Att fånga koldioxid i mineraler sker naturligt under tusentals år. Kan människor påskynda det – säkert? Kredit:Simon Clancy, CC BY-SA
Världens nationer är inte i närheten av att uppfylla det globala Parisavtalets mål om klimatförändringar att hålla den globala temperaturökningen till 2 grader Celsius jämfört med 1800-talets genomsnitt, mycket mindre dess mer ambitiösa mål att hålla temperaturerna till en 1,5°C ökning.
Den senaste rapporten om utsläppsgap från FN:s miljöprogram konstaterar att "de globala utsläppen av växthusgaser inte visar några tecken på en topp." Enligt en annan studie, chansen att människor kan begränsa uppvärmningen till högst 2°C år 2100 är inte mer än 5 procent, och det är troligt att temperaturen kommer att stiga någonstans mellan 2,6°-3,7°C i slutet av århundradet.
Dessa förmanande trender har lett till ett ökat fokus på sätt att ta bort koldioxid från atmosfären. Bland metoderna som utforskas är användningen av havet för att absorbera och/eller lagra kol genom att lägga till krossade stenar eller andra alkaliska källor för att reagera med CO 2 i havsvatten, slutligen förbrukar atmosfärisk CO 2 .
Skulle denna typ av storskalig koldioxidavlägsnande fungera? En närmare titt illustrerar de potentiella miljömässiga kompromisserna med att använda marin koldioxidborttagning och den komplexa tekniska, ekonomiska och internationella styrningsfrågor som det väcker.
Land kontra hav av kolavskiljning och lagring
Vi och andra forskare ser havet som en logisk plats att leta efter ytterligare möjligheter att avlägsna koldioxid eftersom det för närvarande passivt absorberar cirka 10 gigaton (10, 000, 000, 000 ton) CO 2 per år eller ungefär en fjärdedel av världens årliga utsläpp. Dessutom, haven innehåller mycket mer kol än atmosfären, jordar, växter och djur kombinerade, och kan ha potential att lagra biljoner ton mer.
Den senaste rapporten från Intergovernmental Panel on Climate Change fokuserade starkt på landbaserade metoder för avskiljning och lagring av koldioxid. En framträdande teknik kallas bioenergi med avskiljning och lagring av kol, BECCS, där växtbiomassa skulle brännas för att producera användbar energi och den resulterande CO 2 pumpas under jord.
Dock, det finns ett antal farhågor om de potentiella negativa effekterna av storskalig utbyggnad av BECCS och andra landbaserade växtbaserade metoder, framför allt oron för att stora mängder jordbruksmark skulle avledas för att odla särskilda grödor. Detta kan minska tillgången för låginkomstpopulationer till mat, ställa krav på vatten och ha allvarliga negativa effekter på biologisk mångfald på grund av störningar i ekosystemet.
Påskyndar geokemin
Den kanske mest kända – och ibland, kontroversiell – metod för att ta bort koldioxid från havet stimulerar fotosyntesen för att öka CO 2 absorption. Till exempel, i regioner där marina växters tillväxt begränsas av järn, detta element kan läggas till för att öka CO 2 upptag och kollagring där åtminstone en del av det bildade biomassakolet så småningom sjunker till och begravs i havsbotten. Andra metoder inkluderar återställning, lägga till eller odla marina växter eller mikrober, som Blue Carbon.
En annan teknik som övervägs är att försöka påskynda den kemiska reaktionen av CO 2 med vanliga stenmineraler, en naturlig process som kallas mineralvittring. När regn reagerar med alkaliska stenar och CO 2 , det sker en kemisk reaktion, som kan katalyseras av biologisk aktivitet i jordar, som omvandlar CO 2 till upplösta mineralbikarbonat- och karbonatjoner som sedan vanligtvis rinner ut i havet. Mineralvittring spelar en viktig roll för att ta bort överskott av atmosfärisk CO 2 , men bara på geologiska tidsskalor – 100, 000 år eller mer.
Olika sätt att påskynda mineralvittring och lagring av kol i havet som har föreslagits inkluderar tillsats av finmalda alkaliska mineraler till ytvatten eller tillsats av vanliga, industriellt framställda alkaliska kemikalier, såsom bränd kalk (CaO), kalciumhydroxid (Ca(OH)2), och lut eller kaustiksoda (NaOH). En gång tillsatt till havet, dessa föreningar reagerar med överskott av CO 2 i havsvatten och luft, bildar huvudsakligen stabila, löst mineral bikarbonat, på så sätt avlägsna och binda CO 2 .
Den naturliga processen med mineralvittring börjar med regn som absorberar koldioxid från luften och sedan reagerar med sten och biota i jordar, bildar löst mineralbikarbonat och en mycket mindre mängd karbonatjoner. Dessa rinner sedan ut i havet där kolet lagras i dessa former i många årtusenden innan de faller ut till havsbotten som karbonatmineraler. Tanken med förbättrad vittring är att avsevärt påskynda denna process genom att lägga till krossade stenar eller andra källor till alkalinitet för att reagera med CO2 i havsvatten, slutligen förbrukar atmosfärisk CO2 och tillsätter den som löst mineral bikarbonat och karbonat till den redan mycket stora reservoaren av dessa föreningar i havet. Kredit:Greg Rau, CC BY
Sådan havsalkalisering skulle kunna uppnås via distribution från land eller med fartyg. Ett annat förslag är att tillverka alkalinitet till havs med hjälp av lokala marina energikällor:t.ex. använder elektricitet som härrör från havets mycket betydande vertikala temperaturgradient. Reagerande avfall CO 2 med mineraler på land och sedan pumpa det resulterande lösta alkaliska materialet i havet är också ett alternativ. Allt det föregående skulle helt enkelt lägga till den redan stora bikarbonat- och karbonatreservoaren i havet.
En ytterligare fördel med havsalkalisering är att det också hjälper till att motverka havsförsurning, den "andra CO 2 problem" som härrör från havets absorption av överskott av CO 2 från luften. Försurning kan störa förmågan hos förkalkningsorganismer, som ostron, musslor och koraller för att konstruera sina skelett eller skal, samt påverka andra pH-känsliga marina biogeokemiska processer.
Vad vi inte vet
Den faktiska praktiska kapaciteten för havsalkalisering för att motverka klimatförändringar och försurning är fortfarande osäker.
Med tanke på logistiken, kostnader och effekter av att utvinna eller tillverka alkalinitet och sprida den, studier har uppskattat att luft CO 2 uttag på kanske 30 delar per miljon eller mindre kan vara realistiskt. Detta skulle vara till hjälp med tanke på att nivån av CO 2 under förindustriell tid var 260-270 miljondelar och är nu 410 miljondelar.
Vi beräknar en global nedgång av atmosfärisk CO 2 med 30 delar per miljon skulle kräva nästan noll utsläpp från mänskliga aktiviteter, plus avlägsnande och lagring av cirka 470 gigaton CO 2 . För att uppnå detta, ett minimum av ungefär 500 gigaton sten skulle behöva användas för att generera den nödvändiga alkaliniteten. Den nuvarande globala bergutvinningen är i storleksordningen 50 gigaton per år, Så att hålla kvar annan stenanvändning och samtidigt öka denna utvinningsgrad med 50 procent skulle teoretiskt kunna göra det möjligt för oss att uppnå neddragningen på 20 år. Detta måste uppenbarligen testas i mycket mindre skalor för att avgöra vilken global kapacitet och hastigheter som kan realiseras.
Inte heller är detta bara en fråga om alkalinitetsproduktion; det finns potentiella negativa effekter av havsalkalisering på marina ekosystem som måste beaktas. Förutom effekterna av pH- och alkainitetshöjning (antingen momentan eller gradvis), alkalinitetstillsats skulle sannolikt föra med sig andra grundämnen eller föreningar, såsom spårmetaller och kiseldioxid, som också kan påverka marin biogeokemi. Lite forskning har utförts på dessa punkter, men resultaten hittills har generellt sett inga eller positiva effekter på det marina livet. Ytterligare utredning behövs för att till fullo förstå de miljömässiga och ekologiska konsekvenserna, inklusive att genomföra små och medelstora fältförsök.
Varje utbyggnad skulle behöva utsättas för strikta övervakningskrav för att bedöma både miljöfördelarna och de negativa effekterna av storskalig utbyggnad. Ett visst mått av förtroende för användningen av havsalkalisering kan hittas i det faktum att naturlig mineralvittring och alkalinitetsleverans till havet har inträffat naturligt i miljarder år (för närvarande med en hastighet av cirka 1 gigaton CO) 2 konsumeras och lagras per år), uppenbarligen med det marina ekosystemet väl anpassat till om inte kräver denna insats. Ändå, möjligheten att avsevärt och säkert skala upp denna naturliga process kräver ytterligare forskning.
Juridiska frågor
På juridisk nivå, länder skulle behöva ta itu med internationella styrelsefrågor i samband med detta tillvägagångssätt. Förmodligen, Parisavtalet skulle vara en av de inblandade regimerna med tanke på dess fokus på att ta itu med klimatförändringarna. Varje roll som havslikhet kan spela i länders löften om att minska utsläppen skulle kräva bestämmelser som kräver bedömning av potentiella effekter av utbyggnaden. Parisavtalet skulle kunna underlätta detta med tanke på dess hänvisningar i olika bestämmelser till behovet av att bedöma effekterna av insatsåtgärder i samband med ekosystem, hållbarhet, utveckling och mänskliga rättigheter.
Havsfokuserade regimer som konventionen om förhindrande av havsförorening genom dumpning av avfall och andra ämnen och havsrättskonventionen, och dess protokoll, kan också försöka vara engagerad i bedömning och reglering, samt konventionen om biologisk mångfald. Att samordna de potentiella ingreppen för alla dessa regimers svar skulle vara en annan utmaning som ställs av utbyggnaden av havsalkalinitet, liksom de många andra metoder för att avlägsna koldioxid som kan ha gränsöverskridande effekter.
Spöket av potentiellt katastrofala klimatförändringar i slutet av seklet har stimulerat intresset för en rad nya tekniska alternativ för att ta bort koldioxid 2 från havet och atmosfären i stor skala. Men de kan också utgöra sina egna risker. Att lägga till alkaliska material för att påskynda mineralvittring är en sådan metod som förtjänar allvarlig övervägande, dock först efter noggrann granskning.
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
