Met voldoende investeringen en strategische inzet, kan het verwijderen en opslaan van kooldioxide een sleutelrol spelen in het houden van het broeikaseffect tot een niveau waarop we kunnen leven.

Klaus Lackner heeft een beeld van de toekomst in zijn hoofd, en het ziet er ongeveer zo uit: 100 miljoen oplegger-formaat dozen, elk gevuld met een beige stof geconfigureerd in wat lijkt op shag-tapijt om het oppervlak te maximaliseren. Elke doos trekt lucht aan alsof hij ademt. Zoals het is absorbeert het weefsel kooldioxide, dat het later in geconcentreerde vorm vrijmaakt om te worden verwerkt tot beton of plastic of ondergronds wordt doorgevoerd, waardoor het vermogen om bij te dragen aan de klimaatverandering effectief wordt geëlimineerd.

Hoewel de technologie nog niet operationeel is, staat ze "op het punt om het laboratorium te verlaten, zodat we kunnen laten zien hoe het werkt op kleine schaal", zegt Lackner, directeur van het Center for Negative Carbon Emissions aan de Arizona State University. Als hij eenmaal alle knikken heeft uitgewerkt, denkt hij dat, gecombineerd, het netwerk van dozen misschien 100 miljoen metrische ton (110 miljoen ton) CO2 per dag zou kunnen opvangen tegen een kostprijs van $ 30 per ton - een waarneembare deuk in de klimaatverstorende overvloed aan CO2 die zich in de lucht heeft opgehoopt sinds mensen 150 jaar geleden in alle ernst begonnen met het verbranden van fossiele brandstoffen.

Lackner is een van de honderden, zo niet duizenden wetenschappers over de hele wereld die werken aan manieren om CO2 uit de atmosfeer te verwijderen, koolstof uit de atmosfeer op te vangen met behulp van planten, rotsen of kunstmatige chemische reacties en deze op te slaan in de bodem, producten zoals beton en plastic, rotsen, ondergrondse reservoirs of de diepblauwe zee.

"We kunnen onze economie niet alleen decarboniseren, of we zullen ons koolstofdoel niet bereiken." - Noah Deich

Sommige van de strategieën - gezamenlijk bekend als technologieën voor de verwijdering van kooldioxide of technologieën met negatieve emissies - zijn slechts schijnwerpers in de ogen van hun voorgangers. Anderen - low-tech regelingen zoals het planten van meer bossen of het achterlaten van gewasresten in het veld, of meer hightech "negatieve emissies" setups zoals de CO2-biomassabrandstofinstallatie die afgelopen lente online is gegaan in Decatur, Illinois - zijn al aan de gang. Hun gemeenschappelijke doel: ons helpen bij de oplossing van de klimaatverandering waar we onszelf mee bezig hebben gehouden.

"We kunnen onze economie niet alleen koolstofvrij maken, of we zullen ons koolstofdoel niet halen", zegt Noah Deich, mede-oprichter en uitvoerend directeur bij de Center for Carbon Removal in Oakland, Californië. "We moeten verder gaan om koolstof uit de atmosfeer te verwijderen. ... [En] we moeten dringend beginnen als we echte markten en echte oplossingen voor ons beschikbaar willen hebben die veilig en kosteneffectief zijn door 2030. "

Veel benaderingen

Vrijwel alle experts op het gebied van klimaatverandering zijn het erover eens dat we, om rampen te voorkomen, eerst en vooral alles in het werk moeten stellen om de CO2-uitstoot te verminderen. Maar een toenemend aantal zegt dat dat niet genoeg is. Als we de opwarming van de atmosfeer willen beperken tot een niveau waaronder onomkeerbare veranderingen onvermijdelijk worden, zo stellen ze, zullen we ook actief CO2 uit de lucht moeten verwijderen in vrij forse hoeveelheden.

"Het is bijna onmogelijk dat we 2 ° C zouden halen, en nog minder 1.5 [° C], zonder een soort van negatieve-uitstoottechnologie," zegt Pete Smith, voorzitter van planten- en bodemkunde aan de Universiteit van Aberdeen en een van de s werelds leiders in mitigatie van klimaatverandering.

In feite hebben wetenschappers van over de hele wereld die onlangs hebben opgesteld een "routekaart" naar een toekomst die ons goede kansen biedt om de opwarming onder de 2 ºC-drempel te houden leun sterk op het verminderen van de koolstofemissies door fossiele brandstoffen volledig uit te faseren, maar vereisen ook dat we actief CO2 uit de atmosfeer verwijderen. Hun plan vereist het vastleggen van 0.61 metrische gigaton (een gigaton, afgekort Gt, is een miljard metrische ton of 0.67 miljard ton) CO2 per jaar in 2030, 5.51 in 2050 en 17.72 in 2100. Door mensen gegenereerde CO2-emissies waren ongeveer 40 Gt in 2015, volgens de National Oceanic and Atmospheric Administration.

"Het is bijna onmogelijk dat we 2 ° C zouden halen, en nog minder dus 1.5, zonder een soort van negatieve-uitstoottechnologie." -Pete Smith

Rapporten verschijnen periodiek en wijzen erop dat de ene aanpak of een andere aanpak het niet zal verminderen: bomen kunnen koolstof opslaan, maar ze concurreren met de landbouw voor land, de bodem kan niet genoeg opslaan, machines zoals die waar de voornamen van Lackner te veel energie in beslag nemen, we doneren De techniek is niet geschikt voor ondergrondse opslag.

Het is waarschijnlijk waar dat niet één oplossing de oplossing is, ze hebben allemaal voor- en nadelen, en veel hebben bugs die moeten worden opgelost voordat ze klaar zijn voor prime time. Maar in de juiste combinatie, en met serieus onderzoek en ontwikkeling, kunnen ze een groot verschil maken. En, zoals een internationaal team van klimaatwetenschappers heeft daar recent op gewezenhoe eerder hoe beter, omdat de taak om broeikasgassen te verminderen alleen maar groter en angstaanjager zal worden naarmate we langer wachten.

Smith stelt voor de vele benaderingen te verdelen in twee categorieën - relatief low-tech "no regrets" -strategieën die klaar zijn om te gaan, zoals herbebossing en verbetering van de landbouwpraktijk, en geavanceerde opties die substantieel onderzoek en ontwikkeling nodig hebben om levensvatbaar te worden. Vervolgens stelt hij voor de eerstgenoemde en werk aan het laatste. Hij pleit ook voor het minimaliseren van de nadelen en het maximaliseren van de voordelen door de juiste aanpak zorgvuldig af te stemmen op de juiste locatie.

"Er zijn waarschijnlijk goede manieren en slechte manieren om alles te doen," zegt Smith. "Ik denk dat we de goede manieren moeten vinden om deze dingen te doen."

Deich ondersteunt ook het gelijktijdig nastreven van meerdere opties. "We willen geen technologie, we willen veel van aanvullende oplossingen in een bredere portfolio die vaak wordt bijgewerkt naarmate nieuwe informatie over de oplossingen naar voren komt. "

Met dat in gedachten, volgt hier een korte blik op enkele van de belangrijkste benaderingen die worden overwogen, waaronder een projectie van een honkbalveld op basis van de huidige kennis van CO2-opslagpotentieel gedestilleerd uit verschillende bronnen, waaronder voorlopige resultaten van een studie van de University of Michigan zal naar verwachting later dit jaar worden vrijgegeven - evenals samenvattingen van voordelen, nadelen, volwassenheid, onzekerheden en gedachten over de omstandigheden waaronder elk van hen het best kan worden toegepast.

Bebossing en herbebossing

Betaal je toegangsprijs, rij een kronkelende weg door Sequoia National Park in Californië, wandel een halve mijl door het bos, en je staat aan de voeten van generaal Sherman, 's werelds grootste boom. Met wat 52,500 kubieke voet (1,487 kubieke meter) hout in de kofferbak, heeft de kolos meer dan 1,400 metrische tonnen (1,500 ton) CO2 die alleen in de kofferbak zit.

Hoewel de grootte duidelijk uitzonderlijk is, geeft de generaal een idee van het potentieel van bomen om CO2 uit de lucht te zuigen en op te slaan in hout, schors, blad en wortel. In feite schat het Intergovernmental Panel on Climate Change dat een enkele hectare (2.5 acres) bos ergens tussen 1.5 en 30 ton (1.6 en 33 ton) CO2 per jaar kan opnemen, afhankelijk van het soort bomen, hoe oud dat zijn ze, het klimaat enzovoort.

Wereldwijd bos bestrijkt momenteel in de volgorde van 2 Gt CO2per jaar. Gecoördineerde inspanningen om bomen te planten op nieuwe plaatsen (bebossing) en ontboste gebieden (herbebossing) te hergebruiken, zouden dit kunnen verhogen met een gigaton of meer, afhankelijk van soorten, groeipatronen, economie, politiek en andere variabelen. Bosbeheerpraktijken die de nadruk leggen op koolstofopslag en genetische modificatie van bomen en andere bosplanten om hun vermogen om koolstof op te nemen en op te slaan, kunnen vergroten, kunnen deze aantallen verhogen.

Een andere manier om het vermogen van bomen om koolstof op te slaan te vergroten, is door er duurzame producten van te maken - gebouwen met een houten frame, boeken enzovoort. Het gebruik van koolstofrijk hout voor de bouw zou bijvoorbeeld de opslagcapaciteit van bomen tot buiten de bosgrenzen kunnen vergroten, waarbij houtopslag en bebossing kunnen worden gecombineerd voor een potentieel van 1.3-14 Gt CO2 per jaar, volgens The Climate Institute, een Australische onderzoeksorganisatie.

Carbon Farming

De meeste landbouw is bedoeld om iets te produceren dat is geoogst van het land. Koolstofteelt is het tegenovergestelde. Het gebruikt planten om CO2 te vangen en gebruikt vervolgens op strategische wijze praktijken zoals het verminderen van de bebouwing, het planten van langer bewortelde gewassen en het opnemen van organische materialen in de bodem de opgesloten koolstof aanmoedigen om in de grond te gaan - en er te blijven.

"Momenteel zijn veel land-, tuin-, bos- en tuinbodems een netto koolstofbron. Dat wil zeggen, deze bodems verliezen meer koolstof dan ze sequestreren ", zegt Christine Jones, oprichter van de in Australië gevestigde non-profit organisatie. Verbazingwekkende koolstof. “Het potentieel voor het omkeren van de netto verplaatsing van CO2 naar de atmosfeer door verbeterd plant- en bodembeheer is enorm. Het beheren van vegetatieve dekking op een manier die het vermogen van de bodem om grote hoeveelheden atmosferische koolstof in een stabiele vorm op te slaan en op te slaan, verbetert, biedt inderdaad een praktische en bijna onmiddellijke oplossing voor enkele van de meest uitdagende problemen waarmee de mensheid momenteel wordt geconfronteerd. "

Het koolstofopslagvermogen van de bodem zou nog groter kunnen worden als onderzoeksinitiatieven van het Geavanceerde onderzoeksprojecten Agentschap-energie, een Amerikaanse overheidsinstantie die onderzoeksondersteuning biedt voor innovatieve energietechnologieën en andere die gericht zijn op het verbeteren van het vermogen van gewassen om koolstof naar de bodem over te brengen, zijn succesvol. En, wijst op Eric Toensmeier, auteur van The Carbon Farming Solution, het vermogen van landbouwgrond om koolstof op te slaan kan drastisch worden verhoogd door ook bomen in de vergelijking op te nemen.

"Over het algemeen zijn het praktijken die bomen bevatten met de meeste koolstof [opslag] - vaak twee tot 10 keer meer koolstof per hectare, wat een vrij grote deal is," zegt Toensmeier.

Andere vegetatie 

Hoewel bossen en landbouwgrond de meeste aandacht hebben getrokken, nemen andere soorten vegetatie - graslanden, kustvegetatie, veengebieden - CO2 ook op en slaan het op en inspanningen om hun vermogen daartoe te vergroten kunnen bijdragen aan de koolstofopslagoorzaak in de hele wereld.

Kustplanten, zoals mangroven, zeegrassen en vegetatie in kwelders, blinken uit in het vastleggen van CO2 - aanzienlijk meer per gebied dan terrestrische bossen, volgens Meredith Muth, internationale programmamanager bij de National Oceanic and Atmospheric Administration.

"Dit zijn ongelooflijk koolstofrijke ecosystemen", zegt Emily Pidgeon, Conservation International senior directeur van strategische mariene initiatieven. Dat komt omdat de zuurstofarme grond waarin ze groeien, de afgifte van CO2 naar de atmosfeer remt, dus in plaats van terug de atmosfeer in te fietsen, bouwt koolstof zich door de eeuwen heen gewoon laag voor laag op. Met mangroves sequesteren ongeveer 1,400 metrische ton (1,500 ton) per hectare (2. 5 acres); kwelders, 900 metrische ton (1,000 ton); en zeegras, 400 metrische ton (400 ton), het herstellen van verloren kustvegetatie en het uitbreiden van kusthabitats houdt potentieel vast om aanzienlijke koolstof vast te houden. En onderzoekers kijken naar strategieën zoals het verminderen van vervuiling en het beheersen van sedimentverstoring laat deze ecosystemen CO2 nog meer absorberen.

En, voegt Pidgeon eraan toe, dergelijke vegetatie levert een dubbel klimaatvoordeel op omdat het ook kustlijnen beschermt tegen erosie omdat de opwarming de zeespiegel doet stijgen.

"Het is het perfecte ecosysteem voor klimaatverandering, vooral op sommige kwetsbaardere plaatsen", zegt ze. "Het biedt bescherming tegen de storm, erosiebestrijding, onderhoudt de lokale visserij. In termen van klimaatverandering is het enorm waardevol, of het nu gaat over mitigatie of aanpassing van het spreken. "

Bio-energie en begraven

Naast het benutten van het vermogen van de vegetatie om CO2 op te slaan in plantendelen en bodem, kunnen mensen de opslag verbeteren door de koolstof die planten op andere manieren absorberen weg te sokken. EEN US $ 208 miljoen energiecentrale die eerder dit jaar operationeel werd in het hart van Illinois is het boerenland een tastbaar voorbeeld van deze aanpak en wat momenteel algemeen wordt gezien als de meest veelbelovende, op technologie gebaseerde strategie voor het verwijderen van grote hoeveelheden koolstof uit de lucht: koolstofafvang en -opslag van bio-energie, of BECCS.

BECCS begint over het algemeen met het omzetten van biomassa in een bruikbare energiebron zoals vloeibare brandstof of elektriciteit. Maar dan neemt het concept een belangrijke stap verder. In plaats van het CO2 te verzenden dat tijdens het proces in de lucht wordt afgegeven, zoals conventionele faciliteiten doen, wordt het gevangen en geconcentreerd en vervolgens opgevangen in materiaal zoals beton of plastic of - zoals het geval is voor de Decatur-fabriek - het in steenformaties geïnjecteerd die val de koolstof ver onder het aardoppervlak.

Een verwante strategie stelt voor om oceaanplanten zoals kelp te gebruiken in plaats van landplanten. Dit zou de noodzaak verminderen om te concurreren met voedselproductie en landhabitatbehoud voor land. Deze optie is echter niet zo goed onderzocht als op het land gebaseerde BECCS, dus het aantal onbekenden is nog hoger.

Wat de opslag betreft, zijn veel van de voorgestelde technologieën nog steeds in concept of in de vroege ontwikkelingsfase. Maar als de aanpak correct is ontwikkeld, heeft deze "mogelijk een aanzienlijke impact", zegt Smith van de University of Aberdeen.

biochar 

Een andere manier om het vermogen van planten om koolstof op te slaan te verbeteren is om materialen zoals houtkap of gewasafval gedeeltelijk te verbranden om een ​​koolstofrijke, langzaam te ontbinden stof te maken, bekend als biochar, die vervolgens kan worden begraven of verspreid op landbouwgrond. Biochar wordt al eeuwen gebruikt om grond te verrijken voor landbouw, maar heeft de laatste tijd steeds meer aandacht getrokken voor zijn vermogen om koolstof te sequestreren - zoals blijkt uit het feit dat drie van 10-finalisten in een US $ 25 miljoen Earth Challenge gelanceerd door Virgin in 2007 tik op deze aanpak.

Bemesting van de oceaan 

Planten en plantachtige organismen die in de oceaan leven, nemen elk jaar onmetelijke hoeveelheden CO2 op, hun vermogen om dit te doen wordt alleen beperkt door de beschikbaarheid van ijzer, stikstof en andere voedingsstoffen die ze nodig hebben om te groeien en zich te vermenigvuldigen. Dus onderzoeken onderzoekers strategieën om de oceaan te bemesten of voedingsstoffen uit de diepten te brengen naar het vermogen van planten om koolstof op te vangen en op te slaan.

Ongeveer tien jaar geleden begonnen bedrijven zich precies daarvoor te vormen, met het plan om de vruchten te plukken van de binnenkort op de wereldmarkt gevestigde koolstofmarkt. Zulke plannen zijn grotendeels op de tekentafel gebleven, belemmerd door aanzienlijke onzekerheden over hoe een prijskaartje op koolstof te zetten, bezorgdheid over verstorende visserij- en oceaanecosystemen meer in het algemeen, en de hoge energievereisten en kosten die waarschijnlijk zouden zijn betrokken. Bovendien hebben we geen duidelijk beeld van hoeveel van de opgesloten koolstof eigenlijk in de oceaan zou blijven in plaats van de atmosfeer opnieuw te betreden.

Rock Solutions

CO2 wordt elke dag op natuurlijke wijze uit de atmosfeer verwijderd door reacties tussen regenwater en rotsen. Sommige klimaatwetenschappers stellen voor om dit proces te versterken - en zo de CO2-verwijdering uit de atmosfeer te vergroten - door kunstmatige maatregelen zoals het verpletteren van rotsen en het blootstellen aan CO2 in een reactiekamer of het verspreiden over grote stukken land of oceaan, waardoor het oppervlak wordt vergroot waarover de reacties kunnen optreden.

Zoals momenteel wordt voorgesteld, zijn strategieën om koolstofopslag te verbeteren door CO2 met gesteenten te laten reageren duur en energie-intensief vanwege de noodzaak om grote hoeveelheden zwaar materiaal te transporteren en te verwerken. Sommige vereisen ook extensief landgebruik en kunnen dus concurreren met andere behoeften, zoals voedselproductie en bescherming van de biodiversiteit. Onderzoekers kijken manieren om mijnafval te gebruiken en anders de strategie te verfijnen om kosten te besparen en de efficiëntie te verhogen.

Directe luchtopname en opslag

De koolstof-sekwestrerende containers van Lackner van Arizona State University, samen met andere projecten zoals De net geopende carbon-trapping-installatie van Climeworks in Zwitserland, vertegenwoordigen een van de meer algemeen besproken technieken voor het opvangen en opslaan van broeikasgassen die vandaag worden voorgesteld. Deze methode, die bekend staat als directe opvang en opslag van lucht, gebruikt chemicaliën of vaste stoffen om het gas uit de dunne lucht te vangen en bergt het, net als in het geval van BECCS, ondergronds op voor lange afstanden of in duurzame materialen.

Al gebruikt in onderzeeërs onder het oppervlak van de oceaan en in ruimtevoertuigen ver erboven, kan directe luchtafvang in theorie CO2 duizend keer efficiënter uit de lucht verwijderen dan planten, aldus Lackner.

De technologie is echter embryonaal. En omdat het vereist dat CO2-moleculen uit al het andere in de lucht worden geplukt, is het een enorm energievarken. Aan de andere kant heeft deze aanpak het grote voordeel dat het overal ter wereld inzetbaar is.

Waar vandaan? 

Als er iets duidelijk wordt uit deze samenvatting, zijn het deze twee dingen: ten eerste is er veel potentieel om de inspanningen om de CO2-uitstoot te verminderen te vergroten met strategieën om de verwijdering van CO2 uit de atmosfeer te vergroten. Ten tweede is er nog veel werk aan de winkel voordat we dit op een zinvolle schaal kunnen doen en op een manier die niet alleen de koolstofkloof overbrugt, maar ook het milieu beschermt en voorziet in meer directe menselijke behoeften.

"Op basis van de huidige technologie is er momenteel geen combinatie van negatieve emissietechnologieën beschikbaar die op voldoende schaal inzetbaar is om te voldoen aan het onder-2 ° C-streefcijfer zonder echt significante gevolgen", zegt Peter Frumhoff, directeur van wetenschap en beleid en een hoofdwetenschapper bij de Unie van betrokken wetenschappers. "We kunnen in principe negatieve emissietechnologieën inzetten, maar we hebben niet het inzicht of het beleid om dit op voldoende schaal te doen."

Met de noodzaak iets te doen dat steeds dringender wordt, beginnen onderzoekers dat ook bekijk de voor-, nadelen en het potentieel van de verschillende mogelijkheden eens nader en in elkaar gezet onderzoeksagenda's om de meest veelbelovende op de juiste plaatsen op het juiste moment te bevorderen. In mei begon 2017, een studiepanel van de National Academy of Sciences, te houden een reeks strategiesessies om onderzoeksprioriteiten vast te stellen om vooruitgang te boeken.

"Onze taak in deze commissie is om een ​​onderzoeksagenda aan te bevelen om veel van deze problemen op te lossen, de kosten te verlagen, de efficiëntie van het programma te verhogen, de belemmeringen voor opschaling en implementatie en governance en vooral verificatie en monitoring, "panel-voorzitter Stephen Pacala, hoogleraar ecologie en evolutionaire biologie bij Princeton University, zei in a video die het initiatief beschrijft.

Dat gezegd hebbende, is het belangrijk om te onthouden dat technologie op de lange termijn misschien niet de beperkende factor is.

Uiteindelijk is koolstofopslag niet goedkoop, erkent Smith, maar hij wijst erop dat klimaatverandering evenmin nodig is.

"Ik denk niet dat het een technische uitdaging is", zegt Deich. "Ik denk dat het een betalingsbereidheid en bereidheid is om duidelijke, consistente en eerlijke regelgeving rond deze oplossingen te krijgen." Met andere woorden, het realiseren van koolstofopslag gaat uiteindelijk over het creëren van markten en / of beleid dat het beloont en tegelijkertijd rekening houdt met aandacht voor sociale en milieudimensies. "Het is niet noodzakelijk:" Kunnen deze dingen op schaal? " Het is: 'Is er iemand die bereid is te betalen voor hen om op schaal te komen?'

De meest voor de hand liggende manier om dit te doen zou zijn om een prijs tot koolstof, wat zich zou vertalen in financieel voordeel om het weg te werken.

Uiteindelijk is koolstofopslag niet goedkoop, erkent Smith, maar hij wijst erop dat klimaatverandering evenmin nodig is.

De manier waarop Lackner het stelt, is dit: we reizen met hoge snelheid een berg af in een auto die op een haarspeldbocht uitkomt, en het is niet zozeer een kwestie van of we op de vangrail schieten of we genoeg kunnen vertragen zodat wanneer we dat doen we terugstoten in plaats van er overheen te katapulteren in de vergetelheid.

"Ik kan niet garanderen dat het zal werken," zegt hij over zijn CO2-vangapparaten. "Ik ben een optimist, maar ik kan het waarschijnlijk niet garanderen. Het feit dat het misschien niet werkt, de mogelijkheid dat het misschien niet werkt, is op zich geen excuus om het niet te proberen. Als we het niet laten werken, weet ik heel zeker dat we moeilijke tijden tegemoet gaan. ' 

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op Ensia

Over de auteur

Mary Hoff is hoofdredacteur van Ensia. Ze heeft een bekroonde wetenschapscommunicator en heeft meer dan twintig jaar ervaring om door middel van gedrukte en online media het begrip, de waardering en het beheer van onze omgeving te verbeteren. Ze behaalde een bachelorgraad in de zoölogie van de universiteit van Wisconsin en een mastergraad in massacommunicatie met een nadruk op wetenschappelijke communicatie van de Universiteit van Minnesota. Neem contact op met haar op mary (at) ensia (dot) com.

Related Books:

at InnerSelf Market en Amazon