Good Mood

Kan Fjerne Karbon Fra Atmosfæren Redde Oss Fra Klima-Katastrofe?

The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) hevder at det å begrense global oppvarming til 1.,5C kunne avverge de mest katastrofale virkninger av klimaendringer. I sin siste rapport, er det lagt ut fire middel for å oppnå dette —og alle av dem er avhengige av å fjerne karbondioksid fra atmosfæren. Dette er fordi at selv om vi kutter de fleste av våre utslipp ned til null, utslipp fra jordbruk og flyreiser vil være vanskelig å fjerne helt., Og siden karbondioksid som allerede er i atmosfæren kan påvirke klimaet i hundrevis til tusenvis av år, IPCC hevder at karbondioksid fjerning (CDR) teknologi vil være avgjørende for å bli kvitt 100 til 1000 gigatonnes av CO2 i dette århundre.

Hvordan kan karbondioksid fjernes?

Det er et utvalg av CDR strategier, alle i forskjellige stadier av utvikling, og varierer i kostnad, nytte og risiko., CDR tilnærminger som bruker trær, planter og jord til å ta opp karbon har vært brukt i stor skala i mange tiår, andre strategier som stoler mer på teknologi er det meste på demonstrasjon eller pilot stadier. Hver strategi har fordeler og ulemper.

Skogplanting og skogplanting

Som planter og trær vokser, de tar karbondioksid fra atmosfæren og gjør det om til sukker gjennom fotosyntesen. På denne måten, AMERIKANSKE skoger absorbere 13 prosent av landets utslipp; globalt, store skoger nesten en tredjedel av verdens utslipp.,

å Plante flere trær kunne fjerne mer karbon fra atmosfæren og lagre den for lang tid, så vel som forbedre jordkvalitet til en relativt lav kostnad—$0 til $20 per tonn karbon. Skogplanting innebærer å plante trær der var det ingen tidligere; skogplanting betyr å gjenopprette skog hvor trærne har blitt skadet eller utarmet.,

Skogplanting, men kunne konkurrere med land som brukes for landbruk akkurat som matproduksjonen må øke med 70 prosent innen 2050 for å fø verdens voksende befolkning. Det kan også påvirke biologisk mangfold og økosystemtjenester.

Og selv om skog kan sequester karbon i flere tiår, de tar mange år å vokse, og kan bli mettet i flere tiår til århundrer. De krever også forsiktig management fordi de er underlagt menneskelige og naturlige påvirkninger som for eksempel wildfires, tørke og skadedyr infestations.,

Jord lagring av karbon

karbon som planter absorberer fra atmosfæren i fotosyntesen blir en del av jord når de dør og brytes ned. Det kan fortsatt være der i årtusener, eller det kan bli løslatt raskt avhengig av klimatiske forhold og hvordan jordsmonnet er klart. Minimal jordbearbeiding, dekke avlinger, vekstskifte og forlater beskjære rester på feltet hjelp jord lagre mer karbon.

IPCC, som anser jord karbon lagring av å ha evnen til å redusere CO2 til lavest mulig kostnad—$0 til $100 per tonn, anslår at jord karbon karbonlagring kan ta mellom 2 og 5 gigatonnes av karbondioksid i året innen 2050. Ved sammenligningen, verdens kraftverk gitt ut 32.5 gigatonnes av CO2 i 2017.

Jord lagring av karbon vil kunne brukes umiddelbart, og vil bedre jord helse og øke crop yield, men det ville ikke stress land-og vannressurser., Men mens jord lagrer store mengder karbon i begynnelsen, kan det bli mettet etter 10 til 100 år, avhengig av klima, jordtype og hvordan det forvaltes.

Bioenergi med karbonfangst og-lagring (BECCS)

Hvis vi brenner planter til energi i et kraftverk og ta bilde og lagre den resulterende utslipp, CO2-anleggene tidligere absorbert er fjernet fra atmosfæren. CO2 kan deretter brukes til økt oljeutvinning eller injiseres i en verden hvor det er trukket i geologiske formasjoner.

IPCC anslår at BECCS kunne fjerne mellom 0.,5 og 5 gigatonnes av karbon i året innen 2050. Til å absorbere nok karbon til å holde verden på 2, imidlertid, energi avlinger ville trenge å bli plantet over et område av landet opp til tre ganger størrelsen av India, ifølge anslag, og selv mindre mengder BECCS ville konkurrere med land som er nødvendig for matproduksjon. En studie konkluderte med at stor-skala BECCS kan forårsake global skog å falle 10 prosent, og krever to ganger så mye vann som brukes i dag over hele verden for landbruk., BECCS kan også ende opp med å påvirke biologisk mangfold og økosystemtjenester, og genererer klimagassutslipp gjennom jordbruk og gjødsel bruk.

På dette punktet, BECCS er dyrt. Akkurat nå er det bare en arbeidsdag BECCS prosjektet i verden—en ethanol plant i Decatur, IL som har fanget og lagret over 1,4 millioner tonn CO2. Fordi det er så få forskningsprosjekter og BECCS er uprøvd på en stor skala, er det fortsatt i en tidlig fase av utviklingen., Mens gjeldende kostnadsanslag for BECCS rekkevidde mellom $30 og $400 per tonn CO2, studier prosjekt som kostnader kan slippe til $100 til $200 per tonn karbon innen 2050. Likevel, BECCS er betraktet som en av de potensielt effektiv karbondioksid fjerning strategier for å gi langsiktig lagring av karbon.,

The National Academies of Sciences, Ingeniørfag og Medisin prosjekter som er gitt det vi vet i dag, skogplanting og skogplanting, jord lagring av karbon, og BECCS, sammen med bærekraftig skogbruk praksis (for eksempel tynning av skog og foreskrevet brenner) kunne skaleres opp til å fange og lagre 1 gigatonne av karbon et år i USA og 10 gigatonnes globalt. Dette ville imidlertid kreve store endringer i jordbruk, skog og biomasse avfallshåndtering.,

Karbon mineralization

Denne strategien utnytter en naturlig prosess hvor reaktive materialer som peridotite eller basaltisk lava kjemisk bånd med CO2 og danner solid karbonat mineraler som for eksempel kalkstein som kan lagre CO2 i millioner av år. Den reaktive materialer kan være kombinert med CO2-lager væske på karbonfangst-stasjoner, eller væske kan pumpes inn i reaktiv fjellformasjoner der de naturlig forekommer.

Forskere på Jorden instituttets Lamont-Doherty Earth Observatory har jobbet på karbon mineralization i flere år, og er å finne måter på å fremskynde den naturlige reaksjon å øke CO2-opptak og lagring av det. Lamont forskning professor David Goldberg og hans kolleger, for eksempel, er å studere muligheten for lagring av 50 millioner tonn eller mer av CO2 i basalt reservoarer i Pacific Northwest., I Over 20 år, prosjektet ville injisere CO2 fra industrielle kilder, slik som produksjon og fossil fuel power plants, i basalt 200 miles offshore, på den østlige flanken av Juan de Fuca Ridge. Der, under 2600 meter vann og annen 200 meter av sediment, den basalt reservoaret inneholder pore områder som ville fylle opp som CO2 mineralizes til karbonat kalkstein. I dette området, basalt reagerer raskt og mineralization potensielt kan ta kun to år eller mindre., Goldberg team har analysert faktorer, inkludert hvordan å transportere CO2, hvordan det ville reagere kjemisk, og hvordan de kan overvåkes over tid.

Det neste trinnet er å sette i gang et pilotprosjekt der for å lagre for 10 000 tonn CO2. «Et pilot-prosjekt som er avgjørende for å flytte ballen fremover for basalt offshore karbon mineralization, både for tekniske og lovmessige grunner,» sier Goldberg., Det vil gjøre det mulig for forskere å eksperimentere med forskjellige typer injeksjoner—for eksempel, om de skal være et kontinuerlig eller tilbakevendende problem—og svare på spørsmål som » hvor fort virker pore space fylle opp?»som kan bare bli testet i felten. I tillegg, en pilot prosjektet, er nøkkelen til å forstå de regulatoriske implikasjonene av karbon mineralization, siden ingen forskrifter i dag eksisterer. Canada og USA ville bare begynne med å lage et regelverk når de har et pilot-prosjekt. Goldberg sier de er fortsatt på jakt etter finansiering for et pilotprosjekt, men «Det er mye av interesse.,»

Siden 2012, CarbFix, en Islandsk prosjekt som Goldberg har også jobbet på, har vært å fange karbon og mineralizing det på landets største geotermiske anlegg som drives av Reykjavik Energy. Mens anlegget kjører på geotermisk fornybar energi, er det fortsatt sender ut en liten mengde CO2; CarbFix injiserer rundt 12 000 tonn CO2 årlig i bakken for $30 per tonn.

Fordi karbon mineralization tar nytte av naturlige kjemiske prosesser, den har potensial til å gi en økonomisk, ikke-giftig og permanent måte å lagre store mengder karbon., Det er imidlertid fortsatt tekniske og miljømessige spørsmål som må besvares—i henhold til National Academies rapporten, karbon mineralization kunne forurense vann ressurser eller utløse jordskjelv.

Direct air capture

Direct air capture suger karbondioksid ut av luften ved hjelp fans til å flytte luft over stoffer som binder seg spesifikt til karbondioksid., (Dette konseptet er basert på «kunstig tre» arbeider av Klaus Lackner, direktør for Senter for Negative Utslipp ved Arizona State University, som var i mange år leder av Jorden instituttets Lenfest Senter for Bærekraftig Energi.) Teknologi sysselsetter forbindelser i en væske løsning eller i et belegg på et fast at fangst av CO2 som de kommer i kontakt med det; når du senere utsettes for varme og kjemiske reaksjoner, de slipper CO2, som deretter kan bli komprimert og lagret i undergrunnen., Fordelene med direct air capture er at det er faktisk en negativ utslipp teknologi—det kan fjerne karbon som allerede er i atmosfæren, i motsetning til fange nye utslipp som genereres—og-systemer kan plasseres nesten hvor som helst.

På et kullkraftverk, om lag en av ti molekyler i eksos gass er CO2, men CO2 i atmosfæren er mindre konsentrert. Bare én i 2,500 molekyler er CO2, slik at prosessen for å fjerne CO2 er mer kostbart i forhold til å fange karbon fra fossile drivstoff planter., Direct air capture startet på $600 per tonn karbon; i dag det koster $100-$200 per tonn, fortsatt dyrt, delvis fordi det er ingen økonomiske insentiver (for eksempel karbon-skatt) eller sekundær miljømessige fordeler (for eksempel forbedret jord kvalitet) for å fjerne CO2 fra luften. Forbedre teknologien, slik at CO2 kan fanges mer effektivt, og/eller selge fanget CO2 kan få prisen ned. Tre selskaper—Sveitsiske Climeworks, Kanadiske Karbon Engineering, og Amerikanske Global Termostat—arbeider på dette.,

Climeworks første kommersielle anlegg nær Zürich fanger 1000 tonn CO2 i året, som er brukt i et drivhus for å øke avlingen gir med 20 prosent. I 2017, selskapet installert en direct air capture-enheten som en demo på Reykjavik Energy Islandske system for å fange opp en liten mengde CO2 som deretter blir lagret i undergrunnen ved CarbFix.

Climeworks har nå 14 direct air capture fasiliteter som er bygget eller er under bygging i Europa, og den italienske fabrikken bruker fanget CO2 til å gjøre metan drivstoff for lastebiler.

Karbon Engineering, som har Bill Gates som en investor, har et anlegg i vest-Canada som kan ta opp i en million tonn CO2 i året. Det prosjekter som i stor skala, det kan fjerne CO2 fra $100 til $150 per tonn. Målet er å bruke CO2 til å gjøre karbon-nøytrale syntetiske hydrokarboner brensel, som vil ytterligere redusere kostnadene sine., Selskapet hevder at et anlegg ved hjelp av denne «Luft til Brensel» prosessen, når skalert opp, kunne produsere drivstoff på mindre enn $1 dollar pr liter.

Global Termostat, som er å bygge sin første fabrikk i Huntsville, AL, satser på å få prisen ned til $50 massevis av selger fanget CO2 til en brus selskapet. Selskapet vil bygge små on-site «fange planter» på brus maker fasiliteter, og dermed redusere kostnadene for energi og transport.

En studie anslått at direct air capture kunne suge opp 0,5 til 5 gigatonnes av CO2 i året innen 2050, med muligens 40 gigatonnes innen 2100., Imidlertid stor skala direct air capture slutt kan ha miljømessige konsekvenser som følge av utvinning, foredling, transport og avfall av mineraler som fanger opp karbon-utslipp.

Mens direct air capture har stort potensial for karbondioksid fjerning, det er fortsatt på et tidlig stadium av utviklingen. Heldigvis, det er å få noen Kongressens støtte i form av FREMTIDIG Handling (Fremme karbonfangst, Utnyttelse, Teknologi, Underjordisk lagring og Redusert Utslipp Act)., Loven dobler skattefradrag for fangst og permanent lagring av karbondioksid i geologiske formasjoner, og bruke den til økt oljeutvinning, for selskaper som omdanner karbonet til andre produkter som for eksempel sement, kjemikalier, plast og brensel, og gir en $35 skatt kreditt per tonn CO2 via direct air capture.

Forbedret forvitring

Steiner og jord blir forvitret ved å reagere med CO2 i lufta eller i sur nedbør, som naturlig oppstår når CO2 i luft oppløses i vann., Steiner bryte ned, skape bicarbonate, en karbon-sink, som til slutt gjennomført i havet der den er lagret. Forbedret forvitring hastigheter opp denne prosessen ved å spre pulverisert stein, slik som basalt eller olivin, på jordbruksareal eller på havet. Det kan bli knust og fordelt på områder og strender, og til og med brukes for stier og lekeplasser.

Forbedret forvitring kunne forbedre jordkvalitet, og som alkaliske bicarbonate vasker i havet, kan det hjelpe nøytralisere forsuring av havet., Men det kan også potensielt endre jord pH og kjemiske egenskaper, og påvirker økosystemer og grunnvann. Gruvedrift, sliping og transport av stein ville være kostbart, krever mye energi og produsere flere og utslipp samt luftforurensning. På grunn av de mange variabler og det faktum at de fleste vurderinger av økt forvitring har ikke blitt testet i felten, kostnadsanslag varierer mye.,

Ocean alkalinization, anses som en form av økt forvitring, innebærer å legge alkaliske mineraler som olivin, til havoverflaten for å øke CO2-opptaket og motvirke forsuring av havet. En studie beregnet at denne strategien kan sequester mellom 100 tonn til 10 gigatonnes av CO2 i året, for koster alt fra $14 til over $500 tonn. Dens økologiske virkninger, er imidlertid ukjent.

Ocean befruktning

Ocean befruktning vil tilføre næringsstoffer, ofte strykejern, til havet for å be algeoppblomstringer, som ville ta opp mer CO2 gjennom fotosyntesen. Imidlertid, ved å stimulere veksten av planteplankton—grunnlaget for næringskjeden—ocean befruktning kan påvirke lokal og regional mat produktivitet. Store algeoppblomstringer kan også føre til overgjødsling og resultere i død soner utarmet av oksygen. I tillegg til at det er mulig økosystem konsekvenser, er det også har mindre potensial til å sequester karbon over lang sikt.,

Kyst blått karbon

Salt marshes, mangroves, havet gress og andre planter i tidevanns våtmarker er ansvarlig for mer enn halvparten av karbon trukket i hav og kystnære økosystemer. Dette blått karbon kan lagres i årtusener i planter og sedimenter. Imidlertid, våtmarker blir ødelagt på grunn av avrenning og forurensning, tørke og coastal development—en fotballbane-size-området i sjøgress er tapt hver halve time. Gjenopprette og skape våtmarker og håndtere dem bedre potensielt kan doble sin karbonlagring., Sunn våtmarker gir også storm beskyttelse, forbedre vannkvaliteten og støtte marine liv.

Det er noen estimater av karbon fjerning potensialet i blått karbon, men kostnadene ville være lave til null.

Og noen ideer for fremtiden

Y Combinator, en organisasjon som midler lovende selskaper i oppstartsfasen, har lagt ut en oppfordring til alle som arbeider på nye typer av karbondioksid fjerning teknologier, og ingen av disse har ennå ikke blitt testet utenfor et laboratorium., Spesielt, de er på jakt etter prosjekter i fire områder:

• Endre genene av planteplankton som ville gjøre dem i stand til å sequester karbon i områder av den globale hav som mangler næringsstoffer som er nødvendig for fotosyntesen.
• Elektro-geo-kjemi bruker elektrisitet fra fornybare kilder til å bryte saltvann ned for å produsere hydrogen (som kan brukes til drivstoff) og oksygen, som, i nærvær av mineraler, produserer et svært reaktivt løsning. Denne løsningen absorberer karbondioksid fra atmosfæren og gjør den om til bicarbonate.,
• Enzym systemer raskere kjemiske reaksjoner som kan endre karbondioksid til andre nyttige organiske forbindelser. Y Combinator ønsker å lage enzym systemer som kan gjøre dette utenfor levende celler for å forenkle karbon fiksering.
• Den siste ideen innebærer å skape 4,5 millioner små oaser i ørkenen for å være vert for planteplankton som ville ta opp CO2. De ville også gi friskt vann og støtte vegetasjon som også kunne suge opp karbon.

Hva som er nødvendig for å fremme karbondioksid fjerning?,

Hver CDR-teknologi er mulig på noen nivå, men har usikkerhet om kostnader, teknologi, hastigheten på mulig gjennomføring, eller miljømessige konsekvenser. Det er klart at ingen enkelt gir den ultimate løsningen for å klimaendringer.

«karbondioksid fjerning alene kan ikke gjøre for det,» sa Kate Gordon, en stipendiat ved Columbia Center on Global Energy Policy., «Hvis det er én ting IPCC-rapporten virkelig understreker er at vi trenger en portefølje—vi må redusere utslippene dramatisk, vi trenger å komme opp med flere alternativer innen fornybar energi for å erstatte fossil energi, vi trenger å elektrifisere en masse ting som for øyeblikket kjøres på petroleum og så må vi gjøre en enorm mengde karbon fjerning.»I nær sikt hun ønsker å se mer distribusjon og trapper opp av prøvd og sanne strategier, slik som tre plante trær og mer bærekraftige jordbruksmetoder.,

faktisk en ny studie bare bestemt at planting av trær og forbedre forvaltning av gressletter, landbruks-land og våtmarker kan sequester 21 prosent av den AMERIKANSKE årlige klimagassutslipp til en relativt lav kostnad.

å Utvikle andre karbondioksid fjerning strategier for videre kommer til å ta betydelige mengder penger.,

«klima filantropi samfunnet faktisk trenger for å oppfatte dette som en del av klima-løsning—det er veldig viktig at blir en del av porteføljen,» sa Gordon. «Vi trenger også en ganske betydelig føderal R&D budsjett dedikert til disse strategiene slik at vi kan begynne å forbedre teknologien og få et bedre grep på hvor mye det har kostet å gjøre hver av disse tingene, hvor effektive de er og hvor sikre de er.»

å Etablere et økonomisk insentiv til å fjerne karbon, for eksempel karbon-skatt eller betale for å slippe ut karbon ville hjelpe så godt.,

«Dette er den neste grensen av energi, klima og teknologi samtale,» sa Gordon. «Vi trenger å være i forkant av denne saken hvis vi ønsker å være konkurransedyktig—hvis vi ønsker å fortsette å ha det meste av verden er ren energi og avanserte energi patenter…Ellers vil vi være å kjøpe det fra noen andre, fordi noen kommer til å gjøre det.»