Geoinżynieria, czyli jak naprawić klimat - część druga

W pierwszej części artykułu pisałem o metodach wpływania na klimat związanych z ograniczaniem ilości energii słonecznej dopływającej do powierzchni Ziemi. To jednak nie jest jedyna opcja zaradzenia zmianie klimatu. Inną są o metody prowadzące do osłabienia nadmiernego efektu cieplarnianego czyli Carbon Dioxide Removal.

W literaturze przedmiotu można znaleźć co najmniej 4 następujące pomysły z tego zakresu:

  1. Wzrost powierzchni leśnych. 
  2. Sekwestracja CO2 ze spalin i zatłaczanie go pod ziemię. 
  3. Nawożenie oceanów w celu zwiększenia masy fitoplanktonu.
  4.  Przyspieszenie wietrzenia skał.

Pierwszy pomysł wydaje się oczywisty. Wzrost powierzchni obszarów leśnych i powiększenie gęstości materii organicznej na tych obszarach jest jak najbardziej pożądany z wielu powodów. Jednak ilość węgla, jaki w ten sposób można wycofać z atmosfery, jest dalece niewystarczająca aby zatrzymać globalne ocieplenie, a w razie dalszego intensywnego spalania paliw kopalnych - istotnie je spowolnić. Piszemy o tym tu i tu. Rozważa się także prowadzenie specjalnych upraw leśnych w celu produkcji węgla drzewnego (tzw. biowęgiel), który byłby następnie dodawany do gleby tak, żeby jej warstwa stała się większym rezerwuarem węgla. Można myśleć o przekształcaniu w biowęgiel odpadów komunalnych i innej materii organicznej. To działanie może być tym bardziej istotne, że obecnie obserwujemy tendencje spadkowe możliwości magazynowania węgla w glebie. Szacuje się, że metoda ta w najlepszym razie (i to w bardzo długim czasie) pozwoli zmniejszyć koncentrację CO2 w atmosferze o 34 ppm.

Rysunek 1: Las, zdjęcie: Andreiuc88, Dreamstime.com

W przypadku sekwestracji CO2 ze spalin wraz z zatłaczaniem tego gazu w głąb ziemi istnieją nawet próbne instalacje. Informacje o nich można znaleźć np. tu, albo w tym artykule przeglądowym. Badania nad sekwestracją są z oczywistych względów wspierane przez sektory węglowy, naftowy i gazowy. Oszacowania kosztów tego typu działalności są bardzo rozbieżne, jednak teoretycznie zastosowanie tych technologii może bardzo zredukować emisje CO2 do atmosfery, szczególnie w przypadku wielkich elektrowni spalających węgiel czy inne paliwa kopalne (bo trudno sobie wyobrazić wychwyt CO2 w samochodach, samolotach lub domowych piecykach).

Rysunek 2: Diagram pokazujący gęstość dwutlenku węgla i wody oceanicznej zależnie od głębokości w typowych warunkach. Ponieważ CO2 jest bardziej ściśliwy niż woda, poniżej głębokości 3000 m jego gęstość staje się większa od gęstości wody. Zatłoczenie CO2 w skały na dnie, tak żeby nie mógł się rozpuścić w wodzie, daje szanse na zrobienie stosunkowo trwałego magazynu tego gazu. Jednak nie można go zatłaczać zbyt głęboko bo gradient geotermiczny (wzrost temperatury z głębokością) spowoduje spadek gęstości CO2 i możliwość jego perkolacji. Za Houze i in., 2006.

Oczywiście jest wiele niewiadomych, zależnych od lokalnych uwarunkowań geologicznych (więcej tu). W wielu miejscach zastosowanie tej metody jest trudne lub wręcz niemożliwe, np. ze względu na możliwość zakwaszenia wód podziemnych czy wydostania się zatłoczonego pod ziemię CO2 na powierzchnię. Jednak są prace (np. Houze i in., 2006) pokazujące, że wpompowanie CO2 do osadów oceanicznych zalegających na dnie na głębokościach poniżej 3000 m powinno być stosunkowo bezpiecznym i trwałym sposobem na usunięcie węgla z szybkiego cyklu węglowego (ze względu na ciśnienie i temperaturę CO2 jest tam w tzw. stanie superkrytycznym i nie zachowuje się jak gaz, Rysunek 2).

Rysunek 3: Zakwit fitoplanktonu w okolicach Gibraltaru (zielonkawe wzory na powierzchni morza), 20 kwietnia 2017. Zdjęcie zamieszczamy dzięki uprzejmości NASA’s Earth Observatory.

Kolejny pomysł związany jest z dostarczaniem do oceanów nawozów, na przykład związków żelaza lub fosforu, których deficyt nie pozwala rozwinąć się fitoplanktonowi. Więcej fitoplanktonu to więcej chlorofilu, skuteczniejsze pochłanianie dwutlenku węgla i wiązanie go w materię organiczną. Według koncepcji martwa materia powinna opadać na dno oceanu i formować osady morskie lub osiągać głębokie warstwy oceaniczne, w których węgiel będzie uwięziony na bardzo długo. Niebezpieczeństwem tego rozwiązania jest rozkład materii organicznej w głębszych warstwach oceanu i anoksja, czyli pozbawienie wielkich objętości wód tlenu. W efekcie pomysł ten może prowadzić do wymarcia życia w znacznej części głębin oceanów. W dużej pracy przeglądowej na temat potencjalnych możliwości nawożenia oceanów opisane są te niebezpieczeństwa. Dyskutuje się też niepewności dotyczące szacunków skutków różnych wariantów tej metody. Już samo jej zastosowanie np. na Oceanie Południowym, który ze względu na powierzchnię i odległość od zamieszkałych terenów ma największy potencjał mitygacyjny, jest problematyczne ze względu na potrzebę transportu, monitorowania, kontroli.

O rozwiązaniach typu „sztuczne drzewa” należy wspomnieć jedynie w kontekście science fiction. Idea, choć efektowna i mająca podstawy naukowe, jest z powodów podstawowych droga, nieefektywna i trudna do wprowadzenia.

Rysunek 4. Schemat wolnego cyklu węglowego i działania termostatu węglowego. Reakcja w zapisie skróconym. Adaptacja z Laboratory of Atmospheric and Space Physics. Rozważa się możliwości przyspieszenia wietrzenia skał (etap 3 cyklu) w celu szybszego usuwania CO2 z atmosfery.

Na końcu wspomnijmy o rozważanym przyspieszeniu procesów które w naturalny sposób doprowadziły do spadku zawartości dwutlenku węgla w atmosferze od czasów dinozaurów do rozpoczęcia epok lodowcowych (Rys 3). Chodzi o przyspieszenie wietrzenia (ang.  weathering) skał krzemianowych obecnych na powierzchni na przykład w masywach górskich, powodujące powstanie kalcytu, wymywanie jonów węglanowych do oceanów i osadzanie się ich w postaci skał osadowych na dnie. W pewnym stopniu samo globalne ocieplenie przyspiesza ten proces, zresztą dzięki temu natura za wiele tysiącleci „poradzi sobie” z naszymi emisjami CO2. Autorzy ostatniej dużej pracy przeglądowej na ten temat analizują różne możliwe reakcje chemiczne i ich wydajność. Niestety, jak do tej pory, nikt nie przedstawił realistycznego pomysłu, jak znacznie (o tysiące czy setki tysięcy razy) przyspieszyć reakcje wietrzenia skał i w ten sposób „usprawnić” ten zachodzący naturalnie w systemie ziemskim proces...

Reasumując: nauka ma wiele pomysłów, jak naprawiać to, co z uporem godnym lepszej sprawy psujemy w systemie klimatycznym. Niektóre z tych pomysłów są nawet realistyczne i możliwe do wprowadzenia, przede wszystkim pomysły związane ze zmniejszeniem dopływu promieniowania słonecznego. Zastosowanie geoinżynierii SRM polega jednak na tym, że psujemy system klimatyczny z jednej strony i równocześnie próbujemy naprawiać go z drugiej. Pod względem bilansu energii wszystko jest w porządku, ale zastosowanie SRM prowadzi do uzależnienia. Z kolei geoinżynieria CDR, poza sekwestracją CO2 ze spalin wielkich zakładów przemysłowych, to jedna wielka niewiadoma. Czy geoinżynieria nam pomoże w przeciwstawianiu się zmianie klimatu, czy efektem jej stosowania będzie przysłowiowa ucieczka z deszczu pod rynnę?

Jeśli doprowadzimy do tak groźnej zmiany klimatu, że będziemy zmuszeni do sięgnięcia po tą ostatnią deskę ratunku, poznamy odpowiedź na to pytanie.

Ale może lepiej nie robić tego eksperymentu?

Prof. Szymon Malinowski, Nauka o klimacie

Komentarze

28.05.2017 17:37 WJ

"Ale może lepiej nie robić tego eksperymentu?"

Wątpliwości prof. Malinowskiego są dla mnie cenne.

29.05.2017 2:56 gupol(szukam w OZE)

"Ale może lepiej nie robić tego eksperymentu?"

no raczej. wątpię żeby te pomysły kiedykolwiek zostały zrealizowane. w końcu lepiej i taniej będzie się zaadaptować do zmian niż z nimi walczyć.

a eksperyment klimatyczny już trwa. emitujemy CO2 i będziemy emitować. taka jest brutalna prawda.
no i jaką mamy alternatywę? jak nie będziemy emitować - większość z nas zginie z głodu lub w wojnach wywołanych niedostatkiem. i to w trybie natychmiastowym.
jak będziemy - możliwe że może, kiedyś, większość z nas zginie z głodu lub w wojnach. a prawdopodobnie to już będzie bardziej problem naszych dzieci lub wnuków. a może wcale nie będzie tak źle? tego nikt nie wie.
a ponieważ chyba każdy woli odwlec swój niechybny zgon w czasie, nie ma sie co dziwić że "walka" z globalnym ociepleniem toczy się tylko w sferze słów, nie czynów.

co do geoinzynierii, nawożenie oceanów wydaje się być najprostszym i najbardziej naturalnym rozwiazaniem. podobno właśnie tak doszło do obniżenia temperatury pod koniec PETM.
ale oprócz tych zagrożeń tej metody które wymieniono w artykule jest jeszcze jedno. jeśli zmienimy oceaniczną pustynię w obszar intensywnej produkcji pierwotnej - powstaną tam bardzo bogate łowiska.
bez zakazu połowów spora część tej biomasy zamiast na dno oceanów, trafi na nasze stoły.

29.05.2017 8:14 grzeg8

Raczej się nie obejdziemy bez geoinżynierii jeśli chcemy zachować linię brzegowa a nawet z tą techniką mogą być problemy jeśli topienie na Antarktydzie przekroczy pewne wartości- Nie dość że słodkie wody mogą zahamować tworzenie wód głębiowych(z którymi jest usuwana pewna ilość Co2 z atmosfery ) to jeszcze zahamować oddawanie ciepła z płynących z niższych szerokości geograficznych prądów morskich które mogą ogrzewać lodowce Antarktydy od spodu i przyspieszać ich topienie.
Tylko trzeba pamiętać że geoinżynieria to jak gra w rosyjską ruletkę- można pozbyć się przeciwnika jak również załatwić siebie

29.05.2017 10:18 zbig001

Plankton reaguje na nawożenie gwałtownym rozwojem populacji, bo pojedynczy okrzemek żyje kilka dni najdłużej. Populacja reaguje nawet na cienie przechodzących chmur.
Więc pewnie można się postarać, żeby populacje ryb nie nadążały ze swoimi zmianami.

Były jednak opinie że dużo węgla wróci w powietrze w ciągu tygodnia, a prawie całość po kilku latach, był też negatywny eksperyment w Nowej Zelandii
http://portalwiedzy.onet.pl/4868,17280,1463506,1,czasopisma.html

30.05.2017 2:16 gupol(szukam w OZE)

@grzeg8
nie wiem czy obecna linia brzegowa jest warta ryzyka związanego z geoinżynierią. chyba już lepiej zainwestować w nowe nabrzeża i porty oraz stopniowo przenosić ludność na wyżej położone tereny. zwłaszcza że geoinżynieria może zawiesć i wtedy poniesiemy podwójne koszty.

@zbig001
chyba żartujesz. może pojedynczy okrzemek żyje kilka dni ale populacja to nie pojedynczy osobnik. zwłaszcza na tak dużym obszarze.
ale nawożenie oceanów to i tak chyba najlepsza opcja. a jak sie nie uda to przynajmniej trochę sie rozwiąże problem głodu na świecie;)

30.05.2017 14:17 WSZYSTKOWIEDZĄCY

Niech naukowcy lepiej nie biorą się za geoinżynierię. Stopień skomplikowania klimatu przerasta naukowców. Tak jak napisano w artykule zepsuć jedną rzecz kosztem kolejnej to nie sztuka.
Dopiero mogą spowodować jeszcze poważniejsze rozbujanie klimatu.

30.05.2017 19:42 Ans

Najlepszą metodą geoinżynierii w kontekście nawożenia oceanów byłoby zadbanie o populacje wielorybów (polecam poszukać hasła "whale pump"). Proste, potencjalnie skuteczne, tanie (zakazać połowów i produkcji plastiku ;-)).

31.05.2017 0:25 gupol(szukam w OZE)

@ans
zakazy połowów przy populacji sięgającej 10 mld... mało realne;) ale spróbować można.

31.05.2017 13:20 Ans

@Gupol
Połowów wielorybów ;-).

01.06.2017 1:32 gupol(szukam w OZE)

jestem za;) ale konkurencja o pożywienie z ludźmi będzie nieunikniona...

01.06.2017 15:23 Ans

@Gupol
Wieloryby są słabą konkurencją jeśli chodzi o żywność, gorzej z delfinami ;-). Generalnie to chyba tylko taka ciekawostka...

04.06.2017 4:06 gupol(szukam w OZE)

no nie wiem. populacja dzikich ryb spada. jeśli przerzucimy się na kryl to wieloryby też ucierpią...

Dodaj komentarz

Kod
grakalkulator kalkulator zuzycia ciepla

Informacje

Linkownia

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto