlige negative konsekvenser for biodiversiteten på grund af økosystemforstyrrelser.

Fremskynder geokemien

Måske den mest kendte-og til tider, kontroversiel - metode til fjernelse af havkuldioxid stimulerer fotosyntesen til at øge CO ₂ absorption. For eksempel, i områder, hvor marin plantevækst er begrænset af jern, dette element kan tilføjes for at forbedre CO ₂ optagelse og kulstofopbevaring, hvor i det mindste noget af det dannede biomassekul til sidst synker til og begraves i havbunden. Andre metoder omfatter gendannelse, tilsætning eller dyrkning af marine planter eller mikrober, såsom Blue Carbon.

En anden teknik, der overvejes, er at forsøge at fremskynde den kemiske reaktion af CO ₂ med almindelige stenmineraler, en naturlig proces kendt som mineralforvitring. Når regn reagerer med alkaliske sten og CO ₂ , der er en kemisk reaktion, som kan katalyseres af biologisk aktivitet i jord, der omdanner CO ₂ til opløste mineralbicarbonat- og carbonationer, som derefter typisk løber ud i havet. Mineralforvitring spiller en stor rolle i fjernelse af overskydende atmosfærisk CO ₂ , men kun på geologiske tidsskalaer – 100, 000 år eller mere.

Forskellige måder at fremskynde mineralforvitring og lagring af havkulstof, der er blevet foreslået, omfatter tilsætning til overfladevand med finmalede alkaliske mineraler eller tilføjelse af almindelige, industrielt producerede alkaliske kemikalier, såsom brændt kalk (CaO), calciumhydroxid (Ca(OH)2), og lud eller kaustisk soda (NaOH). Når først de er føjet til havet, disse forbindelser reagerer med overskydende CO ₂ i havvand og luft, danner hovedsageligt stabile, opløst mineralsk bikarbonat, fjerner og sekvestrerer således CO ₂ .

Sådan havalkalisering kunne opnås via distribution fra kysten eller af skibe. Et andet forslag er at fremstille alkalitet til søs ved hjælp af lokale marine energikilder:f.eks. anvender elektricitet afledt af havets meget betydelige lodrette temperaturgradient. Reagerende affald CO ₂ med mineraler på land og derefter pumpe det resulterende opløste alkaliske materiale ud i havet er også en mulighed. Alt det foregående ville blot føje til det allerede store bikarbonat- og karbonatreservoir i havet.

En yderligere fordel ved havalkalisering er, at det også hjælper med at modvirke havforsuring, den "anden CO ₂ problem ", der stammer fra havets absorption af overskydende CO ₂ fra luften. Forsuring kan forstyrre evnen til forkalkning af organismer, såsom østers, muslinger og koraller til at konstruere deres skeletter eller skaller, samt påvirke andre pH-følsomme marine biogeokemiske processer.

Hvad vi ikke ved

Den faktiske praktiske kapacitet af havalkalisering til at imødegå klimaændringer og forsuring er stadig usikker.

Med tanke på logistikken, omkostninger og virkninger ved at udvinde eller fremstille alkalitet og sprede det, undersøgelser har anslået, at luft CO ₂ træk på måske 30 dele pr. million eller mindre kan være realistisk. Dette ville være nyttigt i betragtning af, at niveauet af CO ₂ i præindustriel tid var 260-270 ppm og er nu 410 ppm.

Vi beregner en global nedtrapning af atmosfærisk CO ₂ med 30 ppm ville kræve næsten nul emissioner fra menneskelige aktiviteter, plus fjernelse og opbevaring af omkring 470 gigaton CO ₂ . For at opnå dette, mindst 500 gigaton sten skulle bruges til at generere den nødvendige alkalinitet. Den nuværende globale stenudvinding er i størrelsesordenen 50 gigaton om året, Så ved at holde andre stenanvendelser stabilt, mens vi øger denne udvindingshastighed med 50 procent, kan det teoretisk give os mulighed for at opnå reduktionen på 20 år. Dette skal naturligvis afprøves i langt mindre skalaer for at bestemme, hvilken global kapacitet og hastigheder, der kan realiseres.

Det er heller ikke kun et spørgsmål om alkalinitetsproduktion; der er en potentiel negativ indvirkning af havets alkalisering på marine økosystemer, der skal overvejes. Ud over virkningerne af pH- og alkainitetsforhøjelse (enten øjeblikkelig eller gradvis), alkalinitetstilsætning vil sandsynligvis medføre andre grundstoffer eller forbindelser, såsom spormetaller og silica, som også kan påvirke marin biogeokemi. Der er blevet udført lidt forskning på disse punkter, men resultaterne indtil videre finder generelt ingen eller positive effekter på livet i havet. Yderligere undersøgelse er nødvendig for fuldt ud at forstå de miljømæssige og økologiske konsekvenser, herunder gennemførelse af små og mellemstore feltforsøg.

Enhver udbredelse skal underkastes strenge overvågningskrav for at vurdere både de miljømæssige fordele og de negative virkninger af storskala implementering. En vis grad af tillid til brugen af ​​havalkalisering kan findes i det faktum, at naturlig mineralforvitring og alkalinitetslevering til havet har fundet sted naturligt i milliarder af år (i øjeblikket med en hastighed på ca. 1 gigaton CO2 ₂ forbrugt og opbevaret om året), tilsyneladende med det marine økosystem godt tilpasset, hvis det ikke kræver dette input. Alligevel, muligheden for væsentligt og sikkert at opskalere denne naturlige proces kræver yderligere forskning.

Juridiske spørgsmål

På et juridisk niveau, lande skulle tage fat på internationale styringsspørgsmål i forbindelse med denne tilgang. Formentlig, Paris-aftalen ville være et af de involverede regimer i betragtning af dens fokus på at håndtere klimaændringer. Enhver rolle, havtilpasning kunne spille i landenes løfter om at mindske emissioner, vil kræve bestemmelser, der giver mandat til vurdering af potentielle virkninger af udbredelsen. Paris-aftalen kunne lette dette i betragtning af dens henvisninger i forskellige bestemmelser til behovet for at vurdere virkningerne af reaktionsforanstaltninger i sammenhæng med økosystemer, bæredygtighed, udvikling og menneskerettigheder.

Havfokuserede regimer såsom konventionen om forebyggelse af havforurening ved dumpning af affald og andre stoffer og havretskonventionen, og dens protokol, kan også søge at være engageret i vurdering og regulering, samt konventionen om biologisk mangfoldighed. Koordinering af de potentielle indgreb i alle disse regimes reaktioner ville være en anden udfordring ved udbredelse af havalkalinitet, ligesom de mange andre metoder til fjernelse af kuldioxid, der kan have grænseoverskridende virkninger.

Spøgelset af potentielt katastrofale klimaændringer i slutningen af ​​århundredet har stimuleret interessen for en række nye teknologiske muligheder for at fjerne CO ₂ fra havet og atmosfæren i stor skala. Men de kan også udgøre deres egne risici. Tilføjelse af alkaliske materialer for at fremskynde mineralforvitring er en sådan tilgang, der fortjener alvorlig overvejelse, dog først efter grundig undersøgelse.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.