Jak zielony piasek może wychwytywać miliardy ton dwutlenku węgla

Zielony piasek na plaży Papakōlea na Hawajach. Projekt Vesta

Para wysadzanych palmami zatoczek tworzy dwa wąskie wycięcia, oddalone od siebie o około ćwierć mili, wzdłuż linii brzegowej nieujawnionej wyspy gdzieś na Karaibach.

Po wizycie na miejscu na początku marca naukowcy z organizacji non-profit Project Vesta z San Francisco ustalili, że podwójne wloty stanowią idealne miejsce do badania niejasnej metody wychwytywania dwutlenku węgla napędzającego zmiany klimatyczne.

Jeszcze w tym roku Project Vesta planuje rozprowadzić na jednej z plaż zielony minerał wulkaniczny znany jako oliwin, zmielony do rozmiarów drobinek piasku. Fale dalej rozbijają wysoce reaktywny materiał, przyspieszając serię reakcji chemicznych, które wyciągają gaz cieplarniany z powietrza i zamykają go w skorupach i szkieletach mięczaków i koralowców.

Ten proces, wraz z innymi formami tego, co jest znane jako wzmożone wietrzenie minerałów, może potencjalnie przechowywać setki bilionów ton dwutlenku węgla, według raport Akademii Narodowych z zeszłego roku . To znacznie więcej dwutlenku węgla, niż wypompował człowiek od początku rewolucji przemysłowej. W przeciwieństwie do metod usuwania węgla, które opierają się na glebie, roślinach i drzewach, byłby on faktycznie trwały. A Projekt Vesta przynajmniej wierzy, że może być tani, rzędu 10 dolarów za tonę zmagazynowanego dwutlenku węgla, gdy zostanie wykonany na dużą skalę.

Ale wokół tej koncepcji są również ogromne pytania. Jak wydobywasz, mielisz, wysyłasz i rozprowadzasz ogromne ilości niezbędnych minerałów bez wytwarzania większej ilości emisji niż materiał usuwa? A kto za to zapłaci?

Do tego dochodzą szczególne wyzwania związane z podejściem Project Vesta. Naukowcy nie wiedzą jeszcze, jak bardzo fale przyspieszą te procesy, jak dobrze możemy mierzyć i weryfikować absorpcję dwutlenku węgla, jakie mogą być skutki środowiskowe, ani jak szybko opinia publiczna przyjmie ideę wylewania zielonych minerałów gruntowych wzdłuż brzegów morza .

Wiele z tego nie zostało przetestowanych, mówi Phil Renforth, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Heriot-Watt w Szkocji, który bada wzmożone warunki pogodowe.

Niewykorzystana szansa

Wietrzenie minerałów jest jednym z głównych mechanizmów używanych przez planetę do recyklingu dwutlenku węgla w geologicznych skalach czasowych. Dwutlenek węgla wychwycony w wodzie deszczowej w postaci kwasu węglowego rozpuszcza podstawowe skały i minerały – szczególnie te bogate w krzemiany, wapń i magnez, takie jak oliwin. W ten sposób powstają wodorowęglany, jony wapnia i inne związki, które przedostają się do oceanów, gdzie organizmy morskie trawią je i przekształcają w stabilny, stały węglan wapnia, który tworzy ich muszle i szkielety.

Reakcje chemiczne uwalniają wodór i tlen w wodzie, aby wyciągnąć z powietrza więcej dwutlenku węgla. Tymczasem, gdy koralowce i mięczaki umierają, ich szczątki osadzają się na dnie oceanu i tworzą warstwy wapienia i podobnych rodzajów skał. Węgiel pozostaje tam zamknięty przez miliony do setek milionów lat, dopóki nie zostanie ponownie uwolniony przez aktywność wulkaniczną.

Ten naturalny mechanizm pochłania co najmniej pół miliarda ton dwutlenku węgla rocznie. Problem polega na tym, że społeczeństwo stale wypompowuje rocznie ponad 35 miliardów ton. Tak więc kluczowe pytanie brzmi: czy możemy radykalnie przyspieszyć i zwiększyć skalę tego procesu?

Pomysł wykorzystania wietrzenia do walki ze zmianą klimatu nie jest nowy. Artykuł opublikowany w Nature proponowane użycie krzemianów wychwytywać dwutlenek węgla 30 lat temu. Pięć lat później badacz Exxon Haroon Kheshgi sugerowane zatrudnienie wapna palonego w tym samym celu iw tym samym roku Klaus Lackner, pionier w usuwaniu węgla , ocenili różne potencjalne typy i metody skał.

Jednak w ostatnich dziesięcioleciach wzmożone wietrzenie nie poświęcono zbyt wiele uwagi w porównaniu z bardziej prostymi podejściami, takimi jak sadzenie drzew, zmiana praktyk rolniczych, a nawet budowa maszyn odsysających CO2 . Dzieje się tak głównie dlatego, że jest to trudne do zrobienia, mówi Jennifer Wilcox, profesor inżynierii chemicznej, która bada wychwytywanie dwutlenku węgla w Worcester Polytechnic Institute w Massachusetts. Każde podejście wiąże się z konkretnymi wyzwaniami i kompromisami, ale uzyskanie odpowiednich minerałów o odpowiedniej wielkości we właściwym miejscu i we właściwych warunkach jest zawsze przedsięwzięciem kosztownym i złożonym.

Jednak coraz więcej badaczy zaczyna przyglądać się tej technologii, ponieważ rośnie znaczenie usuwania dwutlenku węgla i więcej badań kończy się że istnieją sposoby na dostosowanie jego kosztów do innych podejść. Jeśli jest wystarczająco tani na dużą skalę, istnieje nadzieja, że ​​korporacyjna kompensacja emisji dwutlenku węgla, polityka publiczna, taka jak podatki węglowe, lub produkty uboczne z procesu, które można sprzedać, takie jak kruszywo stosowane w betonie , może stworzyć niezbędne zachęty dla organizacji do prowadzenia tych praktyk.

Kilka projektów jest obecnie w toku. Naukowcy z Islandii byli nieprzerwanie rurociągiem roztworu dwutlenku węgla przechwycony z elektrowni lub maszyn do usuwania węgla do formacji bazaltowych głęboko pod ziemią, gdzie skała wulkaniczna zamienia je w stabilne minerały węglanowe. Centrum łagodzenia zmian klimatu Leverhulme w Sheffield w Anglii prowadzi próby terenowe na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign, aby ocenić, czy bazaltowy pył skalny dodany do pól kukurydzy i soi może pełnić funkcję zarówno nawozu, jak i sposobu na obniżenie dwutlenku węgla.

Tymczasem Gregory Dipple z University of British Columbia, wraz z kolegami z innych uniwersytetów w Kanadzie i Australii, bada różne zastosowania zmielonych, wysoce reaktywnych minerałów wytwarzanych jako produkt uboczny wydobycia niklu, diamentu i platyny. Jednym z pomysłów jest po prostu ułożenie ich na polu, dodanie wody i efektywne rozlewanie gnojowicy. Oczekują, że tak zwane odpady kopalniane będą szybko ściągać i mineralizować dwutlenek węgla z powietrza, tworząc solidny blok, który można zakopać. Ich modele pokazują, że może to wyeliminować ślad węglowy niektórych kopalń, a nawet sprawić, że operacje będą ujemne.

To jedna z największych niewykorzystanych możliwości w usuwaniu dwutlenku węgla, mówi Roger Aines, szef Inicjatywy Węglowej w Lawrence Livermore National Lab. Zauważa, że ​​kilometr sześcienny ultramaficznej skały, która zawiera wysoki poziom magnezu, może wchłonąć miliard ton dwutlenku węgla.

Cały czas wydobywamy skałę na taką skalę, mówi. Nie ma nic innego, co by miało taką skalowalność we wszystkich naszych rozwiązaniach.

' W dziczy'

Projekt Vesta odsłonięte plany ruszyć z pilotażowym badaniem na Karaibach w maju. To było ściśle powiązane z firmą zajmującą się płatnościami online Stripe's ogłoszenie, że zapłaci z góry organizacja non-profit usunie 3333 ton dwutlenku węgla za 75 USD za tonę, w ramach zobowiązanie do wydawania co najmniej 1 miliona USD rocznie na projektach o ujemnej emisji.

Projekt Vesta uzyskał lokalne pozwolenie na rozpoczęcie pobierania próbek na plażach i zamierza ogłosić lokalizację po ostatecznym zatwierdzeniu eksperymentu, mówi Tom Green, dyrektor wykonawczy. Całkowity koszt projektu szacuje na około 1 milion dolarów.

Głównym celem badania, które pozostawi drugą plażę w jej normalnym stanie jako kontrolę, jest rozpoczęcie zajmowania się niektórymi naukowymi niewiadomymi, które dotyczą wzmożonego wietrzenia wybrzeża.

PROJEKT VESTA

Badania i symulacje laboratoryjne wykazały, że fale znacznie przyspieszą rozpad oliwinu, a jeden artykuł zakończony że przeprowadzenie tego procesu na 2% najbardziej energetycznych mórz szelfowych na świecie może zrównoważyć wszystkie roczne emisje ludzkie.

Ale głównym wyzwaniem jest to, że materiały muszą być drobno zmielone, aby zapewnić, że zdecydowana większość procesu usuwania węgla przebiega przez lata, a nie dziesięciolecia. Niektórzy badacze odkryli, że byłoby to tak kosztowne i energochłonne, a samo w sobie powodowałoby tak znaczne emisje, że podejście nie byłoby opłacalne . Jednak inni twierdzą, że usunie znacznie więcej dwutlenku węgla niż produkuje.

„Jest całkiem znacząca część badań, które pokazują, że to działa i ma potencjał”, mówi Green. Ale teraz musimy przeprowadzić kilka prawdziwych eksperymentów na wolności.

Projekt Vesta ma nadzieję, że do końca roku naukowcy udadzą się na miejsce, aby rozpocząć właściwy eksperyment. Po rozprowadzeniu oliwinu na jednej z plaż będą dokładnie monitorować, jak szybko cząstki rozkładają się i zmywają. Zmierzą również, jak zmienia się kwasowość, poziom węgla i życie morskie w zatoce, a także jak bardzo te poziomy oddalają się od plaży i jak wypada porównanie warunków w miejscu kontroli.

Eksperyment prawdopodobnie potrwa rok lub dwa. Docelowo zespół ma nadzieję uzyskać dane, które pokażą, jak szybko działa ten proces oraz jak dobrze możemy wychwytywać i weryfikować dodatkowy pobór dwutlenku węgla. Wszystkie te odkrycia można wykorzystać do udoskonalenia modeli naukowych.

Innym niepokojącym obszarem, który również będą uważnie monitorować, jest: potencjalne skutki uboczne dla środowiska .

Minerały są skutecznie geologicznym środkiem zobojętniającym kwas, więc powinny zmniejszać zakwaszenie oceanów przynajmniej na poziomie lokalnym, co może przynieść korzyści niektórym wrażliwym gatunkom przybrzeżnym. Ale oliwin może również zawierać śladowe ilości żelaza, krzemianu i innych materiałów, które mogą stymulować wzrost niektórych rodzajów alg i fitoplanktonu, i nie tylko. zmieniać ekosystemy i łańcuchów pokarmowych w sposób, który może być trudny do przewidzenia, mówi Francesc Montserrat, gość naukowy w dziedzinie ekologii morskiej na Uniwersytecie w Amsterdamie i doradca naukowy Projektu Vesta.

Ogromne wsparcie

Niektórzy sugerują, że Projekt Vesta może wyolbrzymiać potencjał lub dyskontować trudności związane z jego podejściem, w szczególności prawdopodobieństwo sprzeciwu opinii publicznej wobec propozycji wylewania materiałów wzdłuż wybrzeży morskich.

Nie sądzę, aby ktokolwiek przetestował część licencji społecznej, mówi Renforth Heriot-Watt, który działał jako recenzent naukowy ds. zakupów węgla przez Stripe .

Projekt Vesta's Green potwierdza wiele niewiadomych związanych z wietrzeniem wybrzeża. Podkreśla jednak, że celem projektu jest wypełnienie niektórych naukowych luk i zademonstrowanie, że można to zrobić za 10 dolarów za tonę. Jeśli tak, to wierzy, że rynki, polityka i opinia publiczna będą coraz bardziej popierać tę koncepcję, zwłaszcza gdy rośnie ryzyko niepowstrzymanego globalnego ocieplenia.

Świat zmierza w kierunku miejsca, w którym ludzie zaczynają bardziej wierzyć w zmiany klimatyczne, a bardziej w to, że musimy coś z tym zrobić, mówi. Myślę, że za pięć do dziesięciu lat będziemy żyć w świecie, w którym istnieje ogromne poparcie dla wychwytywania dwutlenku węgla.

ukryć