空から炭素汚染を取り除く6つの方法

産業革命以来、人間は2,000ギガトン以上の二酸化炭素を大気中に放出してきました。 （ギガトンは一億トンです。）

この熱捕獲温室効果ガスの厚化ブランケットは、私たちが今日経験する地球温暖化を引き起こします。 何も変わらなければ、森林火災、熱波の息苦しさ、海面上昇の損傷などの気候への影響は引き続き激化するだけです。,

気候変動と闘うために不可欠なのは、再生可能エネルギーの増強、エネルギー効率の向上、森林破壊の停止、ハイドロフルオロカーボン（Hfc）のような超汚染物質の抑制など、排出量を急速に抑制することです。 しかし、最新の気候科学は、これらの努力だけでは危険な気候変動を防ぐのに十分ではないと私たちに伝えています。

地球の温度上昇を1.5-2℃未満に保つために（2.7-3。,6度F）、科学者たちは気候変動の最悪の影響を防ぐために必要であると言う、我々は排出量を削減するだけでなく、大気からいくつかの炭素を除去し、

実際、ほとんどの気候モデルシナリオでは、2050年までに毎年数十億トンの二酸化炭素を除去しながら、排出削減を強化する必要があることが示されています。

炭素除去は、新技術から土地管理慣行まで、さまざまな形をとることができます。 大きな問題は、これらのアプローチが今後数十年間に必要な規模で炭素除去を実現できるかどうかです。,

注：これは、地球温暖化を工業化前のレベルを上回る1.5℃に制限することと一致して、世紀半ばまでに排出量をネットゼロにする これは、メタンのようなCO2と非CO2ガスの同時軽減を前提としています。 排出削減の速さおよび／または深さは、炭素除去の役割を減少させることができ、排出削減の遅さおよび／または弱さは、炭素除去の必要性を増加させる。

それぞれの炭素除去アプローチは課題と限界に直面しています。, WRIの一連のワーキングペーパーは、気候変動と戦うために炭素除去を使用することの可能性と課題を探り、その開発と展開を加速するための米国連邦政策行

大気から炭素を除去するための六つの選択肢があります：

1)森林

光合成は二酸化炭素を自然に除去し、樹木は光合成によって大気から取り除かれた炭素を貯蔵するのに特に優れています。, より多くの炭素摂取を促進するために森林を拡大、復元、管理することは、光合成の力を活用し、空気中の二酸化炭素を木材や土壌に貯蔵された炭素

WRIは、米国だけで森林や森林外の樹木からの炭素除去の可能性は、米国の農業部門からのすべての年間排出量に相当する年間半分以上ギガトン, 森林を通じてCO2を除去するためのこれらのアプローチは、他の炭素除去オプション（一般的にメートルトン当たり$50未満）と比較して比較的安価であり、

一つの大きな課題は、ある地域の森林拡張が他の場所の森林を犠牲にして来ないようにすることです。 例えば、農地の再植林は食糧の供給を減らすでしょう。 これは、農業生産性の向上がギャップを埋めることができない限り、他の森林を農地に変換する必要があります。, 同様に、ある森林から木材を収穫しないと、別の森林で過剰収harvestingにつながる可能性があります。 これらのダイナミクスは、既存の森林を復元して管理し、農地以外の生態学的に適切な土地に樹木を追加することを特に重要にします。

2）農場

土壌は自然に炭素を貯蔵しますが、農業土壌は集中的な使用のために大きな赤字を抱えています。 農地は非常に広大であるため—米国だけで900万エーカー以上—エーカー当たりの土壌炭素のわずかな増加でさえ影響を与える可能性があります。,

土壌炭素を構築することは、土壌の健康と作物収量を増やすことができるので、農家や牧場主にとっても良いことです。 農場に樹木を統合することで、炭素を除去しながら、家畜の日陰や飼料などの他の利点を提供することもできます。

土壌炭素を増やすことは、大気から炭素を除去することに加えて、農家や牧場主に利益をもたらすことができます。 写真：James Baltz/Unsplash

土壌中の炭素を増加させる方法はたくさんあります。, フィールドがそうでなければ裸であるときにカバー作物を植えることは、年間を通じて光合成を拡張することができ、年間エーカー当たりのCO2の約半分 堆肥を使用すると、堆肥の炭素content有量を土壌に貯蔵しながら収量を向上させることができます。 科学者の開発も作物に深く根ざした耐旱魃ながらの預り炭素アジア地域に自生しています。

しかし、大規模に炭素の土壌を管理することは難しい命題です。, 自然システムは本質的に可変であり、それは与えられたエーカー上の任意の練習の長期的な炭素利益を予測し、測定し、監視することが本当の課題になり

いくつかの慣行の有効性は、継続的な科学的議論の対象となります。 さらに、条件や管理慣行を年々変更すると、以前の利益が消去される可能性があります。 そして、かなりの量の炭素を除去するためには多くの農地が必要であるため、政府や市場システムは、土地所有者がより多くの炭素を貯蔵するため,

3）炭素捕獲貯蔵によるバイオエネルギー（BECCS）

炭素捕獲貯蔵によるバイオエネルギー（BECCS）は、光合成を気候変動と戦うために使用する別の方法です。 しかし、それは木を植えたり、土壌を管理するよりもはるかに複雑であり、それは常に気候のために働くとは限りません。

BECCSは、産業、電力、輸送部門のエネルギーにバイオマスを使用し、大気に放出される前にその排出量を捕捉し、その捕獲された炭素を地下またはコンクリートのような長寿命の製品に貯蔵するプロセスである。, BECCSが他の方法よりも多くのバイオマスを成長させたり、大気中に放出するのではなくより多くの炭素を貯蔵したりすると、純炭素除去が可能になしかし、これらの条件が満たされているかどうかを判断するのは必ずしも簡単ではありません。 さらに、BECCSがバイオエネルギー作物に依存している場合、それは食糧生産や自然生態系を置き換え、気候の利益を消し、食糧不安と生態系の損失を悪化させる可能性があります。

BECCSのいくつかの形態は、農業残渣やゴミのような廃棄物を燃料に変換するでしょう。, これらの原料は、専用の土地利用を必要としないため、BECCSの将来の鍵となる可能性があります。 それでも、BECCSが期待される気候の利益をもたらすためには、会計は正しくなければなりません—そしてそれを間違って得る方法はたくさんあります。

4）直接空気捕獲

直接空気捕獲とは、周囲の空気から直接二dioxideを化学的にスクラブし、地下または長寿命の製品に保管するプロセスです。, この新しい技術は、発電所や産業施設などの発生源からの排出量を捕捉するために使用される炭素捕捉および貯蔵技術に似ています。 違いは、直接空気捕獲ではなく、ソースでそれを捕獲するのではなく、大気から直接過剰な炭素を除去することです。

直接空気捕獲による気候の利点を測定し説明することは比較的簡単であり、その潜在的な展開の規模は膨大です。 しかし、技術は高価でエネルギー集約的なままです。, 新しい直接空気捕獲技術のコストを抑えることはしばしば困難ですが、2018の研究では、メートルトン当たり約$94-$232の費用がかかると推定されています。 以前の見積もりは高かった。空気から1ギガトンの二酸化炭素をスクラブすることは、今日の総エネルギー消費のほぼ10％を必要とする可能性があります。 直接空気捕捉技術はまた、純炭素除去をもたらすために、低炭素またはゼロ炭素エネルギー源によって供給される必要があるであろう。,

技術開発と展開経験への投資は、安価でクリーンなエネルギーの展開の継続的な進歩とともに、大規模な直接空気捕獲の見通しを進めることができ

長年にわたりこの技術に対する公的研究開発費がほとんどないにもかかわらず、複数の企業がすでに直接空気捕獲システムを開発しています。, しかし、2019年後半には、議会は炭素除去技術に$60百万を充当し、直接空気捕獲に少なくとも$35百万を含む、開発努力を拡大するために必要な投資のレベルに向けた重要なステップです。

要するに、直接空気捕獲はまだ新しい技術であり、スケールアップの大きな可能性を示していますが、これらのシステムはその種の最初のものであり、

5）炭素鉱化

いくつかの鉱物は自然にCO2と反応し、炭素を気体から固体に変えます。, このプロセスは、一般的に炭素鉱化または強化された風化と呼ばれ、数百または数千年にわたって自然に非常にゆっくりと起こります。

しかし、科学者たちは、特にこれらの鉱物のCO2への暴露を高めることによって、炭素鉱化プロセスをスピードアップする方法を考え出しています。, それは、地下から鉱物が空気と反応することができる表面にアルカリ性の湧水を汲み上げること、適切な鉱物組成を含む鉱山尾鉱の大きな鉱床（採掘作業から残された岩石）を通って空気を移動させること、鉱物鉱床を粉砕または開発して表面積を増やすこと、フライアッシュ、窯の塵、鉄および鉄鋼スラグなどの特定の産業副産物を風化させる方法を見つけることを意味する可能性がある。,

炭素鉱化作用は、適切な岩石タイプに注入して反応して固体炭酸塩を形成することによってCO2を貯蔵する方法としても使用できます。 また、アプリケーションの代替が可能になるかもしれな従来の生産方法のための製品のようにコンクリートに用いるもので数十億トンの規模です。

科学者たちは、炭素鉱化が可能であり、少数の新興企業がすでに鉱化ベースの建築材料を開発していることを示していますが、スケール展開のためのコスト効率と慎重なアプリケーションをマッピングするために行われるべきより多くの作業があります。,

6)海洋ベースの概念

海洋の炭素貯蔵能力を活用し、陸上のアプリケーションだけを超えたアプローチを特定するために、海洋ベースの炭素除去の概念 しかし、それらのほぼすべてが開発の初期段階にあり、生態学的、社会的、ガバナンスへの影響の可能性を考えると、投資に適しているかどうかを理解

それぞれのアプローチは、海洋の自然炭素循環を加速することを目指しています。, それらは沿岸植物、海藻または植物プランクトンの光合成を利用することを含むことができる;溶けた重炭酸塩の貯蔵を高めるためにある特定の鉱物を加えること;またはCO2

海洋ベースの炭素除去オプションの中には、コベネフィットを提供するものもあります。 例えば、沿岸のブルーカーボンや海藻の栽培は、生態系の回復をサポートしながら炭素を除去することができ、海洋貯蔵炭素を助けるために鉱物を加え, しかし、これらのアプローチのより広範な生態学的影響についてはまだ不明であり、これらのアプローチがどの規模でも追求される前に潜在的なリスク

短期的には、栽培された海藻は、炭素除去をもたらさないかもしれない食品、燃料、肥料などの製品にも使用することができますが、従来の生産に比,

海洋は、海藻栽培のような潜在的な炭素除去オプションを提供し、生態学的利益ももたらす可能性があります。 Photo by The National Parks Service

提案されたアプローチの潜在的な生態学的、社会的、およびガバナンスへの影響を考えると、追加の研究は不確実性を明確にし、海洋ベースの二酸化炭素除去の概念をいつどこでスケールアップすべきかを知らせるために始める可能性がある。,

炭素除去の未来

WRIの分析によると、炭素除去能力を構築するための最も費用対効果が高く、リスクが低い戦略には、さまざまなアプローチを並行して開発および展開することが含まれることが示されています。

それぞれの炭素除去アプローチは約束と課題を提供しますが、すでに大気中にCO2を捕獲して貯蔵することは、危険なレベルの地球温暖化を避けるために、米国および世界中の気候変動戦略の一部でなければなりません。,

今後数十年に必要な規模で実行可能な選択肢になるように、研究、開発、実証、初期段階の展開、および可能な条件における炭素除去アプローチのポートフォリオ全体への投資を開始する時が来ました。

Wriの炭素除去分析と推奨事項の詳細については、CarbonShot research seriesをご覧ください。