Koolstofvastlegging is het proces waarbij koolstofdioxide uit de atmosfeer wordt opgevangen, vastgehouden en opgeslagen. Het idee is om koolstof in vaste en opgeloste vormen te stabiliseren, zodat het de atmosfeer niet doet opwarmen. Het proces is veelbelovend voor het verkleinen van de menselijke “koolstofvoetafdruk”. Er zijn twee hoofdtypen van koolstofvastlegging: biologisch en geologisch.
Lees hoe koolstofvastlegging werkt op een Californische ranch.
Wat is koolstof?
In veel opzichten is koolstof het leven. Als chemisch element, net als waterstof of stikstof, is koolstof een basisbouwsteen van biomoleculen. Het bestaat op aarde in vaste, opgeloste en gasvormige vorm. Koolstof zit bijvoorbeeld in grafiet en diamant, maar kan ook in combinatie met zuurstofmoleculen gasvormig kooldioxide (CO2) vormen.
Kooldioxide is een warmtevasthoudend gas dat zowel in de natuur als door menselijke activiteiten wordt geproduceerd. Door de mens veroorzaakte bronnen van kooldioxide zijn afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen zoals steenkool, aardgas en olie voor gebruik in energieopwekking en vervoer. Kooldioxide komt ook vrij door veranderingen in het landgebruik, biologisch via oceanen, de afbraak van organisch materiaal en bosbranden.
De ophoping van kooldioxide en andere broeikasgassen in de atmosfeer kan warmte vasthouden en bijdragen tot klimaatverandering.
Leren hoe kooldioxide kan worden opgevangen en opgeslagen is een van de manieren waarop wetenschappers de gevolgen van de opwarming van de atmosfeer willen uitstellen. Deze praktijk wordt nu door de wetenschappelijke gemeenschap gezien als een essentieel onderdeel van het oplossen van klimaatverandering.
Soorten koolstofvastlegging
Biologische koolstofvastlegging
Biologische koolstofvastlegging is de opslag van koolstofdioxide in vegetatie zoals graslanden of bossen, maar ook in bodems en oceanen.
Oceanen
Oceanen absorberen jaarlijks ongeveer 25 procent van de koolstofdioxide die door menselijke activiteiten wordt uitgestoten.
Koolstof gaat in beide richtingen in de oceaan. Wanneer kooldioxide vanuit de oceaan in de atmosfeer terechtkomt, ontstaat er een zogeheten positieve atmosferische flux. Een negatieve flux betekent dat de oceaan kooldioxide absorbeert. Zie deze fluxen als een inademing en een uitademing, waarbij het netto-effect van deze tegengestelde richtingen het totale effect bepaalt.
Koudere en voedselrijke delen van de oceaan zijn in staat meer kooldioxide te absorberen dan warmere delen. Daarom fungeren de poolgebieden gewoonlijk als koolstofputten. Verwacht wordt dat in 2100 het grootste deel van de oceaan uit kooldioxide zal bestaan, waardoor de oceaanchemie kan veranderen en de pH-waarde van het water kan dalen, waardoor het zuurder wordt.
Bodem
Koolstof wordt door planten via fotosynthese in de bodem vastgelegd en kan worden opgeslagen als organische koolstof in de bodem (SOC). Agro-ecosystemen kunnen het SOC-niveau degraderen en uitputten, maar dit tekort aan koolstof biedt de mogelijkheid om koolstof op te slaan via nieuwe methoden voor landbeheer. De bodem kan koolstof ook opslaan in de vorm van carbonaten. Dergelijke carbonaten ontstaan in de loop van duizenden jaren wanneer kooldioxide in water oplost en in de bodem sijpelt, waar zij zich met calcium- en magnesiummineralen vermengen en “caliche” vormen in woestijn- en dorre bodems.
Carbonaten zijn anorganisch en kunnen koolstof meer dan 70.000 jaar opslaan, terwijl organisch materiaal in de bodem koolstof doorgaans slechts enkele tientallen jaren opslaat. Wetenschappers werken aan manieren om het carbonaatvormingsproces te versnellen door fijngemalen silicaten aan de bodem toe te voegen, zodat koolstof langer kan worden opgeslagen.
Bossen
Op wereldschaal wordt ongeveer 25 procent van de koolstofuitstoot vastgelegd door plantrijke landschappen zoals bossen, graslanden en weidegronden. Wanneer bladeren en takken van planten vallen of wanneer planten afsterven, komt de opgeslagen koolstof ofwel vrij in de atmosfeer of wordt overgedragen naar de bodem. Bosbranden en menselijke activiteiten zoals ontbossing kunnen bijdragen aan de vermindering van bossen als koolstofput.
Graslanden
Weliswaar worden bossen algemeen gezien als belangrijke koolstofputten, maar de majestueuze groene reuzen van Californië dienen meer als koolstofbronnen door de stijgende temperaturen en de gevolgen van droogte en bosbranden in de afgelopen jaren. Gras- en weidegronden zijn in het hedendaagse Californië betrouwbaarder dan bossen, vooral omdat ze niet zo hard worden getroffen door droogtes en bosbranden als bossen, zo blijkt uit onderzoek van de University of California, Davis. In tegenstelling tot bomen houden graslanden het grootste deel van hun koolstof ondergronds vast. Als ze verbranden, blijft de koolstof vastzitten in de wortels en de bodem in plaats van in de bladeren en de houtachtige biomassa. Bossen kunnen meer koolstof opslaan, maar in onstabiele omstandigheden als gevolg van klimaatverandering zijn graslanden veerkrachtiger.
Geologische koolstofvastlegging
Geologische koolstofvastlegging is het proces van opslag van koolstofdioxide in ondergrondse geologische formaties, of rotsen. Kooldioxide wordt gewoonlijk opgevangen bij een industriële bron, zoals de staal- of cementproductie, of een energiegerelateerde bron, zoals een elektriciteitscentrale of een aardgasverwerkingsinstallatie, en voor langdurige opslag in poreus gesteente geïnjecteerd.
Koolstofafvang en -opslag kan het gebruik van fossiele brandstoffen mogelijk maken totdat op grote schaal een andere energiebron wordt geïntroduceerd.
Technologische koolstofvastlegging
Wetenschappers onderzoeken nieuwe manieren om koolstof uit de atmosfeer te verwijderen en op te slaan met behulp van innovatieve technologieën. Onderzoekers beginnen ook verder te kijken dan het verwijderen van koolstofdioxide en kijken nu naar meer manieren waarop het als hulpbron kan worden gebruikt.
Grafeenproductie
Het gebruik van koolstofdioxide als grondstof voor de productie van grafeen, een technologisch materiaal. Grafeen wordt gebruikt om schermen te maken voor smartphones en andere technische apparaten. De productie van grafeen is beperkt tot specifieke industrieën, maar is een voorbeeld van hoe kooldioxide kan worden gebruikt als grondstof en als oplossing voor de vermindering van emissies uit de atmosfeer.
Directe afvang van lucht (DAC)
Een manier om koolstof rechtstreeks uit de lucht af te vangen met behulp van geavanceerde technologische installaties. Dit proces is echter energie-intensief en duur, variërend van $500-$800 per ton verwijderde koolstof. Hoewel technieken zoals directe afvang in de lucht effectief kunnen zijn, zijn ze nog te kostbaar om op grote schaal toe te passen.
Gebouwde moleculen
Wetenschappers ontwikkelen moleculen die van vorm kunnen veranderen door nieuwe soorten verbindingen te maken die in staat zijn kooldioxide uit de lucht te halen en op te vangen. De moleculen werken als een filter en trekken alleen het element aan waarvoor ze zijn ontworpen.
Effecten van koolstofvastlegging
- Bijna 25% van onze koolstofuitstoot is in het verleden vastgelegd door bossen, boerderijen en graslanden op aarde. Wetenschappers en landbeheerders werken eraan om landschappen begroeid en de bodem gehydrateerd te houden, zodat planten kunnen groeien en koolstof kunnen vastleggen.
- Veel meer dan 30 procent van de kooldioxide die we uitstoten door het verbranden van fossiele brandstoffen wordt geabsorbeerd door de bovenste laag van de oceaan. Maar hierdoor stijgt de zuurgraad van het water, en verzuring van de oceaan maakt het voor zeedieren moeilijker om hun schalen te bouwen. Wetenschappers en de visserijsector nemen proactieve maatregelen om de veranderingen door koolstofvastlegging te monitoren en de visserijpraktijken aan te passen.