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大気から炭素を取り除くことは、気候の大惨事から私たちを救うことができますか？

気候変動に関する政府間パネル（IPCC）は、地球温暖化を1に制限することを主張している。,5Cは、気候変動の最も壊滅的な影響を回避することができます。 その最近のレポートでは、これを達成するための四つの手段をレイアウトしました—そしてそれらのすべては大気から二酸化炭素を除去することに これは、たとえ私たちが炭素排出量の大部分をゼロに削減したとしても、農業と空の旅からの排出量を完全に排除することは困難であるからです。, そして、すでに大気中にある二酸化炭素は何百年から何千年もの間気候に影響を与える可能性があるため、IPCCは、二酸化炭素除去（CDR）技術が今世紀の100から1000ギガトンのCO2を取り除くために重要であると主張しています。

どのように二酸化炭素を除去することができますか？

CDR戦略にはさまざまなものがあり、すべて開発のさまざまな段階にあり、コスト、便益、リスクが異なります。, 炭素を吸収するために樹木、植物、土壌を使用するCDRアプローチは、何十年もの間大規模で使用されてきました。 各戦略には長所と短所があります。

植林と植林

植物や樹木が成長するにつれて、彼らは大気から二酸化炭素を取り出し、光合成によって糖に変えます。 このように、米国の森林は国の炭素排出量の13パーセントを吸収します。,

追加の木を植えることは、大気からより多くの炭素を除去し、長期間保存するだけでなく、比較的低コストで土壌の質を改善することができます—炭素トン当たり$0-$20。 植林とは、以前は何もなかった場所に植林することですが、森林再生とは、樹木が損傷または枯渇した森林を復元することを意味します。,

しかし、増え続ける世界人口を養うために食糧生産が70によって2050パーセントを増加させる必要があるのと同じように、植林は農業に使用される土地を競うことができます。 でも影響しますので、生物多様性-生態系サービス

森林は何十年も炭素を隔離することができますが、成長には何年もかかり、数十年から何世紀にもわたって飽和する可能性があります。 彼らはまた、山火事、干ばつ、害虫の蔓延などの人的および自然的影響を受けるため、慎重な管理が必要です。,

土壌炭素隔離

植物が光合成で大気から吸収する炭素は、植物が死んで分解すると土壌の一部になります。 それは何千年もの間そこに残ることができますか、気候条件や土壌の管理方法に応じてすぐに放出することができます。 最低の耕作、カバー穀物、作物の回転および分野の助けの土に穀物の残余を残すことはより多くのカーボンを貯える。

土壌炭素隔離は、CO2を最も低いコストで0—100ドルで削減する能力を持っていると考えているIPCCは、土壌炭素隔離は、2-5ギガトンの二酸化炭素を2050年までに除去することができると推定している。 比較すると、世界の発電所は32.5ギガトンのCO2を2017年に放出しました。

土壌炭素隔離はすぐに展開することができ、土壌の健康を改善し、作物収量を増加させることができ、さらに土地や水資源にストレスを与えるこ, しかし、土壌は最初に大量の炭素を貯蔵しますが、気候、土壌の種類、およびそれがどのように管理されているかに応じて、10-100年後に飽和することが

炭素捕捉貯蔵（BECCS）によるバイオエネルギー

発電所でエネルギーのために植物を燃やし、その結果の排出量を捕獲して貯蔵すると、以前に吸収されたCO2 CO2は、その後、強化された油回収のために使用されるか、またはそれが地質層に隔離されている地球に注入することができます。

IPCCは、BECCSが0の間で除去できると推定しています。,炭素の5と5ギガトン2050年までに年。 しかし、世界を2つに保つのに十分な炭素を吸収するためには、エネルギー作物をインドの三倍の大きさまでの土地に植える必要があり、さらに少量のBECCは食糧生産に必要な土地と競合するだろう。 ある研究では、大規模なBECCは、世界の森林被覆を10％減少させ、現在農業に世界的に使用されている倍の水を必要とする可能性があると結論付けました。, BECCはまた、生物多様性や生態系サービスに影響を与え、農業や肥料の使用を通じて温室効果ガスの排出を発生させる可能性があります。

この時点で、BECCSは高価です。 現在、世界で唯一の作業BECCSプロジェクトがあります—ディケーター、イリノイ州のエタノール工場1.4万トン以上のCO2を捕獲して保存しています。 研究プロジェクトが非常に少なく、BECCSは大規模にテストされていないため、まだ開発の初期段階にあります。, BECCSの現在のコスト見積もりは$30と$400COのトン当たり2の範囲ですが、研究プロジェクトでは、100によって炭素のトン当たり$200から$2050にコストが下がる可能性があります。 それにもかかわらず、BECCSは、長期的な炭素貯蔵を提供するための最も潜在的に効果的な二酸化炭素除去戦略の一つと考えられている。,

私たちが今日知っていること、植林と植林、土壌炭素隔離、BECCS、持続可能な林業管理慣行（間伐林や所定の火傷など）を考えると、米国では年間1ギガトン、世界では10ギガトンの炭素を捕獲して貯蔵することができます。 しかし、これは農業、森林、バイオマス廃棄物管理に大きな変化を必要とするでしょう。,

炭素鉱化

この戦略は、かんらん岩や玄武岩の溶岩のような反応性物質がCO2と化学的に結合し、何百万年もCO2を貯蔵できる石灰岩のような固 反応性材料は、炭素捕捉ステーションでCO2を含む流体と組み合わせることができ、または流体は、それらが自然に発生する反応性岩石にポンプで送

地球研究所のLamont-Doherty地球観測所の科学者たちは、数年前から炭素鉱化に取り組んでおり、CO2の取り込みを増加させ、永久にそれを保存するために自然な反応をスピードアップする方法を見つけています。 例えば、Lamont研究教授David Goldbergらは、太平洋岸北西部の玄武岩貯留層に50万トン以上のCO2を貯蔵する可能性を研究しています。, 20年以上にわたり、このプロジェクトは、製造業や化石燃料発電所などの産業源からのCO2を、Juan de Fuca尾根の東側面にある200マイル沖合の玄武岩に注 そこでは、2600メートルの水と別の200メートルの堆積物の下に、玄武岩貯留層には、CO2が炭酸塩石灰岩に鉱化するときに満たされる細孔空間が含まれてい この地域では、玄武岩はすぐに反応し、鉱化は潜在的にわずか二年以下かかる可能性があります。, Goldbergのチームは、CO2の輸送方法、化学的にどのように反応するか、時間の経過とともにサイトをどのように監視できるかなどの要因を分析しました。

次のステップは、10,000トンのCO2を格納するためにそこにパイロットプロジェクトを開始することです。 “技術的および規制上の理由の両方から、玄武岩海洋炭素鉱化のためにボールを前進させるためには、パイロットプロジェクトが重要です”とGoldberg氏は述べ, それは、研究者がさまざまな種類の注射を実験することを可能にします—例えば、連続的であるべきか間欠的であるべきか—そして、”細孔空間はどれくらい速く満たされるのですか？”これは現場でのみテストできます。 さらに、パイロットプロジェクトは、規制が現在存在していないため、炭素鉱化の規制上の影響を理解するための鍵です。 カナダと米国は、パイロットプロジェクトがある場合にのみ、規制の枠組みの作成を開始します。 ゴールドバーグという彼らはまだ見のための資金調達のためのパイロットプロジェクトがあります。,”

2012年以来、ゴールドバーグも取り組んだアイスランドのプロジェクトであるCarbFixは、レイキャビク-エナジーが運営する国内最大の地熱発電所で炭素を捕獲し、それを鉱化している。 プラントは地熱再生可能エネルギーで稼働していますが、それでも少量のCO2を放出します;CarbFixは12,000トンのCO2を毎年地面に30トン注入します。

炭素鉱化は自然の化学プロセスを利用するため、膨大な量の炭素を貯蔵する経済的で無毒で永続的な方法を提供する可能性があります。, しかし、回答する必要がある技術的および環境的な質問がまだあります—National Academiesの報告書によると、炭素鉱化は水資源を汚染したり、地震を引き起こす可

直接空気捕獲

直接空気捕獲は、二酸化炭素に特異的に結合する物質上で空気を移動するためにファンを使用することにより、空気から二酸化炭素, （この概念は、長年にわたり地球研究所のLenfest持続可能なエネルギーセンターのディレクターであったアリゾナ州立大学の負の炭素排出量センターのディレクター、Klaus Lacknerの”人工木”の仕事に基づいています。）この技術は、液体溶液中または固体上のコーティング中の化合物を用いて、それらが接触するとCO2を捕捉し、後で熱や化学反応にさらされるとCO2を放出し、それを圧縮して地下に貯蔵することができる。, 直接空気捕獲の利点は、それが実際に負の排出技術であることです—それは生成されている新しい排出量を捕獲するのではなく、すでに大気中にある

石炭プラントでは、排ガス中の十分子の約一つはCO2ですが、大気中のCO2はあまり集中していません。 2,500分子の中の一つだけがCO2であるため、CO2を除去するプロセスは、化石燃料植物から炭素を捕獲するのに比べて高価です。, 直接空気捕獲は炭素トン当たり600ドルで始まりましたが、現在は100ドル-200ドルの費用がかかります。CO2を除去するための経済的なインセンティブ（炭素税など）や二次的な環境上の利益（土壌品質の向上など）がないため、まだ高価です。 CO2をより効率的に捕獲できるように技術を改善したり、捕獲されたCO2を販売することで価格を下げることができます。 スイス—クライムワークス、カナダ-カーボン-エンジニアリング、アメリカ-グローバル-サーモ,

チューリッヒ近くのClimeworksの最初の商業工場は、年間1,000トンのCO2を捕獲し、温室で作物の収量を20パーセント高めるために使用されています。 2017年、同社はReykjavik Energyのアイスランド工場でデモとして直接空気捕獲ユニットを設置し、CarbFixによって地下に貯蔵される少量のCO2を捕獲しました。

Climeworksは現在、ヨーロッパで建設または建設中の14の直接空気捕獲施設を持っています。

投資家としてビル-ゲイツを誇るカーボンエンジニアリングは、年間CO2の百万トンをキャプチャすることができ、カナダ西部に工場を持っています。 それは大規模で、それはCO2をトン当たり$100から$150のために除去することができると予測しています。 その目的は、利用、CO2をカーボンニュートラル合成炭化水素燃料、さらには低コスト., 同社は、この”空気から燃料への”プロセスを使用する施設は、一度スケールアップされると、リットル1ドル未満の燃料を生産できると主張している。

ハンツビル、アルにその最初の工場を構築しているグローバルサーモスタットは、ソーダ会社にキャプチャされたCO2を販売することにより、$50トンにその価格を取得することを目指しています。 同社は、ソーダメーカーの施設に小さな”キャプチャプラント”を建設することで、エネルギーと輸送のコストを削減します。

ある研究では、直接空気捕獲は0.5から5ギガトンのCO2を2050年までに吸い上げ、おそらく40ギガトンを2100年までに吸うことができると予測してい, しかし、大規模な直接空気捕獲は、最終的に炭素排出量を捕捉する鉱物の抽出、精製、輸送、廃棄物処理に起因する環境への影響を及ぼす可能性があり

直接空気捕獲は二酸化炭素除去のための大きな可能性を秘めているが、それはまだ開発の初期段階にある。 幸いなことに、それは将来の法律（促進炭素捕獲、利用、技術、地下貯蔵、および排出削減法）の形で議会の支持を得ています。, この法律は、地層に二酸化炭素を捕獲して恒久的に貯蔵し、石油回収を強化するために使用するための税額控除を倍増させ、炭素をセメント、化学薬品、プラスチック、燃料などの他の製品に変換する企業に対して、直接空気捕獲による35トン当たりのCO2税額控除を提供します。

強化された風化

岩石や土壌は、空気中のCO2と反応して風化しますまたは酸性雨、これは空気中のCO2が雨水に溶解すると自然に起こります。, 岩石は分解され、炭素シンクである重炭酸塩が生成され、最終的には海に運ばれ、そこで貯蔵されます。 強化された風化は、玄武岩やかんらん石などの粉砕された岩石を農地や海洋に広げることによって、このプロセスを加速させます。 それは畑やビーチに粉砕されて広がり、道や遊び場にも使用されます。

強化された風化は土壌の質を改善することができ、アルカリ性重炭酸塩が海洋に洗い流されると、海洋の酸性化を中和するのに役立ちます。, しかし、土壌のpHや化学的性質を変え、生態系や地下水に影響を与える可能性もあります。 岩石の採掘、粉砕、輸送はコストがかかり、多くのエネルギーを必要とし、大気汚染と同様に追加の炭素排出量を生成します。 多くの変数および高められた風化のほとんどの査定が分野でテストされなかったという事実が原因で、費用の見積もりは大きく変わる。,

海洋アルカリ化は、風化の促進の一種と考えられており、CO2の取り込みを増加させ、海洋の酸性化を打ち消すために、かんらん石などのアルカリ性ミネラルを海洋表面に添加することが含まれています。 ある研究では、この戦略は100メートルトンから10ギガトンのCO2年間、$14から$500トン以上のコストで隔離することができると推定されています。 しかしながら、その生態学的影響は不明である。

海洋受精

海の受精は、光合成を通じてより多くのCO2を吸収する藻類の花を促すために、海に栄養素、しばしば鉄を加えるだろう。 しかし、食物連鎖の基盤である植物プランクトンの成長を刺激することによって、海洋施肥は地域および地域の食糧生産性に影響を与える可能性が 広大な藻類の花はまた、富栄養化を引き起こし、酸素が枯渇したデッドゾーンをもたらす可能性があります。 生態系への影響の可能性に加えて、長期的に炭素を隔離する可能性も低くなります。,

沿岸ブルーカーボン

潮汐湿地における塩湿地、マングローブ、海草および他の植物は、海洋および沿岸生態系に隔離された炭素の半分以上を担っている。 このブルーカーボンは、植物や堆積物に何千年も保存することができます。 しかし、湿地は流出や汚染、干ばつや沿岸開発によって破壊されている—海草のサッカー場サイズのエリアは半時間ごとに失われます。 修復作湿地によって管理すればよる潜在的可能性を秘ダブル炭素量に保管します。, 健康な湿地はまた、嵐の保護を提供し、水質を改善し、海洋生物をサポートします。

ブルーカーボンの炭素除去ポテンシャルについての見積もりはほとんどありませんが、コストはゼロまで低くなります。

そして、将来のためのいくつかのアイデア

Y Combinator、有望なスタートアップに資金を供給する組織は、まだラボの外でテストされていないどれも二酸化炭素除去技術の新しいタイプに取り組んでいるための呼び出しを出しています。,

• 植物プランクトンの遺伝子を改変することで、光合成に必要な栄養素が不足している地球の海洋の地域で炭素を隔離することができます。
• 電気地理化学は、再生可能エネルギー源からの電気を使用して塩水を分解し、水素（燃料に使用できる）と酸素を生成し、鉱物の存在下で反応性の高 この溶液は大気から二酸化炭素を吸収し、それを重炭酸塩に変える。,
• 酵素系は、二酸化炭素を他の有用な有機化合物に変える可能性のある化学反応をスピードアップします。 Y Combinatorを作りたいと思ってい酵素できるシステムな外での生細胞を簡素化炭素固定をします。
• 最後のアイデアは、砂漠に4.5万の小さなオアシスを作り、CO2を吸収する植物プランクトンをホストすることです。 彼らはまた、新鮮な水を提供し、炭素を吸うことができる植生を支えるでしょう。

二酸化炭素除去を進めるために必要なものは何ですか？,

各CDR技術はあるレベルで実現可能ですが、コスト、技術、実装の可能性のある速度、または環境への影響について不確実性があります。 気候変動に対する究極の解決策を提供するものは一つもないことは明らかです。

“二酸化炭素除去だけではそれを行うことはできません。, “IPCCの報告書が強調していることの一つは、ポートフォリオが必要であるということです。排出量を劇的に削減し、化石燃料に代わる再生可能エネルギーの選択肢を増やす必要があり、現在石油で稼働している多くのものを電化し、膨大な量の炭素除去を行う必要があります。”近い将来、彼女は、植林やより持続可能な農業慣行など、実証済みの戦略の展開とランプアップをより多く見たいと思っています。,

実際、新しい研究では、樹木を植え、草原、農地、湿地の管理を改善することが、比較的低コストで米国の年間温室効果ガス排出量の21パーセントを隔離することができると判断されました。

他の二酸化炭素除去戦略をさらに発展させることは、かなりの金額を要するでしょう。,

“気候フィランソロピーコミュニティは、実際にこれを気候ソリューションの一部として認識する必要があります—そのポートフォリオの一部になるこ “我々はまた、かなり重要な連邦Rを必要としています&これらの戦略に特化したd予算は、技術の改善を開始し、これらのことのそれぞれを行うためにどのくらいの費用がかかるか、それらがどれほど効果的であり、どれほど安全であるかをよりよく把握することができるようにします。”

炭素税や炭素排出に対する罰則など、炭素を除去するための財政的インセンティブを確立することも同様に役立つだろう。,

“これはエネルギー、気候、技術の会話の次のフロンティアです”とゴードンは言いました。 “競争力を維持したいのであれば、世界のクリーンエネルギーと高度なエネルギー特許のほとんどを引き続き保有したいのであれば、このことに先んじる必”