Αντιπαραβαλλόμενες δυνατότητες απομάκρυνσης διοξειδίου του άνθρακα και ανατροφοδοτήσεις θρεπτικών ουσιών από προσομοιωμένη ενίσχυση της αλκαλικότητας των ωκεανών και δάσωση μακροφυκών
Lester Kwiatkowski, Manon Berger, Laurent Bopp, Stephane. Doleac and David T. Ho,
Από Angeli Mehta Reuters Οκτώβριος 2023
Συμπέρασμα
Καθώς οι επιχειρηματίες προχωρούν με μοντελοποίηση και πειράματα, υποστηρίζουν ότι δεν υπάρχει άλλη επιλογή από το να στρατολογήσουμε τα φυσικά συστήματα των ωκεανών, αν θέλουμε να περιορίσουμε την περαιτέρω θέρμανση. Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα καταστρέφουν ήδη τη θαλάσσια βιοποικιλότητα από την οποία εξαρτόμαστε, επομένως πρέπει να προσπαθήσουμε τα πάντα για να αποτρέψουμε τα πράγματα να γίνουν πολύ χειρότερα. Εν τω μεταξύ, ο υπόλοιπος κόσμος πρέπει να προχωρήσει στη μείωση των εκπομπών - διαφορετικά καμία από αυτές τις προσεγγίσεις δεν θα είναι αρκετή.
· Το διοξείδιο του άνθρακα καθιστά το θαλασσινό νερό πιο όξινο, ενώ οι θερμότερες θάλασσες λευκαίνουν τα κοράλλια και απορροφούν λιγότερο CO2
· Οι νέες τεχνολογίες στοχεύουν στην απομάκρυνση του CO2 αξιοποιώντας τους φυσικούς κύκλους άνθρακα του ωκεανού
· Η ενίσχυση της αλκαλικότητας των ωκεανών μειώνει την οξύτητα, ενθαρρύνοντας την απορρόφηση περισσότερου CO2
· Οι εκτιμήσεις δείχνουν ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να φτάσει σε 2 γιγατόνους αφαίρεσης σε όλες τις ακτές του κόσμου
· Άλλα συστήματα χρησιμοποιούν μεμβράνες για το φιλτράρισμα του CO2 από το θαλασσινό νερό και τη μετατροπή του για δέσμευση και αποθήκευση
Μεγάλο μέρος του πλανήτη μας καλύπτεται από ωκεανούς, οι οποίοι μας προστατεύουν από τις χειρότερες καταστροφές της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Το νερό και ο αέρας ανταλλάσσουν συνεχώς διοξείδιο του άνθρακα και οι θάλασσες γύρω μας έχουν απορροφήσει περίπου το ένα τρίτο του CO2 που έχουμε βάλει στον αέρα, καθώς και το μεγαλύτερο μέρος της θέρμανσης που έχει προκαλέσει. Αυτό έχει τεράστιο κόστος για τα θαλάσσια οικοσυστήματα. Το διοξείδιο του άνθρακα κάνει το θαλασσινό νερό πιο όξινο, οπότε είναι πιο δύσκολο για τα θαλάσσια πλάσματα να αναπτύξουν κοχύλια, ενώ η θερμότητα λευκαίνει τα κοράλλια και καταστρέφει τους χώρους αναπαραγωγής για τα ψάρια και τα θαλάσσια θηλαστικά. Τα θερμότερα νερά απορροφούν επίσης λιγότερο CO2.
Τώρα μια ομάδα νεοσύστατων επιχειρήσεων προσπαθεί να ανοίξει νέους δρόμους για να αφαιρέσει ακόμη περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρά μας, αξιοποιώντας τους φυσικούς κύκλους άνθρακα του ωκεανού.
Πώς μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι θα λειτουργήσουν στην πράξη και δεν θα προκαλέσουν τελικά ακόμη μεγαλύτερη ζημιά στα ευαίσθητα οικοσυστήματα στα οποία βασιζόμαστε;
Ορισμένες νεοσύστατες επιχειρήσεις θέλουν να επιταχύνουν τη φυσική διαδικασία με την οποία η βιομάζα από τη γη φτάνει στα βάθη του ωκεανού. Η Rewind με έδρα το Ισραήλ σχεδιάζει να μεταφέρει δασικά και γεωργικά υπολείμματα στον πυθμένα της Μαύρης Θάλασσας. Αυτό είναι ένα ιδανικό περιβάλλον, λέει η εταιρεία, επειδή στερείται οξυγόνου, οπότε τα υπολείμματα θα αποσυντεθούν πολύ αργά.
Η αμερικανική startup Running Tide σχεδιάζει
«σημαντήρες άνθρακα», συνδυασμούς βιομάζας και αλκαλικών ορυκτών που θα
μπορούσαν να βοηθήσουν στη μείωση της οξύτητας των επιφανειακών υδάτων των
ωκεανών ή να παρέχουν ένα μέσο ανάπτυξης για τα μακροφύκη. Αργότερα αυτά θα
βυθίζονταν για να μεταφέρουν άνθρακα στον πυθμένα του ωκεανού. Ωστόσο, αυτή η
χρήση φυκιών έχει
Η αμερικανική startup Running Tide σχεδιάζει σημαντήρες άνθρακα που θα βοηθήσουν στη μείωση της οξύτητας των επιφανειακών υδάτων των ωκεανών. Running Tide/Handout via REUTERS
προκαλέσει ανησυχία μεταξύ των επιστημόνων, οι οποίοι ζητούν αυστηρή έρευνα «των ευρέος φάσματος άμεσων και έμμεσων πιθανών παρενεργειών» καθώς η σκόπιμη κατάληψη για μήνες ανοικτών ωκεάνιων υδάτων από μακροφύκη, τα οποία δεν απαντώνται σαν φυσικό τους περιβάλλον εκεί, πιθανότατα θα επηρεάσει τα υπεράκτια οικοσυστήματα μέσω μιας σειράς βιολογικών απειλών, συμπεριλαμβανομένης της αλλοιωμένης χημείας των ωκεανών και της αλλαγής της μικροβιακής φυσιολογίας και οικολογίας.[i]
Ένας άλλος δρόμος είναι να επιταχυνθεί η φυσική αποσάθρωση των πετρωμάτων που ξεπλένουν ανθρακικά και διττανθρακικά ορυκτά στη θάλασσα μέσω της προσθήκης αλκαλικών ορυκτών. Η λεγόμενη ενίσχυση αλκαλικότητας των ωκεανών μειώνει την οξύτητα, ενθαρρύνοντας έτσι την απορρόφηση περισσότερου CO2 από την ατμόσφαιρα.
Η καναδική startup και νικήτρια του XPRIZE Planetary Technology το παρομοιάζει με το να δίνει στον ωκεανό ένα αντιόξινο, και πράγματι η αρχή χρησιμοποιείται ήδη στην υδατοκαλλιέργεια, εάν το νερό είναι πολύ όξινο για να θρέψει οστρακοειδή.
Ο David Keller, επιστήμονας στο Κέντρο GEOMAR Helmholtz για την Έρευνα των Ωκεανών στη Γερμανία, συντονίζει ένα πανευρωπαϊκό πρόγραμμα για την αξιολόγηση της σκοπιμότητας της χρήσης του ωκεανού για τη σταθεροποίηση του κλίματος. Πειράματα όπου ένα αλκαλικό ορυκτό προστίθεται σε κλειστές δεξαμενές που επιπλέουν στη θάλασσα δείχνουν ότι είναι ασφαλές να γίνουν δοκιμές πεδίου για την ενίσχυση της αλκαλικότητας των ωκεανών.
«Υπάρχουν κάποιες μικρές παροδικές επιπτώσεις, αλλά μέχρι στιγμής, δεν έχω δει κανένα showstoppers», λέει ο Keller. Ωστόσο, υπάρχουν ανώτατα όρια επειδή η υπερβολική αλκαλικότητα μπορεί να προκαλέσει την απελευθέρωση CO2.
Η Planetary Technology σχεδιάζει μια δοκιμή στα ανοικτά της Νέας Σκωτίας στις ακτές του Ατλαντικού του Καναδά αργότερα φέτος, έχοντας ήδη πραγματοποιήσει μια περιορισμένη στην ακτή της Κορνουάλης, υπό την επίβλεψη της Υπηρεσίας Περιβάλλοντος του Ηνωμένου Βασιλείου. Εδώ πρόσθεσε μικρές ποσότητες του ορυκτού βρουσίτη(ορυκτό οξείδιο του τιτανίου) στα επεξεργασμένα λύματα και απέδειξε την απομάκρυνση του CO2.
"Στόχος μας είναι να χρησιμοποιήσουμε πολύ μικρές, πολύ περιορισμένες και σταδιακές δοκιμές πεδίου, ως μηχανισμό για τον συν-σχεδιασμό με τους τοπικους φορείς των ενδεχόμενων εφαρμογών", εφόσον η εκεί κοινότητα τις εγκρίνει. Έχει πραγματοποιήσει δημόσιες συναντήσεις και προσπαθεί να διασφαλίσει ότι οι κάτοικοι της περιοχής έχουν όλες τις πληροφορίες που χρειάζονται“.
Κοράλλια με λεύκανση, αποτέλεσμα θερμότερων θαλασσών, στα ανοικτά των ακτών της Ταϊλάνδης
Θέλουμε να «εμπλακούμε με βιώσιμο και ουσιαστικό τρόπο, γιατί αν λειτουργούμε από ένα μέρος αγνωστο, δεν κάνουμε καμία πρόοδο συλλογικά. Δεν υπάρχει τρόπος να προχωρήσουμε και γίνεται λίγο μπέρδεμα σε όλο τον κόσμο».
Εκτιμά ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να φτάσει περίπου 2 γιγατόνους απορροφήσεων σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις στις ακτές του κόσμου και να κοστίσει λιγότερο από 25 δολάρια ανά μετρικό τόνο.
Η Captura, ένας άλλος νικητής του XPRIZE, χρησιμοποιεί ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και μια σειρά μεμβρανών για να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα που διαλύεται στο θαλασσινό νερό πίσω σε αέριο, το οποίο «τραβιέται» έξω από το νερό για να απομονωθεί. Το νερό που ρέει πίσω στον ωκεανό είναι ελαφρώς πιο αλκαλικό, έτσι θα αντλήσει περισσότερο CO2 από την ατμόσφαιρα.
Ο Oldham, βετεράνος της άμεσης δέσμευσης αέρα με την Carbon Engineering με έδρα τη Βρετανική Κολομβία, επισημαίνει ότι κατ 'όγκο, ο ωκεανός κατέχει 150 φορές περισσότερο CO2 από την ατμόσφαιρα, απαιτώντας λιγότερη επεξεργασία νερού για την ίδια εππίπτωση. Αλλά το νερό είναι βαρύτερο, οπότε χρειάζεται περισσότερη ενέργεια για να κινηθεί. Η συστέγαση των συστημάτων της Captura με μονάδες αφαλάτωσης ή η αξιοποίηση των ωκεάνιων ρευμάτων θα μπορούσε να μειώσει τις ενεργειακές ανάγκες.
Εκτιμά ότι η κατανάλωση ενέργειας θα είναι περίπου το 20-25% των συστημάτων DAC σήμερα.
Η τεχνολογία που αναπτύχθηκε στο UCLA αξιοποιείται από την Equatic, τόσο για την παραγωγή καθαρού υδρογόνου όσο και για τη δέσμευση CO2 από τον αέρα και το θαλασσινό νερό. Κατά τη διαδικασία της, η ηλεκτρόλυση του θαλασσινού νερού παράγει υδρογόνο και δημιουργεί ένα αλκαλικό και όξινο ρεύμα νερού. Στο αλκαλικό ρεύμα, το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα σχηματίζει στερεό ανθρακικό ασβέστιο το οποίο μπορεί να αποθηκευτεί, να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή τσιμέντου ή να τοποθετηθεί πίσω στη θάλασσα, όπου είναι ήδη διαδεδομένο.
Ο αέρας που αναβλύζει μέσω αυτού του θαλασσινού νερού (τώρα εξαντλημένο από CO2) δεσμεύει περισσότερο CO2, το οποίο κλειδώνεται για χιλιάδες χρόνια ως διττανθρακικό. Από την άλλη πλευρά της εξίσωσης, η προσθήκη ολιβίνης (ένα από τα πιο κοινά ορυκτά στον πλανήτη) εξουδετερώνει το όξινο θαλασσινό νερό. Με τη σειρά της, θα πρέπει επίσης να απορροφά περισσότερο CO2 από την ατμόσφαιρα, όταν επιστρέφει στη θάλασσα.
Η όλη διαδικασία λαμβάνει χώρα σε ένα κλειστό εργοστάσιο, οπότε η Equatic μπορεί να μετρήσει με ακρίβεια τις ποσότητες ανθρακικού ασβεστίου που παράγονται και CO2 που συλλαμβάνονται από τον αέρα, λέει ο διευθύνων σύμβουλος, Edward Sanders. Εκτός του εργοστασίου, θα παρακολουθεί για τυχόν επιπτώσεις στο τοπικό περιβάλλον.
Η Equatic ανακοίνωσε επίσης συμφωνία με την Boeing για την απομάκρυνση 62.000 τόνων CO2 και την παράδοση περίπου 2.000 τόνων καθαρού υδρογόνου για την παραγωγή βιώσιμων αεροπορικών καυσίμων (SAF).
Ο Sanders λέει ότι η Equatic έχει μια διαδρομή κάτω από $ 100 / τόνο CO2 το 2028 στην κλίμακα εκατομμυρίων τόνων, που δεν βασίζεται στην πώληση του ανθρακικού ασβεστίου που παράγεται.
Μια άλλη παραλλαγή του θέματος, και μια παρόμοια προβολή τιμών, προέρχεται από το Ebb Carbon. Η startup από την Καλιφόρνια μόλις άρχισε να επιδεικνύει το αρθρωτό σύστημα 100 τόνων ετησίως στο Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ. Παράλληλα με το PNNL, συνεργάζεται με επιστήμονες της Εθνικής Υπηρεσίας Ωκεανών και Ατμόσφαιρας (NOAA) και του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον, για να αναπτύξει και να βελτιώσει τη μεθοδολογία του και να διερευνήσει τις επιπτώσεις στην κοντινή θαλάσσια ζωή.
Η λύση της Ebb Carbon θα έπαιρνε το νερό που ρέει από μια μονάδα αφαλάτωσης ή νερό ψύξης από μια μονάδα παραγωγής ενέργειας και θα το έβαζε μέσα από μια σειρά μεμβρανών για να αφαιρέσει την οξύτητα, με τη μορφή υδροχλωρικού οξέος.
Το λιγότερο όξινο νερό που επιστρέφει στη θάλασσα θα απορροφήσει το ατμοσφαιρικό CO2, για να μετατραπεί σε διττανθρακικά ιόντα και να διατηρηθεί σε αυτή τη μορφή για χιλιάδες χρόνια. Στην τοποθεσία PNNL, το οξύ που έχει εξαχθεί θα πάει σε τοπικές εργασίες άμμου και χαλικιού για να εξουδετερώσει τα αλκαλικά λύματά τους. Μακροπρόθεσμα, λέει ο συνιδρυτής Ben Tarbell, θα μπορούσε να ενισχύσει την αποσάθρωση των βράχων, μια άλλη στρατηγική απομάκρυνσης CO2. Η μοντελοποίηση του Ebb δείχνει ότι υπάρχει αρκετή υπάρχουσα υποδομή αφαλάτωσης και σταθμών παραγωγής ενέργειας για να φτάσει σύντομα στην κλίμακα των δύο γιγατόνων. Το ερώτημα είναι αν μακροπρόθεσμα, θα υπάρχει αρκετή υποδομή για να παρακάμψει όλες τις ελπίδες απομάκρυνσης άνθρακα.
Προς το παρόν, η πρόκληση είναι η ακριβής μέτρηση και επαλήθευση του πόσο CO2 είναι κλειδωμένο, και εκεί είναι η έμφαση του Ebb. «Υπάρχει πολλή αυστηρότητα, πολλή επιστήμη πίσω από τις λεπτομερείς μετρήσεις και τη μοντελοποίηση που μας επιτρέπουν να πούμε, με υψηλό βαθμό βεβαιότητας, πόσο CO2 τραβιέται από τον αέρα», λέει ο Tarbell.
Αυτή η παρακολούθηση, η αναφορά και η επαλήθευση θα είναι κρίσιμες για την παροχή εμπιστοσύνης στις μετακομίσεις που ελπίζουν να διεκδικήσουν οι εταιρείες. Ούτε είναι φθηνό, προτείνει ο Keller της GEOMAR.
«Δεν υπάρχουν τυποποιημένες προσεγγίσεις για να γίνει αυτό. Όλοι προσπαθούν να το καταλάβουν», προσθέτει. «Χρειάζονται πραγματικά μεγάλες δυνατότητες παρατήρησης, πολύ καλές δυνατότητες μοντελοποίησης και προσομοίωσης δεδομένων. Είναι ακόμα όλα στο παιχνίδι ως προς το πώς θα το κάνουμε αυτό, και τι (θα είναι) αρκετά καλό, ώστε να μπορείτε να κάνετε τη λογιστική του άνθρακα και να πληρώνεστε για πίστωση άνθρακα.
Η βιομηχανία θα πρέπει επίσης να προχωρήσει πέρα από την τεχνική και οικονομική σκοπιμότητα των διαδικασιών της για να λάβει υπόψη τις κοινότητες. Η Keller προσθέτει: «Όταν πρόκειται να εφαρμοστεί οποιαδήποτε από αυτές τις προσεγγίσεις, στην πραγματικότητα καταλήγει να είναι ένα πολύ τοπικό πράγμα. Και τότε πρέπει να καταλάβουμε ποιος ζει εκεί, ποιοι είναι οι τοπικοί πόροι, υπάρχει πλεονάζουσα αιολική ενέργεια;»
[i] Η επιστημονική μας κατανόηση της κλιματικής αλλαγής καθιστά σαφή την αναγκαιότητα τόσο για μείωση των εκπομπών όσο και για απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα (CDR). Ο ωκεανός με τη μεγάλη επιφάνεια, τα μεγάλα βάθη και τις μεγάλες ακτές είναι κεντρικής σημασίας για την ανάπτυξη προσεγγίσεων CDR ανάλογων με την κλίμακα που απαιτείται για τον περιορισμό της αύξησης της θερμοκρασίας κάτω από τους 2 °C. Πολλές προτεινόμενες θαλάσσιες προσεγγίσεις CDR βασίζονται στη χωρική αναβάθμιση μαζί με την ενίσχυση ή / και την επιτάχυνση των ρυθμών των φυσικών διεργασιών. Μια τέτοια προσέγγιση είναι η «αναδάσωση των ωκεανών», η οποία περιλαμβάνει υπεράκτιες μεταφορές και ταυτόχρονη ανάπτυξη μακροφυκών κοντά στην ακτή (φύκια), ακολουθούμενη από την εξαγωγή τους στον βαθύ ωκεανό. Η σκόπιμη κατάληψη για μήνες ανοικτών ωκεάνιων υδάτων από μακροφύκη, τα οποία δεν απαντώνται φυσικά εκεί, πιθανότατα θα επηρεάσει τα υπεράκτια οικοσυστήματα μέσω μιας σειράς βιολογικών απειλών, συμπεριλαμβανομένης της αλλοιωμένης χημείας των ωκεανών και της αλλαγής της μικροβιακής φυσιολογίας και οικολογίας. Εδώ, παρουσιάζουμε μοντέλα προσομοίωσης της αναδάσωσης των ωκεανών και τα συνδέουμε με διδάγματα από άλλα παραδείγματα υπεράκτιας διασποράς, συμπεριλαμβανομένων των πλαστικών υπολειμμάτων ράφτινγκ, και συζητάμε τις επιπτώσεις για τα υπεράκτια οικοσυστήματα. Διερευνούμε ποιες πρόσθετες μετρήσεις απαιτούνται για την αξιολόγηση των οικολογικών επιπτώσεων αυτού του προτεινόμενου CDR. Κατά τη γνώμη μας, αυτές οι οικολογικές μετρήσεις πρέπει να έχουν ίση βαρύτητα με την ικανότητα CDR στην ανάπτυξη αρχικών δοκιμών, πιλοτικών μελετών και πιθανών αδειών.
