Good Mood

kan fjernelse af kulstof fra atmosfæren redde os fra klimakatastrofe?

Det Mellemstatslige Panel om klimaændringer (IPCC) hævder at begrænse den globale opvarmning til 1.,5C kunne afværge de mest katastrofale virkninger af klimaændringer. I sin seneste rapport, det lagt ud fire midler til at opnå dette —og alle af dem er afhængige af at fjerne kuldio .id fra atmosfæren. Dette skyldes, at selvom vi reducerer de fleste af vores kulstofemissioner til nul, ville emissioner fra landbrug og flyrejser være vanskelige at eliminere helt., Og da den kuldioxid, der allerede er i atmosfæren kan påvirke klimaet for hundreder til tusinder af år, IPCC fastholder, at kuldioxid fjernelse (CDR) teknologier, der vil være afgørende for, at slippe af med 100 til 1000 gigaton CO2, der i dette århundrede.

hvordan kan kuldio ?id fjernes?

Der er en række CDR-strategier, alle i forskellige udviklingsstadier og varierer i omkostninger, fordele og risici., CDR-tilgange, der anvender træer, planter og jord til at absorbere kulstof, er blevet brugt i stor skala i årtier; andre strategier, der er mere afhængige af teknologi, er for det meste i demonstrations-eller pilotfasen. Hver strategi har fordele og ulemper.

skovrejsning og genplantning

efterhånden som planter og træer vokser, tager de kuldio .id fra atmosfæren og omdanner det til sukker gennem fotosyntese. På denne måde absorberer amerikanske skove 13 procent af landets kulstofemissioner; globalt opbevarer skove næsten en tredjedel af verdens emissioner.,

plantning af yderligere træer kunne fjerne mere kulstof fra atmosfæren og opbevare det i lang tid, samt forbedre jordkvaliteten til en relativt lav pris—$0 til $20 pr. Skovrejsning indebærer plantning af træer, hvor der ikke tidligere var nogen; genplantning af skov betyder gendannelse af skove, hvor træer er blevet beskadiget eller udtømt.,

skovrejsning kan imidlertid konkurrere om arealer, der anvendes til landbrug, ligesom fødevareproduktionen skal stige 70 procent i 2050 for at brødføde den voksende verdensbefolkning. Det kan også påvirke biodiversitet og økosystemtjenester.

og selvom skove kan binde kulstof i årtier, tager det mange år at vokse og kan blive mættet i årtier til århundreder. De kræver også omhyggelig håndtering, fordi de er udsat for menneskelige og naturlige virkninger såsom brande, tørke og skadedyrsangreb.,kulstofbinding

kulstofbinding

det kulstof, som planter absorberer fra atmosfæren i fotosyntese, bliver en del af jorden, når de dør og nedbrydes. Det kan forblive der i årtusinder, eller det kan frigives hurtigt afhængigt af klimatiske forhold og hvordan jorden styres. Minimal jordbearbejdning, dækafgrøder, afgrøderotation og efterlader afgrøderester på marken hjælper jordbunden med at opbevare mere kulstof.

IPCC, der mener, at jordens kulstofbinding at have evnen til at reducere CO2 på den laveste cost—$0 til $100 per ton—estimater, at jordens kulstofbinding kunne fjerne mellem 2 og 5 gigaton carbon dioxide et år frem til 2050. Til sammenligning frigav verdens kraftværker 32, 5 gigatoner CO2 i 2017.

kulstofbinding i jorden kunne udnyttes øjeblikkeligt og ville forbedre jordens sundhed og øge afgrødeudbyttet; desuden ville det ikke understrege jord-og vandressourcer., Men mens jord lagrer store mængder kulstof i starten, kan det blive mættet efter 10 til 100 år, afhængigt af klima, jordtype og hvordan det styres.

bioenergi med kulstofopsamling og-lagring (BECCS)

Hvis vi brænder planter til energi på et kraftværk og opsamler og opbevarer de resulterende emissioner, fjernes CO2, som planterne tidligere absorberede, fra atmosfæren. CO2 kan derefter anvendes til forbedret olieudvinding eller injiceres i jorden, hvor det er sekvestreret i geologiske formationer.

IPCC vurderer, at BECCS kunne fjerne mellem 0.,5 og 5 gigatoner kulstof om året inden 2050. At absorbere nok kulstof til at holde verden på 2, imidlertid, energiafgrøder skulle plantes over et areal på op til tre gange størrelsen på Indien, ifølge et skøn; og endnu mindre mængder BECCS ville konkurrere med jord, der er nødvendigt til fødevareproduktion. En undersøgelse konkluderede, at BECCS i stor skala kunne medføre, at den globale skovdækning falder 10 procent og kræver dobbelt så meget vand, som det i øjeblikket bruges globalt til landbrug., BECCS kan også ende med at påvirke biodiversitet og økosystemtjenester og generere drivhusgasemissioner gennem brug af landbrug og gødning.

på dette tidspunkt er BECCS dyrt. Lige nu er der kun et fungerende BECCS—projekt i verden – et ethanolanlæg i Decatur, IL, der har fanget og opbevaret over 1, 4 millioner tons CO2. Fordi der er så få forskningsprojekter, og BECCS er uprøvet i stor skala, er det stadig i et tidligt udviklingsstadium., Mens de nuværende omkostningsestimater for BECCS spænder mellem $ 30 og $ 400 pr. ton CO2, undersøgelser projekt, at omkostningerne kan falde til $ 100 til $ 200 pr. ton kulstof i 2050. Ikke desto mindre betragtes BECCS som en af de mest potentielt effektive strategier til fjernelse af kuldio .id til tilvejebringelse af langvarig kulstoflagring.,

De Nationale Akademier af Naturvidenskab, Teknik og Medicin projekter, der i lyset af det, vi kender i dag, nyplantning og genplantning af skov, soil carbon sequestration og BECCS, sammen med bæredygtig skovbrug praksis (såsom udtynding af skove og ordineret brænder) kunne skaleres op til at indfange og lagre 1 gigaton kulstof om året i USA og 10 gigatons globalt. Dette ville imidlertid kræve enorme ændringer i landbruget, skov og biomasse affaldshåndtering.,

Kulstof mineralisering

Denne strategi udnytter en naturlig proces, hvor reaktive materialer som peridotite eller basaltisk lava kemisk obligation med CO2, der danner solid karbonat mineraler som kalk, som kan lagre CO2 i undergrunden i millioner af år. De reaktive materialer kan kombineres med CO2-bærende væske ved kulstofindfangningsstationer, eller væsken kan pumpes ind i reaktive klippeformationer, hvor de naturligt forekommer.

forskere ved Earth Institute ‘ s Lamont-Doherty Earth Observatory har arbejdet med kulstofmineralisering i flere år og finder måder at fremskynde den naturlige reaktion for at øge CO2-optagelsen og permanent opbevare den. Lamont-forskningsprofessor David Goldberg og hans kolleger studerer for eksempel muligheden for at opbevare 50 millioner tons eller mere CO2 i basaltreservoirer i det nordvestlige Stillehav., Over 20 år, projektet ville injicere CO2-emissioner fra industrielle kilder, såsom produktion og fossile kraftværker, i basalt 200 km offshore, på den østlige flanke af Juan de Fuca Ridge. Der, under 2600 meter vand og yderligere 200 meter sediment, indeholder basaltreservoiret porerum, der ville fylde op, når CO2 mineraliseres til carbonatkalksten. På dette område reagerer basalten hurtigt, og mineralisering kan potentielt kun tage to år eller mindre., Goldbergs team har analyseret faktorer, herunder hvordan man transporterer CO2, hvordan det ville reagere kemisk, og hvordan siteebstedet kunne overvåges over tid.

det næste trin er at lancere et pilotprojekt der for at opbevare 10.000 ton CO2. “En pilot-projektet er afgørende for at flytte bolden fremad for basalt offshore carbon mineralisering, både af tekniske og lovgivningsmæssige grunde,” sagde Goldberg., Det ville gøre det muligt for forskerne at eksperimentere med forskellige slags injektioner—for eksempel om de skal være kontinuerlige eller intermitterende—og besvare spørgsmål som ‘Hvor hurtigt fylder porerummet?’som kun kan testes i marken. Derudover er et pilotprojekt nøglen til at forstå de lovgivningsmæssige konsekvenser af kulstofmineralisering, da der ikke findes nogen regler i øjeblikket. Canada og USA vil først begynde at skabe et regelsæt, når de har et pilotprojekt. Goldberg siger, at de stadig leder efter finansiering til et pilotprojekt, men “der er meget interesse.,”

siden 2012 har Carbfi., et islandsk projekt, som Goldberg også arbejdede på, fanget kulstof og mineraliseret det på landets største geotermiske kraftværk, der drives af Reykjavik Energy. Mens anlægget kører på geotermisk vedvarende energi, udsender det stadig en lille mængde CO2; Carbfi.sprøjter 12.000 tons CO2 årligt i jorden for $ 30 pr.da kulstofmineralisering drager fordel af naturlige kemiske processer, har det potentialet til at give en økonomisk, ikke-giftig og permanent måde at opbevare enorme mængder kulstof på., Der er dog stadig tekniske og miljømæssige spørgsmål, der skal besvares—ifølge National Academies-rapporten kan kulstofmineralisering muligvis forurene vandressourcer eller udløse jordskælv.

Direkte luftoptagelse

Direkte luftoptagelse suger kuldio .id ud af luften ved at bruge ventilatorer til at flytte luft over stoffer, der binder specifikt til kuldio .id., (Dette koncept er baseret på “kunstig træ” arbejde af Klaus Lackner, direktør for Center for Negativ Kulstof-Emissioner på Arizona State University, der var i mange år direktør for Earth Institute ‘ s Lenfest Center for Bæredygtig Energi.) Teknologien anvender forbindelser i en flydende opløsning eller i en belægning på et fast stof, der fanger CO2, når de kommer i kontakt med det; når de senere udsættes for varme og kemiske reaktioner, frigiver de CO2, som derefter kan komprimeres og opbevares under jorden., Fordelene ved direkte fly-capture er, at det faktisk er en negativ emissioner teknologi—det kan fjerne kulstof, der allerede er i atmosfæren, i modsætning til at opfange nye emissioner, der genereres—og de systemer, kan placeres næsten hvor som helst.

på et kulanlæg er ca.en ud af ti molekyler i udstødningsgas CO2, men CO2 i atmosfæren er mindre koncentreret. Kun en ud af 2.500 molekyler er CO2, så processen til fjernelse af CO2 er dyrere sammenlignet med at fange kulstof fra fossile brændstofanlæg., Direkte fly fange startet ud på $600 per ton kulstof, der i øjeblikket koster det $100-$200 ton—stadig dyrt, dels fordi der er ingen økonomiske incitamenter (såsom en carbon skat) eller sekundære miljømæssige fordele (såsom forbedret jordkvalitet) til at fjerne CO2 fra luften. Forbedring af teknologien, så CO2 kan fanges mere effektivt, og / eller salg af den fangede CO2 kan bringe prisen ned. Tre virksomheder-s .iss Clime .orks, Canadian Carbon Engineering og American Global termostat—arbejder på dette.,clime .orks første kommercielle fabrik nær .ichrich fanger 1.000 tons CO2 om året, som bruges i et drivhus for at øge afgrødeudbyttet med 20 procent. I 2017 installerede virksomheden en direkte luftfangningsenhed som en demo på Reykjavik Energys Islandske anlæg for at fange en lille mængde CO2, der derefter opbevares under jorden af Carbfi..

Clime .orks har nu 14 direkte luftfangningsanlæg bygget eller under opførelse i Europa; dets italienske anlæg bruger det opsamlede CO2 til at fremstille metanbrændstof til lastbiler.Carbon Engineering, der kan prale af Bill Gates som investor, har en fabrik i det vestlige Canada, der kan fange en million tons CO2 om året. It-projekter, der i stor skala kunne fjerne CO2 for $ 100 til $ 150 pr. Dets mål er at bruge CO2 til at fremstille kulstofneutrale syntetiske kulbrintebrændstoffer, hvilket vil sænke omkostningerne yderligere., Virksomheden hævder, at en facilitet, der bruger denne” luft til brændstof ” – proces, når den først er opskaleret, kunne producere brændstof til mindre end $ 1 dollar pr.Global termostat, der bygger sin første fabrik i Huntsville, AL, sigter mod at få sin pris ned til $50 pr. Virksomheden ville bygge små on-site” capture planter ” på soda maker faciliteter, hvilket reducerer omkostningerne til energi og transport.en undersøgelse forventede, at direkte luftfangst kunne suge op 0, 5 til 5 gigatonner CO2 om året i 2050 med muligvis 40 gigatonner i 2100., Imidlertid kan direkte luftfangst i stor skala i sidste ende have miljøpåvirkninger, der stammer fra udvinding, raffinering, transport og bortskaffelse af affald af de mineraler, der fanger kulstofemissionerne.

mens direkte luftoptagelse har et stort potentiale for fjernelse af kuldio .id, er det stadig på et tidligt udviklingsstadium. Heldigvis, det er at få nogle Kongressens støtte i form af den fremtidige lov (fremme carbon capture, udnyttelse, teknologi, underjordisk opbevaring, og reduceret emission Act)., Loven fordobler skattefradrag til at opfange og permanent lagring af kuldioxid i geologiske formationer og bruge det til enhanced oil recovery; for virksomheder, der konverterer kul til andre produkter såsom cement, kemikalier, plastik og brændstoffer, og giver et $35 skattefradrag per ton CO2 via direkte fly fange.

forbedret forvitring

klipper og jord bliver forvitret ved at reagere med CO2 i luften eller i sur regn, hvilket naturligt opstår, når CO2 i luften opløses i regnvand., Klipperne bryder ned og skaber bicarbonat, en kulstofvask, som til sidst bæres i havet, hvor den opbevares. Forbedret forvitring fremskynder denne proces ved at sprede pulveriseret sten, såsom basalt eller olivin, på landbrugsjord eller på havet. Det kunne knuses og spredes på marker og strande og endda bruges til stier og legepladser.forbedret forvitring kan forbedre jordkvaliteten, og når det alkaliske bicarbonat vasker ud i havet, kan det hjælpe med at neutralisere forsuring af havet., Men det kan også potentielt ændre jordens pH og kemiske egenskaber og påvirke økosystemer og grundvand. Minedrift, slibning og transport af klippen ville være dyrt, kræver meget energi og producerer yderligere kulstofemissioner såvel som luftforurening. På grund af de mange variabler og det faktum, at de fleste vurderinger af forbedret forvitring ikke er testet i marken, varierer omkostningsestimater meget.,

Havalkalisering, der betragtes som en type forbedret forvitring, involverer tilsætning af alkaliske mineraler, såsom olivin, til havoverfladen for at øge CO2-optagelsen og modvirke forsuring af havet. En undersøgelse anslog, at denne strategi kunne sekvestrere mellem 100 tons til 10 gigatonnes CO2 om året for omkostninger fra $14 til over $500 et ton. Dens økologiske virkninger er imidlertid ukendte.

Ocean befrugtning

Havgødning ville tilføje næringsstoffer, ofte jern, til havet for at få algeopblomstringer, hvilket ville absorbere mere CO2 gennem fotosyntese. Ved at stimulere væksten af fytoplankton—grundlaget for fødekæden—kan havgødning imidlertid påvirke lokal og regional fødevareproduktivitet. Store algeopblomstringer kan også forårsage eutrofiering og resultere i døde zonesoner udtømt af ilt. Ud over dets mulige økosystempåvirkninger har det også mindre potentiale til at sekvestrere kulstof på lang sigt.,

Kystnære blå carbon

strandenge, mangrover, hav, græs og andre planter i tidevands vådområder er ansvarlig for mere end halvdelen af kuldioxid afsondret i havet og de kystnære økosystemer. Dette blå kulstof kan opbevares i årtusinder i planter og sedimenter. Imidlertid, vådområder ødelægges af afstrømning og forurening, tørke og kystudvikling—et fodboldbane-stort område med havgræs går tabt hver halve time. Gendannelse og oprettelse af vådområder og styring af dem bedre kunne potentielt fordoble deres kulstoflagring., Sunde vådområder giver også stormbeskyttelse, forbedrer vandkvaliteten og understøtter livet i havet.

Der er få estimater af kulstoffjernelsespotentialet for blåt kulstof, men omkostningerne ville være lave til nul.

og nogle ideer til fremtiden

Y Combinator, en organisation, der finansierer lovende startups, har opfordret til at arbejde på nye typer teknologier til fjernelse af kuldio .id, hvoraf ingen endnu er testet uden for et laboratorium., Specifikt søger de projekter på fire områder:

• ændring af generne af fytoplankton ville gøre det muligt for dem at sekvestrere kulstof i områder af det globale hav, der mangler de næringsstoffer, der er nødvendige til fotosyntese.
• Elektro-geo-kemi bruger elektricitet fra vedvarende energikilder til at bryde saltholdigt vand ned til at producere brint, som kan bruges til brændstof) og ilt, som, i tilstedeværelse af mineraler, producerer en meget reaktive løsning. Denne opløsning absorberer kuldio .id fra atmosfæren og gør det til bicarbonat.,
• en .ymsystemer fremskynder kemiske reaktioner, der kan ændre kuldio .id til andre nyttige organiske forbindelser. Y Combinator vil gerne oprette en .ymsystemer, der kan gøre dette uden for levende celler for at forenkle carbonfiksering.
• den sidste id.involverer at skabe 4, 5 millioner små oaser i ørkener for at være vært for fytoplankton, der ville absorbere CO2. De ville også give ferskvand og støtte vegetation, der også kunne suge op kulstof.

Hvad er nødvendigt for at fremme fjernelse af kuldio ?id?,

hver CDR-teknologi er mulig på et eller andet niveau, men har usikkerheder omkring omkostninger, teknologi, hastigheden af mulig implementering eller miljøpåvirkninger. Det er klart, at ingen enkelt giver den ultimative løsning på klimaændringer.

“fjernelse af Kuldio .id alene kan ikke gøre det,” sagde Kate Gordon, en fyr ved Columbia Center for Global energipolitik., “Hvis der er én ting IPCC-rapport, der virkelig understreger, at vi har brug for en portefølje—vi er nødt til at reducere udledningen dramatisk, vi er nødt til at komme op med mere vedvarende energi muligheder for at erstatte fossile brændstoffer, og vi er nødt til at elektrificere en masse ting, der i øjeblikket kører på råolie og så er vi nødt til at gøre en enorm mængde af kulstof fjernelse.”På kort sigt vil hun gerne se mere implementering og rampe op af afprøvede og sande strategier, såsom træplantning af træer og mere bæredygtig landbrugspraksis.,

I virkeligheden, en ny undersøgelse, der netop besluttet, at plante træer og forbedre forvaltning af overdrev, landbrugsjord og vådområder, der kan binde 21 procent af USA ‘ s årlige drivhusgasemissioner ved relativt lave omkostninger.

udvikling af andre kuldio .id fjernelse strategier yderligere vil tage betydelige mængder af penge.,

” klimafilantropisamfundet er faktisk nødt til at anerkende dette som en del af klimaløsningen—det er virkelig vigtigt, at det bliver en del af denne portefølje,” sagde Gordon. “Vi har også brug for en temmelig betydelig federal R&D budget, der er afsat til disse strategier, så vi kan begynde at forbedre teknologien og få en bedre forståelse af, hvor meget det koster at gøre hver enkelt af disse ting, hvor effektive de er, og hvor sikre de er.”

etablering af et økonomisk incitament til at fjerne kulstof, såsom en kulstofafgift eller sanktioner for udsendelse af kulstof, ville også hjælpe.,

“dette er den næste grænse for energi, klima og teknologi samtale,” sagde Gordon. “Vi er nødt til at være foran denne ting, hvis vi ønsker at forblive konkurrencedygtige—hvis vi vil fortsætte med at have det meste af verdens rene energi og avancerede energipatenter…ellers køber vi det fra en anden, fordi nogen vil gøre det.”