Odstranění oxidu uhličitého - Carbon dioxide removal

Výsadba stromů je prostředkem k odstranění oxidu uhličitého.

Odstraňování oxidu uhličitého (CDR), také známé jako odstraňování skleníkových plynů , je proces, při kterém se používá plynný oxid uhličitý ( CO
2) je odstraněn z atmosféry a dlouhodobě izolován - v souvislosti s cíli čistých nulových emisí skleníkových plynů je CDR stále více integrována do politiky v oblasti klimatu jako alternativa klimatického inženýrství . Metody CDR jsou také známé jako technologie s negativními emisemi a mohou být levnější než prevence některých zemědělských emisí skleníkových plynů .

Metody CDR zahrnují zalesňování , zemědělské postupy, které zachycují uhlík v půdě, bioenergii se zachycováním a ukládáním uhlíku , oceánské hnojení , vylepšené zvětrávání a přímé zachycování vzduchu v kombinaci se skladováním. Aby bylo možné posoudit, zda je konkrétních procesů dosaženo čistých negativních emisí, je třeba provést komplexní analýzu životního cyklu procesu.

Konsensuální zpráva americké akademie věd, strojírenství a medicíny z roku 2019 dospěla k závěru, že pomocí stávajících metod CDR v měřítcích, která lze bezpečně a ekonomicky nasadit, existuje potenciál odstranit a zachytit až 10 gigatonů oxidu uhličitého ročně. To by vyrovnalo emise skleníkových plynů zhruba na pětině rychlosti, kterou produkují.

V roce 2021 IPCC uvedl, že cesty emisí, které omezují globálně průměrné oteplování na 1,5 ° C nebo 2 ° C do roku 2100, předpokládají použití přístupů CDR v kombinaci se snižováním emisí.

Definice

Část série o
Uhlíkový cyklus
Podle regionů Pozemní Námořní Atmosférický Hluboký uhlík Půda Permafrost Boreální les Geochemie
Oxid uhličitý V atmosféře Okyselení oceánů Odstranění Satelitní měření
Formy uhlíku Prvovýroba námořní Černý uhlík Modrý uhlík Kerogen
Metabolické dráhy Fotosyntéza Chemosyntéza Calvinův cyklus Reverzní Krebsův cyklus Uhlíková fixace C3 C4 Uhlíkové dýchání Půda Fotografie
Uhlíková čerpadla Biologická pumpa Čerpadlo rozpustnosti Lipidová pumpa Mořský sníh Mikrobiální smyčka Virový zkrat Želé pumpa Velrybí pumpa Regálové čerpadlo Continental
Sekvestrace uhlíku Biosekvestrace Uhlíkový dřez Skladování uhlíku v půdě Ukládání oxidu uhličitého v oceánu Mořské sedimenty
Metan Atmosférický metan Methanogeneze Emise metanu Arktický Mokřad Aerobní výroba Hypotéza Clathrateovy zbraně Klatrát oxidu uhličitého
Biogeochemické Mořské cykly Cyklus živin Cyklus uhličitan -křemičitan Hloubka kompenzace uhličitanu Poměr Redfield
jiný Proxy pro rekonstrukci klimatu Hluboká uhlíková observatoř Globální uhlíkový projekt Zachycování a ukládání uhlíku Vyvážení uhlíkového cyklu Teritorializace správy uhlíku Celková síť pro pozorování uhlíkových sloupců C4MIP
proti t E

Mezivládní panel pro změny klimatu definuje CDR, jako jsou:

Antropogenní činnosti odstraňující CO
2z atmosféry a trvale ji ukládat do geologických, pozemských nebo oceánských nádrží nebo do produktů. Zahrnuje stávající a potenciální antropogenní vylepšení biologických nebo geochemických jímek a přímé zachycování a skladování vzduchu, ale nezahrnuje přírodní CO
2 příjem není přímo způsoben lidskou činností.

Americké národní akademie věd, inženýrství a medicíny (NASEM) používají termín „technologie negativních emisí“ s podobnou definicí.

Koncept záměrného snížení množství CO
2v atmosféře je často mylně klasifikován s řízením slunečního záření jako forma klimatického inženýrství a předpokládá se, že je vnitřně rizikový. Ve skutečnosti se CDR zabývá hlavní příčinou změny klimatu a je součástí strategií ke snížení čistých emisí.

Koncepty používající podobnou terminologii

CDR lze zaměňovat se zachycováním a ukládáním uhlíku (CCS), což je proces, při kterém se oxid uhličitý shromažďuje z bodových zdrojů, jako jsou plynové elektrárny , jejichž komíny vypouštějí CO
2v koncentrovaném proudu. CO
2je pak komprimován a izolován nebo použit. Při použití k sekvestraci uhlíku z plynové elektrárny snižuje CCS emise z pokračujícího používání bodového zdroje, ale nesnižuje množství oxidu uhličitého již v atmosféře.

Potenciál pro zmírnění změny klimatu

Využívání CDR souběžně s dalším úsilím o snížení emisí skleníkových plynů, jako je zavádění obnovitelné energie , bude pravděpodobně levnější a rušivější než použití jiného úsilí samotného. Zpráva konsensuální studie NASEM z roku 2019 hodnotila potenciál všech forem CDR jiných než oceánské hnojení, které by bylo možné bezpečně a ekonomicky nasadit pomocí současných technologií, a odhadovala, že by mohly odstranit až 10 gigaton CO
2za rok, pokud je celosvětově plně nasazen. To je jedna pětina z 50 gigatonů CO
2emitované za rok lidskou činností. V analýze způsobů, jak omezit změnu klimatu IPCC z roku 2018, zahrnovaly všechny analyzované cesty zmírňování, které by zabránily oteplování o více než 1,5 ° C, opatření CDR.

Některé cesty ke zmírnění navrhují dosažení vyšší míry CDR masivním nasazením jedné technologie, nicméně tyto cesty předpokládají, že stovky milionů hektarů orné půdy jsou přeměněny na pěstování plodin na biopaliva . Další výzkum v oblastech přímého zachycování vzduchu , geologické sekvestrace oxidu uhličitého a mineralizace uhlíku by mohl potenciálně přinést technologický pokrok, který by ekonomicky proveditelné vyšší míry CDR.

Zpráva IPCC z roku 2018 uvádí, že spoléhání se na rozsáhlé zavádění CDR by bylo „velkým rizikem“ pro dosažení cíle oteplení o méně než 1,5 ° C, vzhledem k nejistotě, jak rychle lze CDR ve velkém nasadit. Strategie pro zmírnění změny klimatu, které se méně spoléhají na CDR a více na udržitelné využívání energie, nesou toto riziko méně. Možnost rozsáhlého budoucího nasazení CDR byla popsána jako morální hazard , protože by to mohlo vést ke snížení krátkodobého úsilí o zmírnění změny klimatu. Zpráva NASEM za rok 2019 uzavírá:

Jakýkoli argument, který má oddálit úsilí o zmírnění, protože sítě NET poskytnou pojistku, drasticky zkresluje jejich současné kapacity a pravděpodobné tempo pokroku ve výzkumu.

Sekvestrace uhlíku

Lesy, záhony řas a další formy rostlinného života absorbují při růstu oxid uhličitý ze vzduchu a váží ho na biomasu. Vzhledem k tomu, že využití rostlin jako jímačů uhlíku lze vrátit zpět pomocí událostí, jako jsou požáry , byla zpochybněna dlouhodobá spolehlivost těchto přístupů.

Oxid uhličitý, který byl odstraněn z atmosféry, může být také uložen v zemské kůře jeho vstřikováním do podpovrchu , nebo ve formě nerozpustných uhličitanových solí ( sekvestrace minerálů ). Důvodem je, že odebírají uhlík z atmosféry a sekvestrují jej na neurčito a pravděpodobně po značnou dobu (tisíce až miliony let).

Metody

Zalesňování, obnova lesů a lesní hospodářství

Podle Mezinárodní unie pro ochranu přírody : „Zastavení ztráty a degradace přírodních systémů a podpora jejich obnovy má potenciál přispět více než třetinou celkového počtu vědců, kteří tvrdí, že zmírňování změny klimatu je do roku 2030 požadováno.“

Lesy jsou životně důležité pro lidskou společnost, zvířata a druhy rostlin. Stromy totiž udržují náš vzduch čistý, regulují místní klima a poskytují stanoviště mnoha druhům. Stromy a rostliny přeměňují oxid uhličitý zpět na kyslík pomocí fotosyntézy. Jsou důležité pro regulaci CO
2úrovně ve vzduchu, protože odebírají a ukládají uhlík ze vzduchu. Bez nich by se atmosféra rychle zahřála a destabilizovala klima.

Biosekvestrace

Biosekvence je zachycování a skladování atmosférického skleníkového plynu oxidu uhličitého kontinuálními nebo vylepšenými biologickými procesy. K této formě sekvestrace uhlíku dochází zvýšenými rychlostmi fotosyntézy prostřednictvím postupů využívání půdy, jako je opětovné zalesňování , udržitelné lesní hospodářství a genetické inženýrství . Iniciativa SALK Harnessing Plants Initiative vedená Joanne Chory je příkladem zdokonalené iniciativy fotosyntézy Sekvestrace uhlíku biologickými procesy ovlivňuje globální uhlíkový cyklus .

Zemědělské postupy

Tato část je výňatkem z uhlíkového zemědělství [ upravit překlad ]

Měření respirace půdy na zemědělské půdě.

Chov uhlíku je název pro řadu zemědělských metod zaměřených na sekvestraci atmosférického uhlíku do půdy a do kořenů plodin, dřeva a listů. Cílem uhlíkového zemědělství je zvýšit rychlost sekvestrace uhlíku do půdy a rostlinného materiálu s cílem vytvořit čistou ztrátu uhlíku z atmosféry. Zvýšení obsahu organické hmoty v půdě může podpořit růst rostlin, zvýšit celkový obsah uhlíku, zlepšit schopnost zadržovat vodu v půdě a omezit používání hnojiv. V roce 2016 dosáhly varianty uhlíkového zemědělství celosvětově stovek milionů hektarů, z téměř 5 miliard hektarů (1,2 × 10 ¹⁰ akrů) světové zemědělské půdy. Kromě zemědělských činností je obhospodařování lesů také nástrojem, který se využívá v uhlíkovém zemědělství. Praxi uhlíkového zemědělství často provádějí jednotliví vlastníci půdy, kteří jsou motivováni k využívání a integraci metod, které budou izolovat uhlík prostřednictvím politik vytvořených vládami. Metody hospodaření s uhlíkem budou obvykle mít své náklady, což znamená, že zemědělci a vlastníci půdy obvykle potřebují způsob, jak mohou těžit z využívání uhlíkového zemědělství, a různé vlády budou mít různé programy. Možné alternativy sekvestrace k uhlíkovému zemědělství zahrnují čištění CO2 ze vzduchu pomocí strojů ( přímé zachycování vzduchu ); hnojení oceánů, aby se urychlily řasy, které po smrti přenášejí uhlík na mořské dno; skladování oxidu uhličitého emitovaného výrobou elektřiny; a drcení a šíření typů hornin, jako je čedič, které absorbují atmosférický uhlík. Techniky obhospodařování půdy, které lze kombinovat s hospodařením, zahrnují výsadbu/obnovu lesů, zakopávání biouhlu produkovaného anaerobně přeměněnou biomasou a obnovu mokřadů. (Uhelné lože jsou pozůstatky bažin a rašelinišť .)

Obnova mokřadů

Tato část je úryvkem z Blue Carbon [ upravit překlad ]

Odhady ekonomické hodnoty modrých uhlíkových ekosystémů na hektar. Na základě údajů z roku 2009 z UNEP/GRID-Arendal.

Modrý uhlík označuje oxid uhličitý odstraněný z atmosféry světovými oceánskými ekosystémy , většinou řasami, mangrovníky , slanisky , mořskými trávami a makrořasami , prostřednictvím růstu rostlin a akumulace a zakopávání organické hmoty v půdě.

Historicky byly ekosystémy oceánu, atmosféry, půdy a suchozemských lesů největšími propady přírodního uhlíku (C). „Modrý uhlík“ označuje uhlík, který je fixován prostřednictvím největších oceánských ekosystémů, spíše než tradiční suchozemské ekosystémy, jako jsou lesy. Oceány pokrývají 70% planety, v důsledku čehož má obnova oceánských ekosystémů největší potenciál rozvoje modrého uhlíku. Mangrovy , slaniska a mořské trávy tvoří většinu vegetačních stanovišť oceánu, ale pouze 0,05% rostlinné biomasy na souši. I přes svou malou stopu dokážou uložit srovnatelné množství uhlíku za rok a jsou to vysoce účinné jímače uhlíku . Mořské trávy, mangrovníky a slaniska mohou zachytávat oxid uhličitý ( CO
2) z atmosféry sekvestrováním C v jejich podkladových sedimentech, v podzemní a podzemní biomase a v mrtvé biomase.

V rostlinné biomase, jako jsou listy, stonky, větve nebo kořeny, lze modrý uhlík izolovat roky až desetiletí a tisíce až miliony let v rostlinných sedimentech. Aktuální odhady dlouhodobé kapacity pohřbívání modrého uhlíku C jsou variabilní a výzkum pokračuje. Přestože vegetační pobřežní ekosystémy pokrývají méně území a mají méně nadzemní biomasy než suchozemské rostliny , mají potenciál ovlivnit dlouhodobé sekvestrace C, zejména v jímkách sedimentů. Jedním z hlavních problémů společnosti Blue Carbon je, že míra ztráty těchto důležitých mořských ekosystémů je mnohem vyšší než u jiných ekosystémů na planetě, a to i ve srovnání s deštnými pralesy. Aktuální odhady naznačují ztrátu 2–7% ročně, což je nejen ztráta sekvestrace uhlíku, ale také ztracené stanoviště, které je důležité pro řízení klimatu, ochrany pobřeží a zdraví.

Bioenergie se zachycováním a skladováním uhlíku

Biouhel

Biouhel je vytvořena pyrolýzou z biomasy , a je v šetření jako způsobu odstraňování oxidu uhličitého . Biochar je dřevěné uhlí, které se používá pro zemědělské účely a které také pomáhá při sekvestraci uhlíku , zachycování nebo zadržování uhlíku. Je vytvořen pomocí procesu zvaného pyrolýza, což je v podstatě akt vysokoteplotní topné biomasy v prostředí s nízkou hladinou kyslíku. Zbývá materiál známý jako uhlí, podobný dřevěnému uhlí, ale je vyráběn udržitelným procesem, tedy využitím biomasy. Biomasa je organická hmota produkovaná živými organismy nebo v poslední době živými organismy, nejčastěji rostlinami nebo rostlinným materiálem. Studie provedená britským výzkumným centrem pro biochar uvádí, že na konzervativní úrovni může biochar uchovávat 1 gigaton uhlíku ročně. Při větším úsilí v oblasti marketingu a přijímání biouhlu by přínosem mohlo být skladování 5–9 gigatonů uhlíku v biocharových půdách za rok.

Vylepšené zvětrávání

Vylepšené zvětrávání je chemický přístup k odstraňování oxidu uhličitého zahrnující pozemní nebo oceánské techniky. Jedním příkladem vylepšené techniky zvětrávání na pevnině je in-situ karbonatace křemičitanů. Ultramafická hornina má podle odhadů potenciál uchovávat emise CO _{2 v} hodnotě stovek až tisíců let . Techniky Ocean založené zahrnovat alkality vylepšení, jako je broušení, dispergační, a rozpouštění olivín, vápenec, silikáty, nebo hydroxid vápenatý, aby adresa okyselování oceánů a CO ₂ sekvestraci. Jedním příkladem výzkumného projektu proveditelnosti vylepšeného zvětrávání je projekt CarbFix na Islandu.

Přímé zachycení vzduchu

Tato část je výňatkem z přímého zachycení vzduchu [ upravit překlad ]

Vývojový diagram procesu přímého zachycování vzduchu s použitím hydroxidu sodného jako absorbentu a včetně regenerace rozpouštědla.

Přímé zachycování vzduchu (DAC) je proces zachycování oxidu uhličitého ( CO
2) přímo z okolního vzduchu (na rozdíl od zachycování z bodových zdrojů , jako je cementárna nebo elektrárna na biomasu ) a generování koncentrovaného proudu CO
2pro sekvestraci nebo využití nebo výrobu uhlíkově neutrálního paliva a větrného plynu . Odstranění oxidu uhličitého je dosaženo, když okolní vzduch přichází do styku s chemickými médii, typicky vodným alkalickým rozpouštědlem nebo funkcionalizovanými sorbenty. Tato chemická média se následně zbaví CO ₂ aplikací energie (jmenovitě tepla), což má za následek proud CO _2, který může projít dehydratací a kompresí a současně regenerovat chemická média pro opětovné použití.

DAC byl navržen v roce 1999 a je stále ve vývoji, ačkoli v Evropě a USA je v provozu nebo plánuje několik komerčních závodů. Rozsáhlé nasazení DAC lze urychlit, pokud je spojeno s případy ekonomického využití nebo politickými pobídkami.

DAC není alternativou k tradičnímu zachycování a ukládání uhlíku z bodu zdroje (CCS) , ale lze jej použít ke správě emisí z distribuovaných zdrojů, jako jsou výfukové plyny z automobilů. V kombinaci s dlouhodobým skladováním CO
2„DAC může fungovat jako nástroj pro odstraňování oxidu uhličitého, ačkoli od roku 2021 není ziskový, protože náklady na tunu oxidu uhličitého jsou několikanásobně vyšší než cena uhlíku .

Oceánské hnojení

Tato část je výňatkem z oplodnění oceánem [ upravit překlad ]

Přehrávejte média

Vizualizace populací květů v severním Atlantiku a severním Pacifiku od března 2003 do října 2006. Modré oblasti mají nedostatek živin. Zelené až žluté ukazují květy krmené prachem vanoucím z okolních pevnin.

Hnojení oceánů nebo oceánská výživa je druh klimatického inženýrství založeného na účelném zavádění živin do horního oceánu za účelem zvýšení produkce mořských potravin a odstranění oxidu uhličitého z atmosféry. Byla navržena řada technik, včetně hnojení železem , močovinou a fosforem . Výzkum na počátku 20. let 20. století však naznačil, že dokáže trvale zachytit pouze malé množství uhlíku.

Problémy

Ekonomické problémy

Zásadním problémem pro CDR jsou náklady, které se mezi různými metodami podstatně liší: některé z nich nejsou dostatečně vyvinuty k provádění hodnocení nákladů. V roce 2021 stál DAC od 250 do 600 USD za tunu, ve srovnání s méně než 50 USD za většinu zalesňování. Na začátku roku 2021 byla cena uhlíku v EU mírně nad 50 dolary. Nicméně hodnota BECCS a CDR obecně v integrovaných modelech hodnocení v dlouhodobém horizontu je vysoce závislá na diskontní sazbě .

Dne 21. ledna 2021 Elon Musk oznámil, že daruje 100 milionů dolarů na cenu za nejlepší technologii zachycování uhlíku.

Jiné problémy

CDR čelí problémům společným všem formám klimatického inženýrství , včetně morálního hazardu.

Odstranění dalších skleníkových plynů

Ačkoli někteří vědci navrhli metody pro odstranění metanu , jiní říkají, že oxid dusný by byl lepším předmětem výzkumu kvůli jeho delší životnosti v atmosféře.

Viz také

• Pračka oxidu uhličitého
• Uhlíkově neutrální palivo
• Scénáře zmírnění změny klimatu
• Klimatické inženýrství
• Seznam nově vznikajících technologií
• Peroxid lithný
• Ekonomika s nízkými emisemi uhlíku
• Virgin Earth Challenge

Bibliografie

• IPCC , 2018: Globální oteplování o 1,5 ° C. Zvláštní zpráva IPCC o dopadech globálního oteplování o 1,5 ° C nad předindustriální úroveň a souvisejících globálních cestách emisí skleníkových plynů v kontextu posílení globální reakce na hrozbu změny klimatu, udržitelného rozvoje a úsilí o vymýcení chudoby [PROTI. Masson-Delmotte, P. Zhai, HO Pörtner, D. Roberts, J. Skea, PR Shukla, A. Pirani, W. Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, JBR Matthews, Y. Chen , X. Zhou, MI Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor, T. Waterfield (eds.)].
  • Report web , kapitoly I – V
  • Shrnutí pro tvůrce politik , 32 stran.
  • Titulní prohlášení , 2 s.
  • Technické shrnutí , 22 s.
  • FAQ , 24 stran.
  • Glosář , 24 str.

Reference

externí odkazy

• Krupp, Fred; Keohane, Nathaniel; Pooley, Eric (25. září 2019). „Méně než nula; mohou technologie odstraňování uhlíku omezovat změnu klimatu?“ . Zahraniční záležitosti (březen/duben 2019): 142–152.
• The Road to Ten Gigatons - Carbon Removal Scale Up Challenge Game.