od czasu rewolucji przemysłowej ludzie wyemitowali do atmosfery ponad 2000 gigaton dwutlenku węgla. (Gigaton to miliard ton metrycznych.)
Ten zagęszczający koc gazów cieplarnianych zatrzymujących ciepło powoduje globalne ocieplenie, którego doświadczamy dzisiaj. Jeśli nic się nie zmieni, skutki klimatyczne, takie jak pożary lasów, tłumiące fale upałów i niszczący wzrost poziomu morza, będą się tylko nasilać.,
konieczne jest szybkie ograniczenie emisji—na przykład poprzez zwiększenie energii odnawialnej, zwiększenie efektywności energetycznej, powstrzymanie wylesiania i ograniczenie super-zanieczyszczeń, takich jak wodorofluorowęglowodory (HFC). Najnowsza nauka o klimacie mówi nam jednak, że same te wysiłki nie wystarczą, aby zapobiec niebezpiecznym zmianom klimatycznym.
aby utrzymać globalny wzrost temperatury poniżej 1,5-2 stopni C (2,7-3.,6 stopni F), co zdaniem naukowców jest konieczne do zapobiegania najgorszym skutkom zmian klimatu, będziemy musieli nie tylko zmniejszyć emisje, ale także usunąć i przechowywać trochę węgla z atmosfery.
w rzeczywistości większość scenariuszy modeli klimatycznych pokazuje, że będziemy musieli usunąć miliardy ton metrycznych dwutlenku węgla rocznie do 2050, jednocześnie zwiększając redukcję emisji.
usuwanie dwutlenku węgla może przybierać różne formy, od nowych technologii po praktyki zarządzania gruntami. Zasadnicze pytanie brzmi, czy te podejścia mogą zapewnić usuwanie dwutlenku węgla na skalę potrzebną w nadchodzących dziesięcioleciach.,
uwaga: jest to hipotetyczny scenariusz pokazujący rolę usuwania dwutlenku węgla w doprowadzeniu emisji do zera netto do połowy wieku, zgodnie z ograniczeniem globalnego ocieplenia do 1,5°C powyżej poziomów sprzed epoki przemysłowej. Zakłada jednoczesne ograniczanie emisji CO2 i gazów innych niż CO2, takich jak metan. Szybsze i / lub głębsze redukcje emisji mogłyby zmniejszyć rolę usuwania dwutlenku węgla; wolniejsze i / lub słabsze redukcje emisji zwiększyłyby potrzebę usuwania dwutlenku węgla.
każde podejście do usuwania węgla stoi przed wyzwaniami i ograniczeniami., Seria dokumentów roboczych WRI bada możliwości i wyzwania związane z wykorzystaniem usuwania dwutlenku węgla do walki ze zmianami klimatycznymi i zaleca priorytetowy zestaw działań polityki federalnej USA w celu przyspieszenia ich rozwoju i wdrażania.
oto sześć opcji usuwania węgla z atmosfery:
1) lasy
fotosynteza usuwa dwutlenek węgla w sposób naturalny — a drzewa są szczególnie dobre w przechowywaniu węgla usuniętego z atmosfery w wyniku fotosyntezy., Rozbudowa, odbudowa i zarządzanie lasami w celu zachęcenia do większego absorpcji węgla może wykorzystać moc fotosyntezy, przekształcając dwutlenek węgla w powietrzu w węgiel przechowywany w drewnie i glebie.
WRI szacuje, że potencjał usuwania dwutlenku węgla z lasów i drzew poza lasami w samych Stanach Zjednoczonych wynosi ponad pół gigatona rocznie, co odpowiada wszystkim rocznym emisjom z amerykańskiego sektora rolnego., Te podejścia do usuwania CO2 przez lasy mogą być stosunkowo niedrogie w porównaniu z innymi opcjami usuwania węgla (zwykle mniej niż 50 USD za tonę metryczną) i zapewniają czystszą wodę i powietrze w procesie.
jednym z głównych wyzwań jest zapewnienie, że ekspansja lasów w jednym obszarze nie odbywa się kosztem lasów gdzie indziej. Na przykład ponowne zalesianie gruntów rolnych ograniczyłoby podaż żywności. Może to wymagać przekształcenia innych lasów w grunty rolne, chyba że poprawa wydajności gospodarstw rolnych mogłaby wypełnić tę lukę., Podobnie, brak pozyskania drewna z jednego lasu może skutkować nadmierną hodowlą w innym. Dynamika ta sprawia, że szczególnie ważne jest odnawianie i zarządzanie istniejącymi lasami oraz dodawanie drzew do ekologicznie odpowiednich terenów poza terenami uprawnymi.
2) Gospodarstwa rolne
gleby w naturalny sposób magazynują węgiel, ale gleby rolnicze charakteryzują się dużym deficytem ze względu na intensywne użytkowanie. Ponieważ grunty rolne są tak rozległe — ponad 900 milionów akrów w samych Stanach Zjednoczonych—nawet niewielki wzrost węgla w glebie na akr może mieć wpływ.,
budowanie węgla w glebie jest dobre również dla rolników i ranczerów, ponieważ może zwiększyć zdrowie gleby i plony. Integracja drzew w gospodarstwach może również usuwać węgiel, zapewniając jednocześnie inne korzyści, takie jak cień i pasza dla zwierząt gospodarskich.
zwiększenie zawartości węgla w glebie może przynieść korzyści rolnikom i ranczerom, oprócz usuwania węgla z atmosfery. Photo by James Baltz / Unsplash
istnieje wiele sposobów na zwiększenie węgla w glebach., Sadzenie roślin okrywowych, gdy pola są nagie, może przedłużyć fotosyntezę przez cały rok, pochłaniając około pół tony metrycznej CO2 na akr rocznie. Stosowanie kompostu może poprawić plony podczas przechowywania zawartości węgla w glebie. Naukowcy opracowują również rośliny o głębszych korzeniach, dzięki czemu są bardziej odporne na suszę, jednocześnie osadzając więcej węgla w glebie.
Zarządzanie glebą dla węgla na dużą skalę jest jednak trudną propozycją., Systemy naturalne są z natury zmienne, co sprawia, że przewidywanie, mierzenie i monitorowanie długoterminowych korzyści wynikających z danej praktyki na danym Akrze jest prawdziwym wyzwaniem.
skuteczność niektórych praktyk jest również przedmiotem ciągłej debaty naukowej. Co więcej, zmiana warunków lub praktyk zarządzania z roku na rok może wymazać wcześniejsze zyski. A ponieważ do usunięcia znacznej ilości dwutlenku węgla potrzebna byłaby duża ilość gruntów rolnych, rządy i systemy RYNKOWE musiałyby stworzyć odpowiednie warunki dla właścicieli gruntów do magazynowania większej ilości dwutlenku węgla.,
3) Bioenergia z wychwytywaniem i magazynowaniem dwutlenku węgla (BECCS)
Bioenergia z wychwytywaniem i magazynowaniem dwutlenku węgla (BECCS) to kolejny sposób wykorzystania fotosyntezy do walki ze zmianami klimatycznymi. Jednak jest to o wiele bardziej skomplikowane niż sadzenie drzew lub zarządzanie glebą — i nie zawsze działa na klimat.
BECCS to proces wykorzystywania biomasy do produkcji energii w sektorach przemysłowym, energetycznym lub transportowym; wychwytywania jej emisji, zanim zostaną one uwolnione z powrotem do atmosfery; a następnie magazynowania wychwytywanego węgla pod ziemią lub w długowiecznych produktach, takich jak beton., Jeśli BECCS spowoduje wzrost większej ilości biomasy niż w innym przypadku, lub magazynuje więcej węgla zamiast uwalniać go z powrotem do atmosfery, może zapewnić usuwanie węgla netto.
ale nie zawsze jest łatwo ustalić, czy te warunki są spełnione. Ponadto, jeżeli BECCS opiera się na uprawach bioenergetycznych, może wyprzeć produkcję żywności lub naturalne ekosystemy, usuwając korzyści dla klimatu i pogarszając niepewność żywności i utratę ekosystemu.
niektóre formy BECCS przekształcają odpady, takie jak pozostałości rolne lub śmieci, w paliwo., Te surowce mogą mieć kluczowe znaczenie dla przyszłości BECCS, ponieważ nie wymagałyby specjalnego użytkowania gruntów. Nawet wtedy Rachunkowość musi być prawidłowa—i istnieje wiele sposobów, aby ją pomylić — aby BECCS mógł zapewnić oczekiwane korzyści dla klimatu.
4) bezpośredni wychwyt powietrza
bezpośredni wychwyt powietrza to proces chemicznego oczyszczania dwutlenku węgla bezpośrednio z otaczającego powietrza, a następnie przechowywania go pod ziemią lub w produktach o długiej żywotności., Ta nowa technologia jest podobna do technologii wychwytywania i składowania dwutlenku węgla stosowanej do wychwytywania emisji ze źródeł takich jak elektrownie i obiekty przemysłowe. Różnica polega na tym, że bezpośredni wychwyt powietrza usuwa nadmiar węgla bezpośrednio z atmosfery, zamiast wychwytywać go u źródła.
jest stosunkowo łatwy do zmierzenia i uwzględnienia korzyści klimatycznych wynikających z bezpośredniego wychwytywania powietrza, a jego potencjalna skala rozmieszczenia jest ogromna. Technologia ta pozostaje jednak kosztowna i energochłonna., Często trudno jest określić koszty nowych technologii bezpośredniego wychwytywania powietrza, ale badanie 2018 szacuje, że kosztowałoby to około 94-232 USD za tonę metryczną. Wcześniejsze szacunki były wyższe.
bezpośrednie wychwytywanie powietrza wymaga również znacznych nakładów ciepła i mocy: oczyszczanie 1 gigatonu dwutlenku węgla z powietrza może wymagać prawie 10 procent dzisiejszego całkowitego zużycia energii. Technologia bezpośredniego wychwytywania powietrza musiałaby być również zasilana niskoemisyjnymi lub zerowymi źródłami energii, aby doprowadzić do usunięcia dwutlenku węgla netto.,
inwestowanie w rozwój technologiczny i doświadczenie w zakresie wdrażania, wraz z ciągłym postępem w zakresie wdrażania taniej, czystej energii, może zwiększyć perspektywy bezpośredniego wychwytywania powietrza na dużą skalę.
wiele firm opracowało już systemy bezpośredniego wychwytywania powietrza, pomimo Bliskiego braku wydatków publicznych na badania i rozwój technologii od wielu lat., Jednak pod koniec 2019 r. Kongres przeznaczył 60 mln USD na technologie usuwania dwutlenku węgla, w tym co najmniej 35 mln USD na bezpośrednie wychwytywanie powietrza, co jest ważnym krokiem w kierunku poziomu inwestycji niezbędnych do zwiększenia wysiłków rozwojowych.
najważniejsze jest to, że bezpośrednie wychwytywanie powietrza jest nadal nową technologią i chociaż wykazuje ogromny potencjał skalowania, systemy te są pierwszymi tego rodzaju i potrzebują wsparcia publicznego, aby się rozwijać.
5) mineralizacja węgla
niektóre minerały naturalnie reagują z CO2, zamieniając węgiel z gazu w ciało stałe., Proces ten jest powszechnie określany jako mineralizacja węgla lub ulepszone wietrzenie i naturalnie dzieje się bardzo powoli, przez setki lub tysiące lat.
ale naukowcy zastanawiają się, jak przyspieszyć proces mineralizacji węgla, zwłaszcza poprzez zwiększenie ekspozycji tych minerałów na CO2 w powietrzu lub oceanie., Może to oznaczać pompowanie alkalicznej wody źródlanej z podziemia na powierzchnię, gdzie minerały mogą reagować z powietrzem; przemieszczanie powietrza przez duże złoża odpadów kopalnianych-skały pozostawione po operacjach wydobywczych-które zawierają odpowiedni skład mineralny; kruszenie lub rozwijanie enzymów, które żują złoża minerałów w celu zwiększenia ich powierzchni; oraz znalezienie sposobów na przetrwanie niektórych przemysłowych produktów ubocznych, takich jak popiół lotny, pył z pieca lub żużel żelazny i stalowy.,
mineralizacja węgla może być również stosowana jako sposób magazynowania CO2 poprzez wstrzykiwanie do odpowiednich rodzajów skał, gdzie reaguje tworząc stały węglan. Ponadto niektóre zastosowania mogą zastąpić konwencjonalne metody produkcji takich produktów jak beton, który jest używany w skali globalnej na wiele miliardów ton.
naukowcy pokazali, że mineralizacja węgla jest możliwa, a garstka start-upów już opracowuje materiały budowlane oparte na mineralizacji, ale jest więcej pracy do zrobienia, aby zaplanować opłacalne i rozważne aplikacje dla skalowanego wdrożenia.,
6) koncepcje oceaniczne
zaproponowano szereg koncepcji usuwania dwutlenku węgla w oceanach, aby wykorzystać zdolność oceanu do magazynowania dwutlenku węgla i zidentyfikować podejścia wykraczające poza zastosowania lądowe. Jednak prawie wszystkie z nich znajdują się na wczesnym etapie rozwoju i wymagają więcej badań, a w niektórych przypadkach testów pilotażowych, aby zrozumieć, czy są one odpowiednie dla inwestycji ze względu na potencjalne skutki ekologiczne, społeczne i związane z zarządzaniem.
każde podejście ma na celu przyspieszenie naturalnych cykli węgla w oceanie., Mogą one obejmować wykorzystanie fotosyntezy w roślinach przybrzeżnych, wodorostów lub fitoplanktonu; dodawanie niektórych minerałów w celu zwiększenia magazynowania rozpuszczonego wodorowęglanu; lub prowadzenie prądu elektrycznego przez wodę morską, aby pomóc w ekstrakcji CO2.
niektóre opcje usuwania dwutlenku węgla na bazie oceanów mogą również przynieść korzyści. Na przykład uprawa przybrzeżnego niebieskiego węgla i wodorostów morskich mogłaby usunąć węgiel, wspierając jednocześnie odbudowę ekosystemu, a dodawanie minerałów, aby pomóc w magazynowaniu węgla w oceanach, mogłoby również zmniejszyć zakwaszenie oceanów., Nadal jednak wiele nie wiadomo o szerszym wpływie ekologicznym tych podejść i konieczne są dalsze badania, aby lepiej zrozumieć potencjalne zagrożenia, zanim te podejścia zostaną wdrożone w jakiejkolwiek skali.
w najbliższej przyszłości uprawiane wodorosty mogą być również wykorzystywane do produktów takich jak żywność, paliwo i nawozy, które mogą nie powodować usuwania dwutlenku węgla, ale mogą zmniejszyć emisje w porównaniu z tradycyjną produkcją i zapewnić zwrot ekonomiczny, który wspiera rozwój przemysłu.,
ocean może oferować potencjalne opcje usuwania węgla, takie jak uprawa wodorostów morskich, które mogą mieć również korzyści ekologiczne. Photo by the National Parks Service
biorąc pod uwagę potencjalny ekologiczny, społeczny i zarządzania wpływ proponowanych podejść, dodatkowe badania mogą zacząć wyjaśniać wątpliwości i informować, gdzie i kiedy koncepcje usuwania dwutlenku węgla oparte na oceanach powinny być skalowane.,
przyszłość usuwania dwutlenku węgla
analiza WRI wykazała, że najbardziej opłacalna i najmniej ryzykowna strategia budowania zdolności usuwania dwutlenku węgla obejmuje opracowanie i wdrożenie różnych podejść w parze.
każde podejście do usuwania dwutlenku węgla oferuje obietnicę i wyzwania, ale wychwytywanie i magazynowanie CO2 już w powietrzu musi być częścią naszej strategii dotyczącej zmian klimatu w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie, aby uniknąć niebezpiecznych poziomów globalnego ocieplenia.,
nadszedł czas, aby rozpocząć inwestowanie w całym portfolio podejść do usuwania dwutlenku węgla – w badania, rozwój, demonstracje, wdrażanie na wczesnym etapie i sprzyjające warunki—tak, aby stały się realnymi opcjami na skalę potrzebną w nadchodzących dziesięcioleciach.
Dowiedz się więcej o analizie usuwania węgla i zaleceniach WRI, czytając naszą serię badań CarbonShot.
Leave a Reply