Sekwestracja węgla jest procesem wychwytywania, zabezpieczania i przechowywania dwutlenku węgla z atmosfery. Chodzi o to, aby ustabilizować węgiel w formie stałej i rozpuszczonej, tak aby nie powodował on ocieplenia atmosfery. Proces ten jest niezwykle obiecujący, jeśli chodzi o redukcję ludzkiego „śladu węglowego”. Istnieją dwa główne rodzaje sekwestracji węgla: biologiczna i geologiczna.
Przeczytaj, jak sekwestracja węgla działa na kalifornijskim ranczu.
Czym jest węgiel?
Wieloma słowy, węgiel to życie. Pierwiastek chemiczny, jak wodór czy azot, węgiel jest podstawowym budulcem biomolekuł. Występuje na Ziemi w postaci stałej, rozpuszczonej i gazowej. Na przykład, węgiel znajduje się w graficie i diamencie, ale może również łączyć się z cząsteczkami tlenu, tworząc gazowy dwutlenek węgla (CO2).
Dwutlenek węgla jest gazem zatrzymującym ciepło, produkowanym zarówno w naturze, jak i w wyniku działalności człowieka. Stworzone przez człowieka źródła dwutlenku węgla pochodzą ze spalania paliw kopalnych, takich jak węgiel, gaz ziemny i ropa naftowa do zastosowań w produkcji energii i transporcie. Dwutlenek węgla jest również uwalniany poprzez zmiany w użytkowaniu gruntów, biologicznie poprzez oceany, rozkład materii organicznej i pożary lasów.
Kumulacja dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych w atmosferze może zatrzymywać ciepło i przyczyniać się do zmian klimatycznych.
Nauka wychwytywania i składowania dwutlenku węgla jest jednym ze sposobów, w jaki naukowcy chcą odroczyć skutki ocieplenia atmosfery. Praktyka ta jest obecnie postrzegana przez społeczność naukową jako istotna część rozwiązywania problemu zmian klimatycznych.
Typy sekwestracji węgla
Biologiczna sekwestracja węgla
Biologiczna sekwestracja węgla to magazynowanie dwutlenku węgla w roślinności, takiej jak łąki lub lasy, a także w glebach i oceanach.
Oceany
Oceany pochłaniają około 25 procent dwutlenku węgla emitowanego rocznie w wyniku działalności człowieka.
Węgiel płynie w oceanie w obu kierunkach. Kiedy dwutlenek węgla uwalnia się z oceanu do atmosfery, tworzy tak zwany dodatni strumień atmosferyczny. Strumień ujemny odnosi się do oceanu pochłaniającego dwutlenek węgla. Pomyśl o tych strumieniach jako o wdechu i wydechu, gdzie efekt netto tych przeciwstawnych kierunków określa ogólny efekt.
Chłodniejsze i bogate w składniki odżywcze części oceanu są w stanie wchłonąć więcej dwutlenku węgla niż cieplejsze. Dlatego regiony polarne zazwyczaj służą jako pochłaniacze dwutlenku węgla. Oczekuje się, że do 2100 r. większość globalnego oceanu będzie składała się z dwutlenku węgla, co potencjalnie zmieni chemię oceanu i obniży pH wody, czyniąc ją bardziej kwaśną.
Gleba
Węgiel jest sekwestrowany w glebie przez rośliny w procesie fotosyntezy i może być przechowywany jako organiczny węgiel glebowy (SOC). Agroekosystemy mogą degradować i uszczuplać poziom SOC, ale ten deficyt węgla otwiera możliwość składowania węgla poprzez nowe praktyki zarządzania gruntami. Gleba może również magazynować węgiel w postaci węglanów. Powstają one na przestrzeni tysięcy lat, kiedy dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie i przesącza się przez glebę, łącząc się z minerałami wapnia i magnezu, tworząc „caliche” na pustyniach i w glebach suchych.
Węglany są nieorganiczne i mają zdolność do przechowywania węgla przez ponad 70 000 lat, podczas gdy materia organiczna gleby zazwyczaj przechowuje węgiel przez kilka dziesięcioleci. Naukowcy pracują nad sposobami przyspieszenia procesu tworzenia się węglanów poprzez dodanie do gleby drobno pokruszonych krzemianów, aby przechowywać węgiel przez dłuższy czas.
Lasy
Około 25 procent globalnej emisji węgla jest wychwytywane przez bogate w rośliny krajobrazy, takie jak lasy, łąki i pastwiska. Kiedy liście i gałęzie opadają z roślin lub kiedy rośliny umierają, zmagazynowany węgiel albo uwalnia się do atmosfery, albo jest przenoszony do gleby. Dzikie pożary i działalność człowieka, taka jak wylesianie, mogą przyczynić się do zmniejszenia lasów jako pochłaniaczy dwutlenku węgla.
Grasslands
Choć lasy są powszechnie uznawane za ważne pochłaniacze dwutlenku węgla, majestatyczne zielone olbrzymy Kalifornii służą bardziej jako źródła dwutlenku węgla z powodu rosnących temperatur i wpływu suszy oraz dzikich pożarów w ostatnich latach. Trawiaste łąki i pastwiska są bardziej niezawodne niż lasy we współczesnej Kalifornii, głównie dlatego, że nie są tak mocno dotknięte suszą i pożarami jak lasy, według badań przeprowadzonych przez Uniwersytet Kalifornijski w Davis. W przeciwieństwie do drzew, użytki zielone sekwestrują większość swojego węgla pod ziemią. Kiedy płoną, węgiel zostaje utrwalony w korzeniach i glebie, a nie w liściach i biomasie drzewnej. Lasy mają zdolność do magazynowania większej ilości węgla, ale w niestabilnych warunkach spowodowanych zmianami klimatycznymi, użytki zielone są bardziej odporne.
Geologiczna sekwestracja węgla
Geologiczna sekwestracja węgla to proces magazynowania dwutlenku węgla w podziemnych formacjach geologicznych lub skałach. Zazwyczaj dwutlenek węgla jest wychwytywany ze źródeł przemysłowych, takich jak produkcja stali lub cementu, lub źródeł związanych z energią, takich jak elektrownia lub zakład przetwarzania gazu ziemnego, i zatłaczany do porowatych skał w celu długoterminowego składowania.
Wyłapywanie i przechowywanie węgla może pozwolić na wykorzystanie paliw kopalnych do czasu wprowadzenia innego źródła energii na dużą skalę.
Technologiczna sekwestracja węgla
Naukowcy badają nowe sposoby usuwania i przechowywania węgla z atmosfery przy użyciu innowacyjnych technologii. Naukowcy zaczynają również wychodzić poza usuwanie dwutlenku węgla i szukają sposobów na wykorzystanie go jako zasobu.
Produkcja grafenu
Użycie dwutlenku węgla jako surowca do produkcji grafenu, materiału technologicznego. Grafen jest używany do tworzenia ekranów w smartfonach i innych urządzeniach technicznych. Produkcja grafenu jest ograniczona do konkretnych gałęzi przemysłu, ale jest przykładem tego, jak dwutlenek węgla może być wykorzystywany jako zasób i rozwiązanie w redukcji emisji z atmosfery.
Bezpośrednie wychwytywanie powietrza (DAC)
Sposób na wychwytywanie węgla bezpośrednio z powietrza przy użyciu zaawansowanych technologicznie instalacji. Proces ten jest jednak energochłonny i kosztowny, waha się od 500 do 800 dolarów za tonę usuniętego węgla. Podczas gdy techniki takie jak bezpośredni wychwyt z powietrza mogą być skuteczne, są one nadal zbyt kosztowne, aby wdrożyć je na skalę masową.
Zainżynierowane molekuły
Naukowcy inżynierują molekuły, które mogą zmieniać kształt, tworząc nowe rodzaje związków zdolnych do wyodrębniania i wychwytywania dwutlenku węgla z powietrza. Zaprojektowane cząsteczki działają jak filtr, przyciągając tylko ten element, do którego zostały stworzone.
Wpływy sekwestracji węgla
- Około 25 procent naszej emisji dwutlenku węgla zostało historycznie przechwycone przez ziemskie lasy, farmy i pastwiska. Naukowcy i zarządcy gruntów pracują, aby utrzymać krajobrazy roślinne i gleby nawodnione dla roślin do wzrostu i sekwestracji węgla.
- Ale aż 30 procent dwutlenku węgla, który emitujemy ze spalania paliw kopalnych jest pochłaniany przez górną warstwę oceanu. Ale to podnosi kwasowość wody, a zakwaszenie oceanu utrudnia zwierzętom morskim budowanie ich muszli. Naukowcy i przemysł rybny podejmują aktywne kroki w celu monitorowania zmian związanych z sekwestracją dwutlenku węgla i dostosowania praktyk rybackich.