Seit der industriellen Revolution haben Menschen mehr als 2,000 Gigatonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre emittiert. (Ein Gigaton ist eine Milliarde Tonnen.)
Diese Verdickung Decke von Wärme-Trapping Treibhausgase verursacht die globale Erwärmung, die wir heute erleben. Wenn sich nichts ändert, werden sich klimatische Auswirkungen wie Waldbrände, erstickende Hitzewellen und schädlicher Anstieg des Meeresspiegels nur noch verstärken.,
Im Kampf gegen den Klimawandel ist es unerlässlich, die Emissionen rasch einzudämmen—zum Beispiel durch den Ausbau erneuerbarer Energien, die Steigerung der Energieeffizienz, die Eindämmung der Entwaldung und die Eindämmung von Superschadstoffen wie Fluorkohlenwasserstoffen (HFKW). Die neueste Klimaforschung sagt uns jedoch, dass diese Bemühungen allein nicht ausreichen, um einen gefährlichen Klimawandel zu verhindern.
Zu halten globale temperatur aufstieg zu weniger als 1,5-2 grad C (2,7-3.,6 Grad F), von denen Wissenschaftler sagen, dass sie notwendig sind, um die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels zu verhindern, müssen wir nicht nur Emissionen reduzieren, sondern auch etwas Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernen und speichern.
Tatsächlich zeigen die meisten Klimamodellszenarien, dass wir bis 2050 jährlich Milliarden Tonnen Kohlendioxid entfernen und gleichzeitig die Emissionsreduktionen erhöhen müssen.
Die Kohlenstoffentfernung kann zahlreiche Formen annehmen, von neuen Technologien bis hin zu Landbewirtschaftungspraktiken. Die große Frage ist, ob diese Ansätze die Kohlenstoffentfernung in dem Umfang ermöglichen können, der in den kommenden Jahrzehnten benötigt wird.,
Hinweis: Dies ist ein fiktives Szenario, das die Rolle der Kohlenstoffentfernung bei der Reduzierung der Emissionen bis Mitte des Jahrhunderts auf Null zeigt, im Einklang mit der Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5°C über dem vorindustriellen Niveau. Es geht von einer gleichzeitigen Abschwächung von CO2-und Nicht-CO2-Gasen wie Methan aus. Schnellere und/oder tiefere Emissionsreduktionen könnten die Rolle der Kohlenstoffentfernung verringern; langsamere und / oder schwächere Emissionsreduktionen würden den Bedarf an Kohlenstoffentfernung erhöhen.
Jeder Ansatz zur Kohlenstoffentfernung steht vor Herausforderungen und Einschränkungen., WRI-s-Serie von Arbeitspapieren, erforscht die Möglichkeiten und Herausforderungen der Einsatz von carbon Entfernung, den Klimawandel zu bekämpfen und rät zu einer Priorität der US-Bundesregierung Maßnahmen zur Beschleunigung Ihrer Entwicklung und-Bereitstellung.
Hier sind sechs Möglichkeiten, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen:
1) Wälder
Die Photosynthese entfernt Kohlendioxid auf natürliche Weise — und Bäume sind besonders gut darin, Kohlenstoff zu speichern, der durch Photosynthese aus der Atmosphäre entfernt wird., Die Erweiterung, Wiederherstellung und Bewirtschaftung von Wäldern zur Förderung einer stärkeren Kohlenstoffaufnahme kann die Kraft der Photosynthese nutzen und Kohlendioxid in der Luft in Kohlenstoff umwandeln, der in Holz und Böden gespeichert ist.
Die WRI schätzt, dass das CO2-Abbaupotenzial von Wäldern und Bäumen außerhalb der Wälder allein in den Vereinigten Staaten mehr als einen halben Gigaton pro Jahr beträgt, was allen jährlichen Emissionen aus dem US-Agrarsektor entspricht., Diese Ansätze zur Entfernung von CO2 durch Wälder können im Vergleich zu anderen Kohlenstoffentfernungsoptionen (im Allgemeinen weniger als 50 USD pro Tonne) relativ kostengünstig sein und dabei saubereres Wasser und Luft liefern.
Eine große Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass die Waldexpansion in einem Gebiet nicht auf Kosten der Wälder anderswo geht. Zum Beispiel würde die Wiederaufforstung von Ackerland die Versorgung mit Nahrungsmitteln reduzieren. Dies könnte die Umwandlung anderer Wälder in Ackerland erfordern, es sei denn, Verbesserungen der landwirtschaftlichen Produktivität könnten die Lücke schließen., Ebenso kann die Nichternte von Holz aus einem Wald zu einer Überernährung in einem anderen Wald führen. Diese Dynamik macht die Wiederherstellung und Bewirtschaftung bestehender Wälder und das Hinzufügen von Bäumen zu ökologisch angemessenen Flächen außerhalb von Ackerland besonders wichtig.
2) Farmen
Böden speichern natürlich Kohlenstoff, aber landwirtschaftliche Böden haben aufgrund intensiver Nutzung ein großes Defizit. Da landwirtschaftliche Flächen so expansiv sind — allein in den USA mehr als 900 Millionen Hektar—, könnten selbst geringe Erhöhungen des Kohlenstoffs im Boden pro Hektar Auswirkungen haben.,
Bau von Bodenkohlenstoff ist auch für Landwirte und Viehzüchter gut, da er die Bodengesundheit und die Ernteerträge steigern kann. Die Integration von Bäumen in Farmen kann auch Kohlenstoff entfernen und gleichzeitig andere Vorteile bieten, wie Schatten und Futter für Vieh.
Die Erhöhung des Bodenkohlenstoffs kann Landwirten und Viehzüchtern zugute kommen und zusätzlich Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernen. Foto von James Baltz / Unsplash
Es gibt viele Möglichkeiten, Kohlenstoff in Böden zu erhöhen., Das Pflanzen von Deckfrüchten, wenn die Felder ansonsten kahl sind, kann die Photosynthese über das ganze Jahr verlängern und etwa eine halbe Tonne CO2 pro Hektar und Jahr abscheiden. Die Verwendung von Kompost kann die Erträge verbessern und gleichzeitig den Kohlenstoffgehalt des Komposts im Boden speichern. Wissenschaftler entwickeln auch Pflanzen mit tieferen Wurzeln, wodurch sie widerstandsfähiger gegen Trockenheit werden und mehr Kohlenstoff im Boden ablagern.
Die Verwaltung des Bodens für Kohlenstoff in großem Maßstab ist jedoch ein kniffliger Vorschlag., Natürliche Systeme sind von Natur aus variabel, und das macht es zu einer echten Herausforderung, die langfristigen Kohlenstoffvorteile einer bestimmten Praxis auf einem bestimmten Hektar vorherzusagen, zu messen und zu überwachen.
Die Wirksamkeit einiger Praktiken wird auch weiterhin wissenschaftlich diskutiert. Darüber hinaus könnte eine Änderung der Bedingungen oder Managementpraktiken von Jahr zu Jahr frühere Gewinne auslöschen. Und da viel Ackerland benötigt würde, um eine erhebliche Menge an Kohlenstoff zu entfernen, müssten Regierungen und Marktsysteme die richtigen Bedingungen für Landbesitzer schaffen, um mehr Kohlenstoff zu speichern.,
3) Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und-speicherung (BECCS)
Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und-speicherung (BECCS) ist eine weitere Möglichkeit, die Photosynthese zur Bekämpfung des Klimawandels einzusetzen. Es ist jedoch weitaus komplizierter als das Pflanzen von Bäumen oder das Verwalten von Böden — und es funktioniert nicht immer für das Klima.
BECCS ist der Prozess der Nutzung von Biomasse für Energie in den Bereichen Industrie, Energie oder Transport; Erfassung ihrer Emissionen, bevor sie in die Atmosphäre zurückgeführt werden; und dann speichern, dass Kohlenstoff entweder unterirdisch oder in langlebigen Produkten wie Beton gefangen., Wenn BECCS dazu führt, dass mehr Biomasse wächst als sonst, oder mehr Kohlenstoff speichert, anstatt ihn wieder in die Atmosphäre freizusetzen, kann dies zu einer Netto-Kohlenstoffentfernung führen.
Es ist jedoch nicht immer einfach festzustellen, ob diese Bedingungen erfüllt sind. Wenn BECCS auf Bioenergiepflanzen angewiesen ist, könnte dies die Lebensmittelproduktion oder natürliche Ökosysteme verdrängen, den Klimavorteil zunichte machen und die Ernährungsunsicherheit und den Ökosystemverlust verschärfen.
Einige Formen von BECCS würden Abfälle wie landwirtschaftliche Rückstände oder Müll in Kraftstoff umwandeln., Diese Rohstoffe könnten der Schlüssel für die Zukunft von BECCS sein, da sie keine dedizierte Landnutzung erfordern würden. Selbst dann muss die Abrechnung stimmen—und es gibt viele Möglichkeiten, sie falsch zu machen—, damit BECCS die erwarteten Klimavorteile erzielen.
4) Direkte Luftabscheidung
Direkte Luftabscheidung ist der Prozess, Kohlendioxid direkt aus der Umgebungsluft chemisch zu schrubbenund dann entweder unterirdisch oder in langlebigen Produkten zu lagern., Diese neue Technologie ähnelt der Kohlenstoffabscheidungs-und Speichertechnologie, mit der Emissionen aus Quellen wie Kraftwerken und Industrieanlagen erfasst werden. Der Unterschied besteht darin, dass die direkte Luftabscheidung überschüssigen Kohlenstoff direkt aus der Atmosphäre entfernt, anstatt ihn an der Quelle abzufangen.
Es ist relativ einfach, die Klimavorteile der direkten Luftabscheidung zu messen und zu berücksichtigen, und der potenzielle Einsatzumfang ist enorm. Aber die Technologie bleibt teuer und energieintensiv., Es ist oft schwierig, die Kosten für neue Direct Air Capture-Technologien zu ermitteln, aber eine Studie aus dem Jahr 2018 schätzt, dass sie etwa 94 bis 232 US-Dollar pro Tonne kosten würde. Frühere Schätzungen waren höher.
Die direkte Luftabscheidung erfordert auch erhebliche Wärme-und Stromeinträge: Das Schrubben von 1 Gigatonnen Kohlendioxid aus der Luft könnte fast 10 Prozent des heutigen Gesamtenergieverbrauchs erfordern. Die direkte Luftabscheidungstechnologie müsste auch mit kohlenstoffarmen oder kohlenstoffarmen Energiequellen betrieben werden, um eine Netto-Kohlenstoffentfernung zu erzielen.,
Investitionen in technologische Entwicklung und Einsatzerfahrung sowie weitere Fortschritte bei der Bereitstellung billiger, sauberer Energie könnten die Aussichten für die direkte Luftabscheidung in großem Maßstab verbessern.
Mehrere Unternehmen haben bereits direkte Luftaufnahmesysteme entwickelt, obwohl seit vielen Jahren keine öffentlichen Forschungs-und Entwicklungsausgaben für die Technologie getätigt wurden., Ende 2019 stellte der Kongress jedoch 60 Millionen US-Dollar für Technologien zur Kohlenstoffentfernung bereit, darunter mindestens 35 Millionen US-Dollar für die direkte Luftabscheidung, ein wichtiger Schritt hin zu Investitionen, die zur Ausweitung der Entwicklungsbemühungen erforderlich sind.
Unter dem Strich ist Direct Air Capture immer noch eine neue Technologie und zeigt zwar ein enormes Potenzial für eine Skalierung, aber diese Systeme sind die ersten ihrer Art und benötigen öffentliche Unterstützung, um voranzukommen.
5) Kohlenstoffmineralisierung
Einige Mineralien reagieren auf natürliche Weise mit CO2 und verwandeln Kohlenstoff aus einem Gas in einen Feststoff., Der Prozess wird allgemein als Kohlenstoffmineralisierung oder verstärkte Verwitterung bezeichnet und geschieht natürlich sehr langsam, über Hunderte oder Tausende von Jahren.
Wissenschaftler finden jedoch heraus, wie der Kohlenstoffmineralisierungsprozess beschleunigt werden kann, insbesondere indem die Exposition dieser Mineralien gegenüber CO2 in der Luft oder im Ozean erhöht wird., Das könnte bedeuten, alkalisches Quellwasser aus dem Untergrund an die Oberfläche zu pumpen, wo Mineralien mit der Luft reagieren können; Luft durch große Ablagerungen von Minenrückständen bewegen — Gesteine, die vom Bergbau übrig geblieben sind -, die die richtige Mineralzusammensetzung enthalten; Zerkleinerung oder Entwicklung von Enzymen, die Mineralvorkommen aufkauen, um ihre Oberfläche zu vergrößern; und Wege finden, bestimmte industrielle Nebenprodukte wie Flugasche, Ofenstaub oder Eisen-und Stahlschlacke zu überstehen.,
Die Kohlenstoffmineralisierung kann auch verwendet werden, um CO2 zu speichern, indem in geeignete Gesteinsarten injiziert wird, wo es zu einem festen Carbonat reagiert. Darüber hinaus könnten einige Anwendungen herkömmliche Produktionsmethoden für Produkte wie Beton ersetzen, der weltweit in einem Maßstab von mehreren Milliarden Tonnen eingesetzt wird.
Wissenschaftler haben gezeigt, dass eine Kohlenstoffmineralisierung möglich ist und eine Handvoll Start-ups bereits mineralisierungsbasierte Baustoffe entwickeln, aber es gibt noch mehr zu tun, um kostengünstige und umsichtige Anwendungen für einen skalierten Einsatz zu ermitteln.,
6) Ocean-based Concepts
Eine Reihe von Ocean-based Carbon removal Concepts wurden vorgeschlagen, um die Kapazität des Ozeans zur Speicherung von Kohlenstoff zu nutzen und Ansätze zu identifizieren, die über nur landgestützte Anwendungen hinausgehen. Fast alle von ihnen befinden sich jedoch in einem frühen Entwicklungsstadium und benötigen mehr Forschung und in einigen Fällen Pilotversuche, um zu verstehen, ob sie angesichts potenzieller ökologischer, sozialer und Governance-Auswirkungen für Investitionen geeignet sind.
Jeder Ansatz zielt darauf ab, natürliche Kohlenstoffkreisläufe im Ozean zu beschleunigen., Sie könnten die Nutzung der Photosynthese in Küstenpflanzen, Algen oder Phytoplankton umfassen; Hinzufügen bestimmter Mineralien, um die Speicherung von gelöstem Bikarbonat zu erhöhen; oder einen elektrischen Strom durch Meerwasser laufen lassen, um CO2 zu extrahieren.
Einige Optionen zur Entfernung von Kohlenstoff auf Ozeanbasis könnten ebenfalls Co-Vorteile bieten. Zum Beispiel könnten der Anbau von blauem Kohlenstoff und Algen an der Küste Kohlenstoff entfernen und gleichzeitig die Wiederherstellung des Ökosystems unterstützen, und die Zugabe von Mineralien, die dem Ozean helfen, Kohlenstoff zu speichern, könnte auch die Versauerung der Ozeane reduzieren., Über die umfassenderen ökologischen Auswirkungen dieser Ansätze ist jedoch noch viel nicht bekannt, und es sind weitere Untersuchungen erforderlich, um potenzielle Risiken besser zu verstehen, bevor diese Ansätze in irgendeiner Größenordnung verfolgt werden.
In naher Zukunft können kultivierte Algen auch für Produkte wie Lebensmittel, Brennstoffe und Dünger verwendet werden, die möglicherweise nicht zur Entfernung von Kohlenstoff führen, aber die Emissionen im Vergleich zur konventionellen Produktion reduzieren und eine wirtschaftliche Rendite erzielen, die das Wachstum der Industrie unterstützt.,
Der Ozean kann potenzielle Kohlenstoffentfernungsoptionen wie den Anbau von Algen bieten, die auch ökologische Vorteile haben könnten. Foto vom National Parks Service
Angesichts der möglichen ökologischen, sozialen und Governance-Auswirkungen der vorgeschlagenen Ansätze könnten zusätzliche Forschungen beginnen, Unsicherheiten zu klären und zu informieren, wo und wann Konzepte zur Entfernung von Kohlendioxid aus dem Ozean skaliert werden sollten.,
Die Zukunft der Kohlenstoffentfernung
Die Analyse von WRI hat gezeigt, dass die kostengünstigste und risikoärmste Strategie für den Aufbau von Kohlenstoffentfernungskapazitäten die Entwicklung und den Einsatz einer Vielzahl von Ansätzen im Tandem beinhaltet.
Jeder Ansatz zur CO2-Entfernung bietet Versprechen und Herausforderungen, aber die Erfassung und Speicherung von CO2 bereits in der Luft muss Teil unserer Klimaschutzstrategie in den Vereinigten Staaten und auf der ganzen Welt sein, um gefährliche globale Erwärmung zu vermeiden.,
Es ist an der Zeit, in das Portfolio der Ansätze zur Kohlenstoffentfernung zu investieren-in Forschung, Entwicklung, Demonstration, frühzeitige Bereitstellung und Aktivierungsbedingungen—, damit sie zu tragfähigen Optionen in dem in den kommenden Jahrzehnten erforderlichen Umfang werden.
Erfahren Sie mehr über die Kohlenstoffentfernungsanalyse und Empfehlungen von WRI, indem Sie unsere CarbonShot-Forschungsreihe lesen.
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