Good Mood

může nás odstranění uhlíku z atmosféry zachránit před klimatickou katastrofou?

Mezivládní Panel pro změnu klimatu (IPCC) tvrdí, že omezení globálního oteplování na 1.,5C by mohlo odvrátit nejkatastrofičtější účinky změny klimatu. Ve své nedávné zprávě stanovila čtyři způsoby, jak toho dosáhnout —a všichni se spoléhají na odstranění oxidu uhličitého z atmosféry. Je to proto, že i kdybychom snížili většinu emisí uhlíku na nulu, emise ze zemědělství a letecké dopravy by bylo obtížné zcela eliminovat., A protože oxid uhličitý, který je již v atmosféře mohou ovlivnit klima na stovky až tisíce let, IPCC tvrdí, že odstraňování oxidu uhličitého (CDR) technologie bude rozhodující, jak se zbavit 100 do 1000 gigatun CO2 v tomto století.

Jak lze odstranit oxid uhličitý?

existuje celá řada cdr strategií, to vše v různých fázích vývoje, a různé náklady, přínosy a rizika., Přístupy CDR, které využívají stromy, rostliny a půdu k absorpci uhlíku, se používají ve velkém měřítku po celá desetiletí; další strategie, které se více spoléhají na technologii, jsou většinou na demonstračních nebo pilotních fázích. Každá strategie má klady a zápory.

zalesňování a zalesňování

Jak rostliny a stromy rostou, berou oxid uhličitý z atmosféry a přeměňují ho na cukry fotosyntézou. Americké lesy tak absorbují 13 procent emisí uhlíku v zemi; celosvětově lesy ukládají téměř třetinu světových emisí.,

další Výsadbu stromů, může odstranit více uhlíku z atmosféry a ukládat jej na dlouhou dobu, stejně jako zlepšení kvality půdy na relativně nízké náklady—$0 na $20 za tunu uhlíku. Zalesňování zahrnuje výsadbu stromů tam, kde dříve nebyly; zalesňování znamená obnovu lesů, kde byly stromy poškozeny nebo vyčerpány.,

Zalesňování, nicméně, mohl by soutěžit o půdy používá pro zemědělství, stejně jako musí produkce potravin zvýšit o 70 procent do roku 2050 na výživu rostoucí světové populace. Mohlo by to také ovlivnit biodiverzitu a ekosystémové služby.

a ačkoli lesy mohou sekvestrovat uhlík po celá desetiletí, růst trvá mnoho let a mohou být nasyceny v desetiletích až stoletích. Vyžadují také pečlivé řízení, protože podléhají lidským a přirozeným dopadům, jako jsou požáry, sucho a napadení škůdci.,

sekvestrace půdního uhlíku

uhlík, který rostliny absorbují z atmosféry ve fotosyntéze, se stává součástí půdy, když zemřou a rozkládají se. Může tam zůstat po tisíciletí nebo může být rychle uvolněn v závislosti na klimatických podmínkách a způsobu, jakým je půda spravována. Minimální zpracování půdy, pokrytí plodin, střídání plodin a ponechání zbytků plodin na poli pomáhají půdám ukládat více uhlíku.

IPCC, který se domnívá, půdy, ukládání uhlíku mají schopnost snížit emise CO2 na nejnižší náklady—$0 na $100 za tunu—odhaduje se, že půdy, ukládání uhlíku by mohly odstranit mezi 2 a 5 gigatun oxidu uhličitého ročně do roku 2050. Pro srovnání, světové elektrárny vydaly v roce 2017 32,5 gigaton CO2.

sekvestrace uhlíku v půdě by mohla být okamžitě nasazena a zlepšila by zdraví půdy a zvýšila výnos plodin; navíc by nezatěžovala zdroje půdy a vody., Ale zatímco půda ukládá velké množství uhlíku na začátku, to může být nasycené po 10 do 100 let, v závislosti na klimatu, typu půdy a jak se to podařilo.

Bioenergie s zachycování a ukládání uhlíku (BECCS)

Když jsme se spálit rostliny pro energii v elektrárně, a zachytit a uložit výsledné emise CO2 rostliny dříve vstřebává, je odstraněn z atmosféry. CO2 pak může být použit pro lepší regeneraci oleje nebo vstřikuje do země, kde je sekvestrován v geologických formacích.

IPCC odhaduje, že BECCS může odstranit mezi 0.,5 a 5 gigatonů uhlíku ročně do roku 2050. Absorbovat dost uhlíku, aby udrželi svět na 2, nicméně, energetické plodiny, bude muset být vysazeny na ploše pozemku až třikrát velikost Indie, podle jednoho odhadu, a dokonce i menší množství BECCS by soutěžit s pozemky potřebné pro produkci potravin. Jedna studie dospěla k závěru, že rozsáhlé BECC by mohly způsobit pokles globálního lesního porostu o 10 procent a vyžadovat dvakrát tolik vody, kolik je v současné době celosvětově používáno pro zemědělství., BECCS by také mohla ovlivnit biodiverzitu a ekosystémové služby a vytvářet emise skleníkových plynů prostřednictvím zemědělství a používání hnojiv.

v tomto okamžiku je BECCS drahé. Právě teď je na světě pouze jeden pracovní projekt BECCS-závod na ethanol v Decaturu, IL, který zachytil a uložil více než 1, 4 milionu tun CO2. Protože existuje tak málo výzkumných projektů a BECCS je ve velkém měřítku nevyzkoušený, je stále v rané fázi vývoje., Zatímco současné odhady nákladů pro BECCS se pohybují mezi $30 a $ 400 za tunu CO2, studie projekt, který náklady by mohly klesnout na $ 100 na $ 200 za tunu uhlíku do roku 2050. BECCS je však považován za jednu z nejúčinnějších strategií odstraňování oxidu uhličitého pro zajištění dlouhodobého skladování uhlíku.,

Národní Akademií Věd, Inženýrství a Medicíny projektů, které vzhledem k tomu, co víme dnes, zalesňování a obnovy lesa, půdy, ukládání uhlíku, a PŮDY, spolu s udržitelných lesnických postupů řízení (např. řídnutí lesů a předepsané popáleniny) by mohl být zmenšen nahoru, k zachycení a uložení 1 gigatonne uhlíku ročně v USA a 10 gigatun po celém světě. To by však vyžadovalo obrovské změny v zemědělství, lesnictví a nakládání s odpady z biomasy.,

mineralizace Uhlíku

Tato strategie využívá přírodní proces, kde reaktivní materiály jako peridotit nebo čedičové lávy, chemicky pouto s CO2, které tvoří pevný uhličitan minerály, jako je vápenec, který lze ukládat CO2 miliony let. Reaktivní materiály lze kombinovat s kapalinou nesoucí CO2 na stanicích zachycování uhlíku, nebo tekutina může být čerpána do reaktivních horninových útvarů, kde se přirozeně vyskytují.

Vědci na Zemi Institute ‚ s Lamont-Doherty Earth Observatory pracovali na uhlíku, mineralizace na několik let, a jsou hledání způsobů, jak urychlit přirozenou reakcí na zvýšení CO2 příjmu a trvale jej uložit. Profesor výzkumu Lamont David Goldberg a jeho kolegové například studují proveditelnost skladování 50 milionů tun nebo více CO2 v čedičových nádržích na severozápadním Pacifiku., Více než 20 let, projekt bude aplikovat CO2 z průmyslových zdrojů, jako jsou výrobní a elektrárny na fosilní paliva, do čedič 200 mil na moři, na východní křídlo Juan de Fuca Ridge. Tam, pod 2600 metrů vody a dalších 200 metrů sedimentu, čedič nádrž obsahuje pórů prostory, které zaplní jako CO2 mineralizuje do vápenatý vápenec. V této oblasti čedič reaguje rychle a mineralizace by mohla trvat jen dva roky nebo méně., Goldbergův tým analyzoval faktory, včetně toho, jak přepravovat CO2, jak by chemicky reagoval, a jak by se místo mohlo časem sledovat.

dalším krokem je zahájení pilotního projektu pro uložení 10 000 tun CO2. „Pilotní projekt je rozhodující pro posun míče vpřed pro mineralizaci čedičového uhlí na moři, a to jak z technických, tak z regulačních důvodů,“ řekl Goldberg., To by umožnilo vědci experimentovat s různými druhy injekcí—například, zda by měly být kontinuální nebo přerušovaný—a odpovědět na otázky jako ‚jak rychle se pórového prostoru naplnit?“které lze testovat pouze v terénu. Kromě toho je pilotní projekt klíčem k pochopení regulačních důsledků mineralizace uhlíku, protože v současné době neexistují žádné předpisy. Kanada a USA by začaly vytvářet regulační rámec pouze tehdy, když mají pilotní projekt. Goldberg říká, že stále hledají financování pilotního projektu, ale “ je tu velký zájem.,“

Od roku 2012, CarbFix, Islandský projekt, který Goldberg také pracoval, byl zachycování uhlíku a mineralizing to na země je největší geotermální elektrárna řízena Reykjavíku Energie. Zatímco závod běží na obnovitelné geotermální energie, stále vyzařuje malé množství CO2; CarbFix vstřikuje 12.000 tun CO2 ročně do země za 30 dolarů za tunu.

protože mineralizace uhlíku využívá přírodních chemických procesů, má potenciál poskytnout ekonomický, netoxický a trvalý způsob ukládání obrovského množství uhlíku., Nicméně, stále existují technické a environmentální otázky, které musí být zodpovězeny—podle Národní Akademie zprávu, uhlíku, mineralizace mohl kontaminovat vodní zdroje nebo vyvolat zemětřesení.

přímé zachycování vzduchu

přímé zachycování vzduchu nasává oxid uhličitý ze vzduchu pomocí ventilátorů k pohybu vzduchu nad látkami, které se specificky váží na oxid uhličitý., (Tento koncept je založen na „umělý strom“ práci Klaus Lackner, ředitel Centra pro Negativní Emise Oxidu uhličitého na Arizona State University, který byl po mnoho let ředitelem Earth Institute Lenfest Centrum pro Udržitelnou Energii.) Technologie využívá sloučeniny v kapalném roztoku nebo v povlaku na pevné, které zachycují CO2, jak přicházejí do styku s ním; když později vystaveny na teplo a chemické reakce, uvolňují CO2, které pak mohou být komprimovány a uloženy v podzemí., Výhody přímé letecké snímání jsou, že to je vlastně negativní emisí technologií—to může odstranit uhlík, který už v atmosféře, jako protiklad k zachycení nové emise jsou generovány—a systém by mohl být umístěn téměř kdekoliv.

v uhelné elektrárně je asi jedna z deseti molekul výfukových plynů CO2, ale CO2 v atmosféře je méně koncentrovaný. Pouze jedna z 2500 molekul je CO2, takže proces odstraňování CO2 je dražší ve srovnání se zachycením uhlíku z rostlin fosilních paliv., Direct air capture začal na 600 dolarů za tunu uhlíku; v současné době stojí $100-200 dolarů za tunu—stále drahé, částečně proto, že neexistují žádné ekonomické pobídky (např. uhlíková daň) nebo sekundární přínosy pro životní prostředí (jako je zvýšení kvality půdy) k odstraňování CO2 ze vzduchu. Zlepšení technologie tak, aby CO2 mohl být zachycen efektivněji, a / nebo prodej zachyceného CO2 může snížit cenu. Na tom pracují tři společnosti—Swiss Climeworks, Canadian Carbon Engineering a American Global termostat.,

první komerční závod Climeworks poblíž Curychu zachycuje 1000 metrických tun CO2 ročně, které se ve skleníku používá ke zvýšení výnosů plodin o 20 procent. V roce 2017, společnost instalovala direct air capture jednotka jako demo na Reykjavik Energy Islandské rostlin k zachycení malé množství CO2, které pak budou uloženy v podzemí CarbFix.

Climeworks má nyní 14 direct air capture zařízení postavené nebo ve výstavbě v Evropě; jeho italské rostlina používá zachyceného CO2 vyrobit metan paliva pro nákladní automobily.

Carbon Engineering, který se může pochlubit Billem Gatesem jako investorem, má závod v západní Kanadě, který dokáže zachytit jeden milion tun CO2 ročně. Předpokládá, že ve velkém měřítku by mohl odstranit CO2 za 100 až 150 dolarů za tunu. Jeho cílem je použít CO2 k výrobě uhlíkově neutrálních syntetických uhlovodíkových paliv, což by dále snížilo jeho náklady., Společnost tvrdí, že zařízení používající tento proces „vzduch k palivům“, jakmile se zvětší, by mohlo vyrábět palivo za méně než $1 dolar za litr.

Globální Termostat, který je staví svůj první závod v Huntsville, AL, se snaží dostat jeho cenu dolů $50 za tunu prodejem zachyceného CO2 na sodovkárnu. Firma by v zařízeních výrobce limonád stavěla Malé „záchytné závody“, čímž by se snížily náklady na energii a dopravu.

Jedna studie odhaduje, že přímé letecké zachytit bych mohl vysát až 0,5 až 5 gigatun CO2 ročně do roku 2050 se pravděpodobně 40 gigatun do roku 2100., Rozsáhlé přímé zachycování vzduchu by však nakonec mohlo mít dopady na životní prostředí vyplývající z těžby, rafinace, dopravy a likvidace nerostů, které zachycují emise uhlíku.

zatímco přímé zachycování vzduchu má velký potenciál pro odstranění oxidu uhličitého, je stále v rané fázi vývoje. Naštěstí získává nějakou kongresovou podporu ve formě budoucího zákona (Zákon o zachycování uhlíku, využití, technologie, podzemní úložiště a zákon o snížených emisích)., Zákon zdvojnásobuje daňové úlevy pro zachycení a trvale ukládání oxidu uhličitého v geologických formacích a používat jej pro rozšířené ropy zotavení; pro společnosti, které převádějí uhlík na jiné produkty, jako jsou cement, chemikálie, plasty a pohonné hmoty; a poskytuje $35 sleva na dani za tunu CO2 prostřednictvím direct air capture.

zvýšené zvětrávání

horniny a půda se zvětrají reakcí s CO2 ve vzduchu nebo v kyselém dešti, což se přirozeně vyskytuje, když se CO2 ve vzduchu rozpouští v dešťové vodě., Skály se rozpadají a vytvářejí hydrogenuhličitan, uhlíkový dřez, který se nakonec přenáší do oceánu, kde je uložen. Vylepšené zvětrávání urychluje tento proces šířením práškové horniny, jako je čedič nebo olivín, na zemědělské půdě nebo na oceánu. Mohl by být rozdrcen a rozšířen na polích a plážích a dokonce použit pro cesty a hřiště.

zvýšené zvětrávání by mohlo zlepšit kvalitu půdy a protože alkalický hydrogenuhličitan se vyplavuje do oceánu, mohlo by to pomoci neutralizovat okyselení oceánu., Mohlo by však také potenciálně změnit pH půdy a chemické vlastnosti a ovlivnit ekosystémy a podzemní vody. Těžba, broušení a přeprava horniny by byla nákladná, vyžadovala by hodně energie a produkovala další emise uhlíku i znečištění ovzduší. Vzhledem k mnoha proměnným a skutečnosti, že většina hodnocení zvýšeného zvětrávání nebyla v terénu testována, odhady nákladů se velmi liší.,

Ocean alkalizaci, považován za typ rozšířené povětrnostním vlivům, zahrnuje přidání alkalických minerálů jako je olivín, na povrchu oceánu ke zvýšení CO2 příjmu a neutralizovat acidifikace oceánů. Jedna studie odhaduje, že tato strategie by mohla vázat mezi 100 metrických tun na 10 gigatun CO2 ročně, na náklady v rozmezí od $14 na více než 500 dolarů za tunu. Jeho ekologické dopady však nejsou známy.

hnojení Oceánu

hnojení Oceánu by přidat živiny, často žehlička, oceán do řádku řas, které by absorbovat více CO2, pomocí fotosyntézy. Stimulací růstu fytoplanktonu-základu potravinového řetězce-by však hnojení oceánů mohlo ovlivnit místní a regionální produktivitu potravin. Obrovské květy řas mohou také způsobit eutrofizaci a vést k odumřelým zónám vyčerpaným kyslíkem. Kromě možných dopadů na ekosystém má také menší potenciál dlouhodobě zadržovat uhlík.,

Pobřežní modré uhlíku

Slané močály, mangrovy, mořské trávy a jiné rostliny v přílivové mokřady jsou zodpovědné za více než polovinu uhlíku, zachyceného v oceánu a pobřežních ekosystémů. Tento modrý uhlík může být skladován po tisíciletí v rostlinách a sedimentech. Mokřady jsou však ničeny odtokem a znečištěním, suchem a pobřežním rozvojem—každou půlhodinu se ztrácí Plocha fotbalového hřiště seagrass. Obnovení a vytváření mokřadů a jejich Lepší správa by mohly potenciálně zdvojnásobit jejich ukládání uhlíku., Zdravé mokřady také poskytují ochranu před bouří, zlepšují kvalitu vody a podporují mořský život.

existuje jen málo odhadů potenciálu odstraňování uhlíku modrého uhlíku, ale náklady by byly nízké až nulové.

A některé nápady pro budoucnost

Y Combinator, organizace, která finanční prostředky slibný rozjezd, dal si zavolat pro všechny práce na nové typy oxidu uhličitého, odstranění technologií, z nichž žádný dosud nebyly testovány mimo laboratoř., Konkrétně se hledají projekty ve čtyřech oblastech:

• Modifikující geny fytoplanktonu by jim umožnila vázat uhlík v oblastech světového oceánu, které postrádají živiny potřebné pro fotosyntézu.
• Elektro-geo-chemie využívá elektřinu z obnovitelných zdrojů k rozbití slané vody k výrobě vodíku (který může být použit pro palivo) a kyslíku, který v přítomnosti minerálů vytváří vysoce reaktivní roztok. Tento roztok absorbuje oxid uhličitý z atmosféry a přeměňuje ho na hydrogenuhličitan.,enzymové systémy
• urychlují chemické reakce, které by mohly změnit oxid uhličitý na jiné užitečné organické sloučeniny. Y Combinator by chtěl vytvořit enzymové systémy, které to mohou udělat mimo živé buňky, aby se zjednodušila fixace uhlíku.
• poslední myšlenka zahrnuje vytvoření 4,5 milionu malých oáz v pouštích hostit fytoplankton, který by absorboval CO2. Poskytovaly by také čerstvou vodu a podporovaly vegetaci, která by mohla také nasávat uhlík.

Co je potřeba k urychlení odstraňování oxidu uhličitého?,

každá technologie CDR je proveditelná na určité úrovni, ale má nejistoty ohledně nákladů, technologie, rychlosti možné implementace nebo dopadů na životní prostředí. Je jasné, že nikdo neposkytuje konečné řešení změny klimatu.

„samotné odstranění oxidu uhličitého to nemůže udělat,“ řekla Kate Gordonová, kolegyně z Columbia Center pro globální energetickou politiku., „Pokud existuje jedna věc, zpráva IPCC opravdu podtrhuje je, že potřebujeme portfolio—potřebujeme snížit emise dramaticky, musíme přijít s více obnovitelných zdrojů energie, možností, jak nahradit fosilní paliva, musíme nadchnout spoustu věcí, které jsou v současné době běží na ropné a pak musíme udělat obrovské množství oxidu odstranění.“V blízké budoucnosti by chtěla vidět větší nasazení a ramping vyzkoušené strategie, jako strom výsadba stromů a více udržitelných zemědělských postupů.,

Ve skutečnosti, nová studie jen stanoveno, že výsadba stromů a zlepšení managementu pastvin, zemědělské půdy a mokřadů může vázat 21 procent v USA je roční emise skleníkových plynů při relativně nízkých nákladech.

další rozvoj dalších strategií odstraňování oxidu uhličitého bude vyžadovat značné množství peněz.,

„komunita filantropie klimatu to skutečně musí uznat jako součást řešení klimatu-je opravdu důležité, aby se stala součástí tohoto portfolia,“ řekl Gordon. „Potřebujeme také docela významné federální R&D rozpočet vyhrazený na tyto strategie, takže můžeme začít zlepšovat technologie a získat lepší přehled o tom, kolik to stojí, aby každý z těchto věcí, jak jsou efektivní a jak jsou bezpečné.“

stanovení finanční pobídky k odstranění uhlíku, jako je uhlíková daň nebo sankce za emise uhlíku, by také pomohlo.,

“ Toto je další hranice konverzace o energii, klimatu a technologiích,“ řekl Gordon. „Musíme být o krok napřed, pokud chceme zůstat konkurenceschopní—pokud chceme mít i nadále většinu světových čisté energie a pokročilé energetické patenty…Jinak budeme kupovat od někoho jiného, protože někdo to udělá.“