Met voldoende belegging en strategiese ontplooiing kan koolstofdioksiedverwydering en -opslag 'n sleutelrol speel om die opwarming van die aarde op 'n vlak te hou waaraan ons kan lewe.
Klaus Lackner het 'n prentjie van die toekoms in sy gedagtes, en dit lyk soos volg: 100-miljoen-oplegger-grootte bokse, elk met 'n beige stof wat in die vorm van 'n shag-matjie lyk, om die oppervlak te maksimeer. Elke boks trek lug in asof dit asemhaal. Die stof absorbeer koolstofdioksied, wat later in gekonsentreerde vorm vrygestel word, in beton of plastiek of ondergronds gemaak word, wat die vermoë om klimaatsverandering by te dra, effektief kanselleer.
Alhoewel die tegnologie nog nie in werking is nie, is dit 'op die punt om uit die laboratorium te trek, sodat ons kan wys hoe dit op klein skaal werk', sê Lackner, direkteur van die Center for Negative Carbon Emissions aan die Arizona State University. Nadat hy al die kinks uitgewerk het, reken hy dat die netwerk van bokse gesamentlik miskien 100 miljoen ton (110 miljoen ton) CO2 per dag kan opneem teen 'n koste van US $ 30 per ton - wat 'n merkbare duik in die klimaatsontwrigtende oorvloed CO2 wat in die lug opgebou het sedert die mens 150 jaar gelede ernstig begin het om fossielbrandstowwe te verbrand.
Lackner is een van honderde, indien nie duisende, wetenskaplikes regoor die wêreld wat besig is met maniere om CO2 uit die atmosfeer te verwyder, koolstof uit die atmosfeer op te vang met behulp van plante, gesteentes of gemanipuleerde chemiese reaksies en dit in grond op te berg, produkte soos beton en plastiek, rotse, ondergrondse reservoirs of die diepblou see.
"Ons kan nie net ons ekonomie daal nie, of ons sal nie ons koolstofdoel bereik nie." - Noah Deich
Sommige van die strategieë - wat gesamentlik bekend staan as koolstofdioksiedverwydering of negatiewe emissietegnologie - is net blink in die oë van hul sieners. Ander - lae-tegnologie skemas soos die plant van meer woude of die oorblywende oes residue in die veld, of meer hoë-tegnologie "negatiewe uitstoot" opstel soos die CO2-vaslegging biomassa brandstofaanleg wat verlede jaar aanlyn gaan in Decatur, Illinois - is reeds aan die gang. Hul algemene doelwit: Om ons te help om die klimaatverandering te herstel, het ons onsself gekry.
"Ons kan nie net ons ekonomie daal nie, of ons sal ons koolstofdoelwit nie bereik nie," sê Noah Deich, mede-stigter en uitvoerende direkteur. Sentrum vir Koolstof Verwydering in Oakland, Kalifornië. "Ons moet verder gaan om koolstof uit die atmosfeer op te ruim. ... [En] ons moet dringend begin as ons werklike markte en werklike oplossings vir ons beskikbaar het wat veilig en koste-effektief is deur 2030. "
Baie benaderings
Feitlik alle kundiges oor klimaatsverandering is dit eens dat ons, om katastrofes te vermy, in die eerste plek alles moet doen om die CO2-uitstoot te verminder. Maar steeds meer sê dat dit nie genoeg is nie. As ons die atmosfeerverhitting wil beperk tot 'n vlak waaronder onomkeerbare veranderinge onvermydelik word, moet hulle ook in redelike groot hoeveelhede CO2 aktief verwyder.
"Dit is byna onmoontlik dat ons 2 ° C en selfs minder 1.5 [° C] sal tref, sonder enige soort negatiewe uitlaat tegnologie," sê Pete Smith, voorsitter in plant- en grondkunde aan die Universiteit van Aberdeen en een van die wêreld se leiers in die vermindering van klimaatsverandering.
Trouens, wetenskaplikes van regoor die wêreld wat onlangs opgestel het 'n "padkaart" na 'n toekoms wat ons goeie kans gee om warmte onder die 2 ºC drumpel te hou leun sterk daarop om koolstofvrystellings te verminder deur fossielbrandstowwe heeltemal uit te faseer - maar vereis ook dat ons CO2 aktief uit die atmosfeer verwyder. Hulle skema vereis dat 0.61 metrieke gigatons ('n gigaton, afgekort Gt, 'n miljard ton of 0.67 miljard ton) CO2 per jaar teen 2030, 5.51 teen 2050 en 17.72 teen 2100 per jaar is. Die CO2-uitstoot van mense was ongeveer 40 Gt in 2015, volgens die Nasionale Oseaniese en Atmosferiese Administrasie.
"Dit is byna onmoontlik dat ons 2 ° C en selfs minder 1.5 sal tref, sonder enige soort negatiewe uitlaat tegnologie." -Pete Smith
Verslae blyk gereeld uit te wys dat een of ander nie dit sal sny nie: Bome kan koolstof stoor, maar hulle kompeteer met landbou vir grond, grond kan nie genoeg stoor nie, masjiene soos dié wat Lackner voorsien, neem te veel energie, ons doen nie Die ingenieurswese het nie uitgekom vir ondergrondse berging nie.
Dit is waarskynlik waar dat niemand die oplossing is nie; almal het voor- en nadele, en baie het foute om uit te werk voordat hulle gereed is vir die beste tyd. Maar in die regte kombinasie en met ernstige navorsing en ontwikkeling, kan hulle 'n groot verskil maak. En soos 'n internasionale span klimaat wetenskaplikes het onlangs daarop gewys, hoe gouer hoe beter, want die taak om kweekhuisgasse te verminder sal net groter word en hoe meer uitdagend hoe langer ons vertraag.
Smith stel voor dat die verskillende benaderings in twee kategorieë verdeel word - relatief lae-tegnologie "geen spyt" strategieë wat gereed is om te gaan, soos herbebossing en die verbetering van landboupraktyke, en gevorderde opsies wat nodig is om aansienlike navorsing en ontwikkeling lewensvatbaar te maak. Dan stel hy voor, gebruik die voormalige en werk aan laasgenoemde. Hy beveel ook aan om die nadele te verminder en die voordele te maksimeer deur die regte benadering met die regte ligging noukeurig ooreen te stem.
"Daar is waarskynlik goeie maniere en slegte maniere om alles te doen," sê Smith. "Ek dink ons moet die goeie maniere vind om hierdie dinge te doen."
Ook Deich ondersteun die gelyktydige strewe na verskeie opsies. "Ons wil nie 'n tegnologie hê wat ons wil hê nie baie van komplementêre oplossings in 'n breër portefeulje wat gereeld opdateer as nuwe inligting oor die oplossings kom. "
Met dit in gedagte, is hier 'n vinnige blik op sommige van die hoofbenaderings wat oorweeg word, insluitend 'n balparkprojeksie gebaseer op die huidige kennis van CO2-opbergingspotensiaal wat uit verskillende bronne gedistilleer word - insluitend voorlopige resultate van 'n studie van die Universiteit van Michigan Dit sal na verwagting later vanjaar vrygestel word - asook opsommings van voordele, nadele, volwassenheid, onsekerhede en gedagtes oor die omstandighede waaronder elkeen die beste toegepas kan word.
Bebossing en herbebossing
Betaal jou toegangsgeld, ry 'n kronkelende pad deur die Sequoia National Park in Kalifornië, stap 'n halwe myl deur die bos, en jy sal jou by die voete van generaal Sherman, die wêreld se grootste boom, bevind. Met 'n paar 52,500 kubieke voete (1,487 kubieke meter) hout in sy romp, het die behemoth meer as 1,400 metrieke ton (1,500 2 ton) COXNUMX vasgevang in sy romp alleen.
Alhoewel die grootte buitengewoon buitengewoon groot is, gee die generaal 'n idee van bome se potensiaal om CO2 uit die lug te suig en in hout, bas, blaar en wortel op te berg. In werklikheid skat die Intergouvernementele Paneel oor Klimaatsverandering dat een hektaar (2.5 hektaar) bos êrens tussen 1.5 en 30 ton (1.6 en 33 ton) CO2 per jaar kan inneem, afhangend van die soorte bome, hoe oud hulle is, die klimaat ensovoorts.
Wêreldwye woude volg tans op die volgorde van 2 Gt CO2per jaar. Gekonsentreerde pogings om bome in nuwe plekke te plant (bebossing) en herplantende beboste oppervlakte (herbebossing) kan dit met 'n gigaton of meer verhoog, afhangende van spesies, groeipatrone, ekonomie, politiek en ander veranderlikes. Bosbestuurspraktyke wat koolstofopberging en genetiese modifikasie van bome en ander bosplante beklemtoon om hul vermoë om op te neem en koolstof te verbeter, kan hierdie getalle hoër stoot.
'N Ander manier om bome se vermoë om koolstof op te berg, te verbeter, is om langdurige produkte daarvan te maak - houtraamgeboue, boeke, ensovoorts. Die gebruik van koolstofryke hout vir konstruksie kan byvoorbeeld die opbergingsvermoë van bome buite die bosgrense uitbrei, met houtopberging en -bebossing wat moontlik 'n moontlike koolstofdioksied van 1.3–14 Gt per jaar kan bied, volgens die klimaat instituut, 'n Australië-gebaseerde navorsingsorganisasie.
Koolstofverbouing
Die meeste boerdery is bedoel om iets te produseer wat uit die land geoes word. Koolstof boerdery is die teenoorgestelde. Dit gebruik plante om CO2 te vang, en gebruik strategies praktyke soos die vermindering van bewerking, die plant van langer gewortelde gewasse en die inkorporeer van organiese materiale in die grond om die gevangen koolstof aan te moedig om in te beweeg en in die grond te bly.
"Tans is baie landbou-, tuinbou-, bosbou- en tuingronde 'n netto koolstofbron. Dit is, hierdie gronde verloor meer koolstof as wat hulle besig is om te volg, "sê Christine Jones, stigter van die Australië-gebaseerde niewinsorganisasie. Amazing Carbon. 'Die potensiaal om die netto beweging van CO2 na die atmosfeer om te keer deur verbeterde plant- en grondbestuur, is groot. Die bestuur van vegetatiewe bedekking op maniere wat die vermoë van grond om te bind en groot hoeveelhede atmosferiese koolstof in 'n stabiele vorm te verbeter, bied 'n praktiese en byna onmiddellike oplossing vir sommige van die moeilikste kwessies wat die mensdom tans ondervind. '
Grond se koolstofverbergingskapasiteit kan selfs hoër gaan as navorsingsinisiatiewe deur die Gevorderde Navorsingsprojekagentskap-Energie, 'n Amerikaanse regeringsagentskap wat navorsingsondersteuning bied vir innoverende energietegnologieë, en ander wat daarop gemik is om die gewasse se vermoë om koolstof na die grond oor te dra, suksesvol te verbeter. En wys daarop dat Eric Toensmeier, skrywer van The Carbon Farming Solution, kan die vermoë van landbougrond om koolstof te stoor dramaties verhoog word deur bome in die vergelyking ook in te sluit.
"Oor die algemeen is dit praktyke wat bome bevat wat die meeste koolstof het [stoor] - dikwels twee tot 10 keer meer koolstof per hektaar, wat 'n baie groot probleem is," sê Toensmeier.
Ander plantegroei
Alhoewel woude en landbougrond die meeste aandag getrek het, het ander soorte plantegroei - grasvelde, kusplantegroei, veenvelde - CO2 opgetel en gestoor, en pogings om hulle vermoë te verbeter, kan bydra tot die koolstofopslagoorsig regoor die wêreld.
Kusplante, soos mangrove, seegras en plantegroei wat in die kwelders sit, presteer uitstekend met die opeenhoping van CO2 - aansienlik meer per gebied as landelike woude, volgens Meredith Muth, internasionale programbestuurder by die Nasionale Oseaniese en Atmosferiese Administrasie.
"Dit is ongelooflik koolstofryke ekosisteme," sê Emily Pidgeon, Conservation International senior direkteur van strategiese mariene inisiatiewe. Dit is omdat die suurstofarm grond waarin hulle groei, die vrystelling van CO2 weer in die atmosfeer verhinder. In plaas daarvan om terug te ry in die atmosfeer, bou koolstof deur die eeue heen eenvoudig laag op. Met mangroves wat sowat 1,400-metrieke ton (1,500 ton) per hektaar (2. 5-akker) versamel; soutmoerasse, 900-metrieke ton (1,000 ton); en seegras, 400-metrieke ton (400 ton), die herstel van verlore kusplantegroei en die uitbreiding van kusgebiede het potensiaal om aansienlike koolstof te verseker. En navorsers kyk na strategieë soos die vermindering van besoedeling en die bestuur van sedimentstoornisse maak hierdie ekostelsels absorbeer selfs meer CO2.
En, voeg Pidgeon toe, so 'n plantegroei bied 'n dubbele klimaatvoordeel, want dit help ook om kuslyne te beskerm teen erosie, aangesien dit opwarming veroorsaak dat seevlak styg.
"Dis die perfekte klimaatverandering-ekosisteem, veral in sommige van die meer kwesbare plekke," sê sy. "Dit bied stormbeskerming, erosiebeheer, handhaaf die plaaslike vissery. Wat klimaatsverandering betref, is dit uiters waardevol, of dit nou praat of versagting aanpas. "
Bio-energie en begrawe
Benewens die benutting van die plantegroei om CO2 in plantdele en grond op te slaan, kan mense die sekwestrasie verbeter deur die koolstofplante op ander maniere op te sok. A VSA $ 208 miljoen kragstasie wat vroeër vanjaar begin het In die hart van Illinois is plaasland 'n tasbare voorbeeld van hierdie benadering en wat tans algemeen gesien word as die mees belowende tegnologie-gebaseerde strategie vir die verwydering van groot hoeveelhede koolstof uit die lug: bioenergie-koolstofopvang en -opberging, of BECCS.
BECCS begin gewoonlik met die omskakeling van biomassa in 'n bruikbare energiebron soos vloeibare brandstof of elektrisiteit. Maar dan neem dit die konsep een sleutel stap verder. In plaas daarvan om die CO2-afgeleide tydens die proses in die lug te stuur, neem dit en konsentreer dit as konvensionele fasiliteite, dan val dit in materiaal soos beton of plastiek of - soos in die Decatur-aanleg is, spuit dit in rotsformasies uit val die koolstof ver onder die aarde se oppervlak.
'N Verwante strategie stel voor om oseaanplante soos kelp in plaas van landplante te gebruik. Dit sal die behoefte om mee te ding met voedselproduksie en grondhabitatbewaring vir grond, verminder. Hierdie opsie is nie soveel as landgebaseerde BECCS ondersoek nie, so die aantal onbekendes is selfs hoër.
Op die stoor einde van die dinge, baie van die voorgestelde tegnologie is nog in die konsep of vroeë ontwikkeling stadium. Maar as dit korrek ontwikkel word, het die benadering "moontlik 'n aansienlike impak gehad," sê die Universiteit van Aberdeen se Smith.
Biochar
Nog 'n manier om plante se vermoë om koolstof te stoor, te verbeter, is om materiaal soos houtstroop of oesafval gedeeltelik te verbrand om 'n koolstof-ryk, stadig-ontbindende stof te maak wat bekend staan as biochar, wat dan op landbougrond begrawe of versprei kan word. Biochar is al eeue lank gebruik om grond vir boerdery te verryk, maar van te laat is daar meer aandag vir sy vermoë om koolstof te koester - soos blyk uit die feit dat drie van 10-finaliste in 'n VS $ 25 miljoen Aarde Uitdaging wat deur Virgin in 2007 geloods is, tik hierdie benadering.
Bevrugting van die Oseaan
Plante en plantagtige organismes wat in die oseaan woon, absorbeer elke jaar onmeetbare hoeveelhede CO2, en hul vermoë om dit te doen, word slegs beperk deur die beskikbaarheid van yster, stikstof en ander voedingstowwe wat hulle benodig om te groei en te vermeerder. Navorsers kyk dus na strategieë om die oseaan te bemes of voedingstowwe uit die diepte op te bring na die vermoë van hyperdrive om koolstof vas te vang en op te slaan.
'N dekade of so gelede het maatskappye begin vorm om dit net te doen, met die plan om belonings te wen van die binnekort gevestigde globale koolstofmark. Sulke planne het grootliks op die tekenbord gebly, gestimieer deur aansienlike onsekerhede oor hoe om 'n prysnota op koolstof te stel, kommer oor die verswakking van visserye en oseaan-ekostelsels in die algemeen, en die hoë energiebehoeftes en -koste wat waarskynlik betrokke sal wees. Daarbenewens het ons nie 'n duidelike beeld van hoeveel van die koolstof wat vasgevang is, eintlik in die oseaan sal bly nie, eerder as om die atmosfeer te herhaal.
Rock Solutions
CO2 word natuurlik elke dag uit die atmosfeer verwyder deur reaksies tussen reënwater en rotse. Sommige klimaatwetenskaplikes stel voor dat hierdie proses verbeter word - en sodoende die verwydering van CO2 uit die atmosfeer verhoog word - deur kunsmatige maatreëls soos die verplettering van gesteentes en blootstelling aan CO2 in 'n reaksiekamer of verspreiding oor groot dele van die land of oseaan, wat die oppervlakte vergroot waaroor die reaksies kan voorkom.
Soos tans voorgestel, is strategieë om koolstofopberging te verbeter deur CO2 met rotse te reageer duur en energie-intensief vanweë die behoefte om groot hoeveelhede swaar materiaal te vervoer en te verwerk. Sommige benodig ook uitgebreide grondgebruik en kan dus meeding met ander behoeftes soos voedselproduksie en beskerming van biodiversiteit. Navorsers soek op maniere om afval te gebruik en andersins die strategie te verfyn om koste te verminder en doeltreffendheid te verhoog.
Direkte lugopname en berging
Die koolstof-sekwestrasie houers van Arizona State University se Lackner, saam met ander projekte soos Climeworks 'net-oop koolstof-vangs fasiliteit in Switserland, verteenwoordig een van die meer algemeen bespreekde kweekhuisopvang- en bergingstegnologieë wat vandag voorgestel word. Hierdie benadering gebruik bekend as direkte lugopname en -opberging, gebruik chemikalieë of vaste stowwe om die gas uit dun lug te vang, dan slaan dit, soos in die geval van BECCS, vir langafstand ondergronds of langdurige materiale.
Volgens Lackner is direkte lugopvang teoreties al gebruik in duikbote onder die oppervlak van die oseaan en in ruimtevoertuie ver daarbinne, en direkte lugopvang kan teoreties soveel keer CO2 as die plante uit die lug verwyder.
Die tegnologie is egter embrionies. En omdat dit CO2-molekules van al die ander in die lug benodig, is dit 'n groot energievark. Aan die ander kant het hierdie benadering die groot voordeel dat dit oral op die planeet ontplooi kan word.
Waarvandaan?
As daar iets uit hierdie opsomming duidelik blyk, is dit die volgende twee dinge: ten eerste is daar baie potensiaal om pogings om CO2-uitstoot te verminder, te verhoog met strategieë om die verwydering van CO2 uit die atmosfeer te verhoog. Tweedens, daar moet nog baie werk gedoen word voordat ons dit op 'n sinvolle skaal kan doen en op 'n manier wat nie net die koolstofgaping toemaak nie, maar ook die omgewing beskerm en in meer onmiddellike behoeftes van die mens voorsien.
"Op grond van huidige tegnologie is daar werklik geen kombinasie van negatiewe uitstoot tegnologie wat tans beskikbaar is nie, wat op genoeg skaal in diens sou wees om die onder-2 ° C-teiken te bereik sonder om werklik beduidende impakte te hê," sê Peter Frumhoff, direkteur van wetenskap en beleid en 'n hoofwetenskaplike met die Unie van Bekommerde Wetenskaplikes. "Ons kan in beginsel negatiewe emissietegnologieë gebruik, maar ons het nie die begrip of die beleid om dit op 'n voldoende skaal te doen nie."
Met die noodsaaklikheid om iets dringend te doen, begin navorsers Kyk noukeuriger na die voordele, nadele en potensiaal van die verskillende geleenthede en sit saam navorsingsagendas Om die mees belowende op die regte plekke op die regte tyd te bevorder. In Mei 2017 het die Studiepaneel van die Nasionale Akademie vir Wetenskappe begin hou 'n reeks strategie sessies navorsingsprioriteite vir die vorentoe te identifiseer.
"Ons taak in hierdie komitee is om 'n navorsingsagenda aan te beveel om baie van hierdie probleme op te los, om die koste te verlaag, om die doeltreffendheid van die program op te los, om die struikelblokke vir skaal op en implementering en bestuur en veral verifikasie te oorkom en monitering, "paneelstoel Stephen Pacala, professor in ekologie en evolusionêre biologie met Princeton Universiteit, het in 'n video wat die inisiatief beskryf.
Dit gesê, dit is belangrik om te onthou dat tegnologie dalk nie die beperkende faktor op die lang termyn is nie.
Op die ou end is koolstofopslag nie goedkoop nie, erken Smith. Hy wys egter ook nie op klimaatsverandering nie.
"Ek dink nie dit is 'n tegniese uitdaging nie," sê Deich. "Ek dink dit is 'n bereidwilligheid om te betaal en 'n bereidwilligheid om duidelike, konsekwente en regverdige regulasies oor hierdie oplossings te kry." Met ander woorde, om koolstofopslag uiteindelik op te doen, gaan uiteindelik oor die skep van markte en / of beleid wat dit beloon terwyl dit ook in oorweging sosiale en omgewings dimensies. "Dit is nie noodwendig nie," kan hierdie dinge skaal? " Dit is, 'Is daar iemand wat bereid is om te betaal vir hulle om skaal te kry?'
Die mees voor die hand liggende manier om dit te doen, is om 'n a prys tot koolstof, wat sou vertaal in finansiële voordeel vir sokkies dit weg.
Op die ou end is koolstofopslag nie goedkoop nie, erken Smith. Hy wys egter ook nie op klimaatsverandering nie.
Die manier waarop Lackner dit stel, is dit: Ons reis teen 'n hoë spoed af in 'n berg in 'n motor wat tot 'n haarspeld draai, en dit is nie soseer 'n vraag of ons die wagreël slaan of ons genoeg kan vertraag nie sodat wanneer ons dit doen, weier eerder as katapult daaroor in vergetelheid.
"Ek kan nie waarborg dat dit sal werk nie," sê hy van sy CO2-aanval-toestelle. "Ek is 'n optimis, maar ek waarskynlik kan dit nie waarborg nie. Die feit dat dit dalk nie werk nie, die moontlikheid dat dit dalk nie werk nie, is nie op sigself 'n verskoning om nie te probeer nie. As ons dit nie laat werk nie, is ek baie seker ons sal baie moeilike tye wees. " 
Hierdie artikel het oorspronklik verskyn op Ensia
Oor Die Skrywer
Mary Hoff is hoofredakteur van Ensia. 'N Bekroonde wetenskapskommunikator, sy het meer as twee dekades se ervaring om die begrip, waardering en rentmeesterskap van ons omgewing te verbeter deur middel van gedrukte en aanlyn media. Sy het 'n baccalaureusgraad in dierkunde van die Universiteit van Wisconsin en 'n meestersgraad in massakommunikasie met 'n wetenskapskommunikasie-klem van die Universiteit van Minnesota. Kontak haar by mary (at) ensia (dot) com.
Verwante Boeke:
at InnerSelf Market en Amazon
