I ansträngningarna att bekämpa de katastrofala effekterna av den globala uppvärmningen måste vi påskynda ansträngningarna för att minska koldioxidutsläppen och snabbt skala strategier för att ta bort koldioxid (CO2 ) från atmosfären och haven. Teknikerna för att minska våra koldioxidutsläpp är mogna; de för att ta bort kol från miljön är det inte och behöver starkt stöd från regeringar och den privata sektorn.
Endast 45 procent av koldioxidutsläppen finns kvar i atmosfären; resten absorberas genom två cykler:1) den biologiska kolcykeln lagrar CO2 i växtmaterial och jordar, och 2) den vattenhaltiga kolcykeln absorberar CO2 från atmosfären till haven. Var och en av dessa cykler står för 25 procent och 30 procent av utsläppt CO2 , respektive.
CO2 som löser sig i haven reagerar för att bilda kemikalier som ökar havens surhet. Upplösningen av mineraler från bergarter längs kusten verkar för att motverka denna surhet, i en process som kallas geologisk vittring, men den extrema ökningen av hastigheten och volymen av CO2 utsläppen, särskilt under de senaste 60 åren, har vida överskridit graden av geologisk vittring, vilket leder till en 30-procentig ökning av havets surhet.
När haven försuras kommer miljontals marina arter och hela ekosystem – särskilt korallrev – inte att kunna anpassa sig.
Vi överväldigar jordens naturliga återbalanseringssystem och skadar dess ekosystem i processen. Vårt senaste arbete vid McMaster University och University of Toronto, med stöd av Carbon to Sea Initiative, har försökt ta itu med dessa utmaningar.
Den goda nyheten är att det är möjligt att återbalansera havens pH med hjälp av en process som kallas oceanalkalinitetsförbättring (OAE). Dessutom kommer denna ombalansering också att uppmuntra ytterligare CO2 att absorberas från atmosfären. Genom att försiktigt och kontinuerligt återställa havets alkalinitet, havsförsurning och överskott av atmosfärisk CO2 koncentrationer kan hanteras samtidigt.
Det mest uppenbara tillvägagångssättet skulle vara att tillsätta finmalda alkalimineraler i havet för att direkt sänka vattnets surhet. Men den enorma skala som dessa processer skulle behöva genomföras i är häpnadsväckande.
Till exempel uppskattar vi att motsvarande massa av ungefär åtta tusen Empire State-byggnader värda alkaliska ämnen skulle behöva läggas till haven varje år från och med mitten av seklet för att uppfylla IPCC:s utsläppsmål. Uppenbarligen kan denna teknik inte vara den enda lösningen.
Vi tror att ett elektrokemiskt tillvägagångssätt som drivs på kolfri energi är ett av de bästa sätten att bekämpa havsförsurning. Med hjälp av en process som kallas bipolär membranelektrodialys (BMED) avlägsnas surheten i havsvattnet direkt utan tillsats av andra ämnen. Denna teknik kräver bara havsvatten, elektricitet och specialiserade membran.
Enkelheten och modulariteten som är inneboende i BMED-tekniken möjliggör en flexibel, skalbar och potentiellt kostnadseffektiv metod för avlägsnande av koldioxid.
Under 2015 – med ett team av forskare vid Palo Alto Research Center och X Development – byggde och testade vi ett småskaligt BMED-system. Detta system fungerade bra och visar mycket lovande när det kombineras med befintliga anläggningar som avsaltningsanläggningar.
Vi identifierade dess primära tekniska begränsningar, men under 2015–2017 var koldioxidkrediter och incitament för klimatförändringsteknologier otillräckliga och projektet lades på hyllan. Nu har det ekonomiska och fysiska klimatet förändrats.
På den ekonomiska fronten stärker både de skattelättnader som tillhandahålls av Inflation Reduction Act (IRA) i USA såväl som den stadigt stigande intäktsneutrala koldioxidskatten i Kanada den ekonomiska bärkraften för teknik för att minska koldioxid. Vidare, de senaste extrema klimathändelserna under det senaste året, från massiva skogsbränder i Kanada, till de varmaste månaderna någonsin, till de varmaste havstemperaturerna som någonsin uppmätts, chockerar människor in i klimatförändringarnas uppenbara verklighet och ökar efterfrågan på verkliga lösningar. BMED-teknik är en av dessa lösningar.
BMED-tekniken begränsas delvis av de specialiserade membran som finns kommersiellt tillgängliga. Dessutom står dessa membran för en betydande del (cirka 30 procent) av kapitalkostnaden och har kort livslängd eftersom de är känsliga för nedbrytning.
Vårt arbete syftar till att utveckla skalbara, ultratunna membran för användning i en modifierad BMED-process, samtidigt som vi identifierar effektiva driftsförhållanden, optimala industriella kopplingar och idealiska globala platser för att kostnadseffektivt implementera denna OAE-teknik över hela världen.
De ultratunna membranen kommer att extrahera surhet mer effektivt än befintliga kommersiella membran, medan deras tillverkningsteknik och optimala användning kommer att dramatiskt minska deras produktions- och driftskostnader.
Att utveckla kostnadseffektiva BMED-system kommer att öppna en väg till ekonomiskt lönsamma OAE.
Nyligen har flera nystartade företag bildats – som Ebb Carbon, SeaO2 och Vesta – som är inriktade på att ta bort koldioxid från havet genom OAE.
Vi uppmuntrar öppen kommunikation om de framsteg och utmaningar som OAE står inför med allmänheten, forskningsinstitutioner, regeringar och den privata sektorn för att påskynda lösningar på OAE:s utmaningar.
I synnerhet måste vi bedöma effekterna av en omjustering av havsvattnets alkalinitet på marina ekosystem samtidigt som vi också utvecklar och implementerar pålitliga system för att mäta, rapportera och verifiera nettomängden surhet och kol som avlägsnas.
Utöver detta måste vi också identifiera optimala storskaliga utbyggnadsplatser där OAE kan implementeras säkert och effektivt.
Dessa överväganden undersöks av olika grupper, men det behövs mycket mer stöd för att snabbt utreda och skala denna teknik.
För att övervinna de tekniska utmaningarna och miljöosäkerheterna måste statligt, industriellt, ideellt och riskkapitalstöd skalas massivt och ägnas åt att noggrant och ansvarsfullt validera den storskaliga implementeringen av OAE-teknologier runt om i världen.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
