Kohlenstoffsequestrierung ist der Prozess der Abscheidung, Sicherung und Speicherung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre. Die Idee ist, Kohlenstoff in fester und gelöster Form zu stabilisieren, so dass er nicht zur Erwärmung der Atmosphäre beiträgt. Der Prozess ist sehr vielversprechend, um den „Kohlenstoff-Fußabdruck“ des Menschen zu reduzieren. Es gibt zwei Hauptarten der Kohlenstoffbindung: biologische und geologische.
Lesen Sie, wie die Kohlenstoffsequestrierung auf einer kalifornischen Ranch funktioniert.
Was ist Kohlenstoff?
In vielerlei Hinsicht ist Kohlenstoff das Leben. Als chemisches Element, wie Wasserstoff oder Stickstoff, ist Kohlenstoff ein Grundbaustein von Biomolekülen. Er kommt auf der Erde in fester, gelöster und gasförmiger Form vor. Kohlenstoff ist zum Beispiel in Graphit und Diamant enthalten, kann sich aber auch mit Sauerstoffmolekülen zu gasförmigem Kohlendioxid (CO2) verbinden.
Kohlendioxid ist ein wärmespeicherndes Gas, das sowohl in der Natur als auch durch menschliche Aktivitäten entsteht. Vom Menschen verursachte Quellen von Kohlendioxid stammen aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdgas und Öl für die Stromerzeugung und den Transport. Kohlendioxid wird auch durch Landnutzungsänderungen, biologisch durch die Ozeane, die Zersetzung von organischem Material und Waldbrände freigesetzt.
Die Anhäufung von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen in der Atmosphäre kann Wärme einfangen und zum Klimawandel beitragen.
Zu lernen, wie man Kohlendioxid abfängt und speichert, ist eine Möglichkeit, wie Wissenschaftler die Auswirkungen der Erwärmung in der Atmosphäre aufschieben wollen. Diese Praxis wird jetzt von der wissenschaftlichen Gemeinschaft als ein wesentlicher Teil der Lösung des Klimawandels angesehen.
Arten der Kohlenstoff-Sequestrierung
Biologische Kohlenstoffspeicherung
Biologische Kohlenstoffspeicherung ist die Speicherung von Kohlendioxid in der Vegetation, wie z.B. in Wiesen oder Wäldern, sowie in Böden und Ozeanen.
Ozeane
Ozeane absorbieren etwa 25 Prozent des Kohlendioxids, das jährlich durch menschliche Aktivitäten freigesetzt wird.
Kohlenstoff geht im Ozean in beide Richtungen. Wenn Kohlendioxid aus dem Ozean in die Atmosphäre freigesetzt wird, entsteht ein so genannter positiver atmosphärischer Fluss. Ein negativer Fluss bezieht sich darauf, dass der Ozean Kohlendioxid absorbiert. Stellen Sie sich diese Flüsse als ein Einatmen und ein Ausatmen vor, wobei der Nettoeffekt dieser entgegengesetzten Richtungen den Gesamteffekt bestimmt.
Kältere und nährstoffreiche Teile des Ozeans können mehr Kohlendioxid aufnehmen als wärmere Teile. Daher dienen die Polarregionen typischerweise als Kohlenstoffsenken. Bis zum Jahr 2100 wird erwartet, dass der größte Teil des globalen Ozeans aus Kohlendioxid besteht, was die Chemie des Ozeans verändern und den pH-Wert des Wassers senken könnte, wodurch es saurer wird.
Boden
Kohlenstoff wird von Pflanzen durch Photosynthese im Boden gebunden und kann als organischer Kohlenstoff (SOC) im Boden gespeichert werden. Agrarökosysteme können den SOC-Gehalt degradieren und dezimieren, aber dieses Kohlenstoffdefizit eröffnet die Möglichkeit, Kohlenstoff durch neue Landbewirtschaftungsmethoden zu speichern. Der Boden kann Kohlenstoff auch in Form von Karbonaten speichern. Solche Karbonate entstehen über Tausende von Jahren, wenn sich Kohlendioxid in Wasser löst und durch den Boden sickert, wobei es sich mit Kalzium- und Magnesiummineralien verbindet und in Wüsten- und Trockenböden „Caliche“ bildet.
Karbonate sind anorganisch und haben die Fähigkeit, Kohlenstoff für mehr als 70.000 Jahre zu speichern, während organische Bodensubstanz normalerweise Kohlenstoff für einige Jahrzehnte speichert. Wissenschaftler arbeiten an Möglichkeiten, den Karbonatbildungsprozess zu beschleunigen, indem sie dem Boden fein zerkleinerte Silikate hinzufügen, um Kohlenstoff für längere Zeiträume zu speichern.
Wälder
Ungefähr 25 Prozent der globalen Kohlenstoffemissionen werden von pflanzenreichen Landschaften wie Wäldern, Grasland und Weideland aufgenommen. Wenn Blätter und Äste von Pflanzen abfallen oder wenn Pflanzen absterben, wird der gespeicherte Kohlenstoff entweder an die Atmosphäre abgegeben oder in den Boden verlagert. Waldbrände und menschliche Aktivitäten wie die Abholzung von Wäldern können dazu beitragen, dass diese als Kohlenstoffsenke verloren gehen.
Grasland
Während Wälder gemeinhin als wichtige Kohlenstoffsenken gelten, dienen die majestätischen grünen Riesen Kaliforniens aufgrund der steigenden Temperaturen und der Auswirkungen von Dürre und Waldbränden in den letzten Jahren eher als Kohlenstoffquellen. Grasland und Weideland sind im heutigen Kalifornien zuverlässiger als Wälder, vor allem weil sie nicht so stark wie Wälder von Dürren und Waldbränden betroffen sind, so eine Studie der University of California, Davis. Im Gegensatz zu Bäumen speichern Grasländer den meisten Kohlenstoff unterirdisch. Wenn sie brennen, bleibt der Kohlenstoff in den Wurzeln und im Boden gebunden, anstatt in Blättern und holziger Biomasse. Wälder haben die Fähigkeit, mehr Kohlenstoff zu speichern, aber unter instabilen Bedingungen aufgrund des Klimawandels sind Grasländer widerstandsfähiger.
Geologische Kohlenstoffbindung
Geologische Kohlenstoffbindung ist der Prozess der Speicherung von Kohlendioxid in unterirdischen geologischen Formationen oder Gesteinen. Typischerweise wird Kohlendioxid aus einer industriellen Quelle, wie z.B. der Stahl- oder Zementproduktion, oder einer energiebezogenen Quelle, wie z.B. einem Kraftwerk oder einer Erdgasverarbeitungsanlage, abgeschieden und zur langfristigen Speicherung in poröses Gestein injiziert.
Kohlenstoffabscheidung und -speicherung kann die Nutzung fossiler Brennstoffe ermöglichen, bis eine andere Energiequelle in großem Maßstab eingeführt wird.
Technologische Kohlenstoffabscheidung
Wissenschaftler erforschen neue Möglichkeiten, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen und zu speichern, indem sie innovative Technologien einsetzen. Forscher beginnen auch, über die Entfernung von Kohlendioxid hinaus zu blicken und untersuchen nun weitere Möglichkeiten, wie es als Ressource genutzt werden kann.
Graphenproduktion
Die Verwendung von Kohlendioxid als Rohstoff zur Herstellung von Graphen, einem technologischen Material. Graphen wird verwendet, um Bildschirme für Smartphones und andere technische Geräte herzustellen. Die Graphen-Produktion ist auf bestimmte Industrien beschränkt, ist aber ein Beispiel dafür, wie Kohlendioxid als Ressource und Lösung für die Reduzierung von Emissionen aus der Atmosphäre genutzt werden kann.
Direct Air Capture (DAC)
Ein Verfahren, bei dem Kohlenstoff direkt aus der Luft mit Hilfe von hochtechnologischen Anlagen abgeschieden wird. Dieses Verfahren ist jedoch energieintensiv und teuer, es kostet zwischen 500 und 800 Dollar pro Tonne entfernten Kohlenstoffs. Obwohl Techniken wie die direkte Abscheidung aus der Luft effektiv sein können, sind sie immer noch zu kostspielig, um in großem Maßstab eingesetzt zu werden.
Engineered Molecules
Wissenschaftler entwickeln Moleküle, die ihre Form verändern können, indem sie neue Arten von Verbindungen schaffen, die in der Lage sind, Kohlendioxid aus der Luft herauszufiltern und abzuscheiden. Die konstruierten Moleküle wirken wie ein Filter, der nur das Element anzieht, für das er konstruiert wurde.
Auswirkungen der Kohlenstoff-Sequestrierung
- Ungefähr 25 Prozent unserer Kohlenstoff-Emissionen wurden in der Vergangenheit von den Wäldern, Farmen und Wiesen der Erde aufgefangen. Wissenschaftler und Landverwalter arbeiten daran, Landschaften zu begrünen und den Boden feucht zu halten, damit Pflanzen wachsen und Kohlenstoff binden können.
- Bis zu 30 Prozent des Kohlendioxids, das wir durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe ausstoßen, wird von der oberen Schicht des Ozeans absorbiert. Dadurch erhöht sich jedoch der Säuregehalt des Wassers, und die Versauerung der Ozeane erschwert es den Meerestieren, ihre Panzer aufzubauen. Wissenschaftler und die Fischereiindustrie unternehmen proaktive Schritte, um die Veränderungen durch die Kohlenstoffbindung zu überwachen und die Fischereipraktiken anzupassen.