Chociaż ograniczanie emisji dwutlenku węgla jest niezbędnym elementem naszej rzeczywistości, samo w sobie z pewnością nie wystarczy, żeby zagwarantować nam lepszą przyszłość [1]. To – na tym etapie zmian antropogenicznych – zbyt mało. Równocześnie powinniśmy szukać nowych i doskonalić istniejące już sposoby aktywnego “wyciągania” gazów cieplarnianych z powietrza. Bez technologii i natury intencjonalnie wspomagających nas w walce ze zmianami klimatu, osiągnięcie założeń Porozumienia Paryskiego nie będzie bowiem możliwe [2], [3]. Sekwestracja CO2 za pomocą technologii ujemnych emisji dwutlenku węgla to jednak temat równie obiecujący, co skomplikowany pod kątem ekologicznym, społecznym i etycznym.
Ujemne emisje dwutlenku węgla, czyli czym są NETs?
Zadaniem III Grupy roboczej Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) jest opracowywanie najbardziej skutecznych sposobów na łagodzenie zmian klimatu. W ostatnim wydanym przez IPCC raporcie “AR5”, jej członkowie rozpatrywali scenariusze, które w ciągu tego stulecia mogą doprowadzić nas do zatrzymania zmian klimatu na poziomie poniżej 2°C. 101 spośród 116 branych pod uwagę koncepcji zakłada wykorzystanie rozwiązań zapewniających ujemne emisje dwutlenku węgla. W literaturze anglojęzycznej określa się je jako Negative Emissions Technologies (NETs) lub technologie Carbon Dioxide Removal (CDR).
NETs to wszelkie rozwiązania – zarówno technologiczne, jak i bazujące na naturze – które wspomagają proces “wyciągania” dwutlenku węgla z powietrza i jego zamykania w formie, kolokwialnie mówiąc, bezpiecznej dla klimatu. Nie należy mylić ich jednak z technologiami implementowanymi bezpośrednio na źródła emisji (np. elektrownie węglowe). NETs mają z założenia usuwać dwutlenek węgla już obecny w atmosferze [4].
Eksperci rozróżniają kilka kluczowych rozwiązań NET [5]:
Zalesianie i renaturalizacja lasów
Zalesianie oznacza sadzenie drzew tam, gdzie ich uprzednio nie było. Z kolei renaturalizacja to – w uproszczeniu – przywracanie lasów tam, gdzie zostały wycięte lub w inny sposób zdegradowane. Sumarycznie są to dwa najłatwiejsze, najbardziej intuicyjne i budzące najmniej kontrowersji sposoby na usuwanie nadmiaru dwutlenku węgla z atmosfery. Sekwestracja CO2 w taki sposób zazwyczaj nie budzi niczyjego sprzeciwu.
W końcu co jest do tego zadania bardziej odpowiednie, niż naturalnie fotosyntezujące organizmy? Niestety sprawa nie jest taka prosta – szczególnie w przypadku zalesiania. Jeśli w procesie sadzenia drzew brakuje eksperckiej wiedzy, uważności na sytuację społeczną i geograficzną, a celem jest utworzenie kolejnego lasu gospodarczego – możemy wyrządzić więcej szkody niż pożytku.
“Blue carbon”, czyli przywracanie ekosystemów morskich i przybrzeżnych
Mokradła i tereny podmokłe to jedne z najważniejszych rezerwuarów węgla wśród ziemskich ekosystemów. Szczególnie ważną rolę pełnią mokradła przybrzeżne – a także namorzyny i skupiska trawy morskiej. Węgiel zmagazynowany przez roślinność współtworzącą te właśnie ekosystemy określa się zbiorczo jako “blue carbon”.
Niestety ekosystemy gromadzące ów “blue carbon” są dzisiaj nieustannie eksploatowane lub niszczone przez nierozważność lub chęć zysku. Dewastowane są zarówno za sprawą budownictwa, urbanizacji, jak i akwakultury czy zanieczyszczenia środowiska. Przekształcanie tych terenów może skutkować (i skutkuje) tragiczną transformacją – z rezerwuarów w znaczących emitentów dwutlenku węgla. Pomiędzy rokiem 2000, a 2016 zniszczonych zostało ok. 62% wszystkich lasów namorzynowych. W skali świata straciliśmy już też 90% terenów bagiennych [6].
Ich przywracanie, z ekologicznego punktu widzenia, to doskonały sposób zarówno na walkę ze zmianami klimatu, jak i zwiększanie bioróżnorodności. Niestety jednak w niektórych miejscach na świecie może to stwarzać konflikty natury społeczno-ekonomicznej.
Zwiększanie produktywności oceanów
Poszukiwanie naturalnych rezerwuarów węgla, które mogłyby zmagazynować antropogeniczny CO2, skłoniło naukowców do bliższego przyjrzenia się oceanom. Jak się okazuje, na szczególną uwagę zasługują jego drobni, fotosyntezujący mieszkańcy – fitoplankton. W teorii bowiem zwiększenie jego ilości i produktywności mogłoby sprawić, że oceaniczna sekwestracja CO2 byłaby jeszcze bardziej wydajna.
Pomysł jest stosunkowo prosty i znany nam już poniekąd z naszych interakcji z roślinami lądowymi. Wystarczy dostarczyć związków odżywczych (w tym przypadku np. niewielkich ilości żelaza), które w niektórych miejscach oceanu są deficytowe, aby wspomóc rozwój planktonu. Ten, w procesie fotosyntezy, wykorzystywałby dwutlenek węgla, a na koniec swojego cyklu życiowego, opadając na dno zbiornika, wiązał go w oceanicznych odmętach nawet na setki tysięcy lat [5]. Brzmi świetnie, ale mając na uwadze nasze doświadczenia z użyźnianiem gleby pod uprawy roślin, niezbyt ciężko wyobrazić sobie szereg konsekwencji jakie miałoby wielkoskalowe użyźnianie oceanów.
Mimo, że rozwiązanie takie było już testowane kilkakrotnie, koszty, regulacje prawne i konsekwencje ekologiczne naruszenia naturalnego obiegu węgla w oceanie na duża skalę nie są jasne [5].
Zwiększenie zasadowości oceanów
Już teraz ok ¼ emisji CO2 pochłaniają oceany [7]. Są to oczywiście ilości znacznie przewyższające naturalne “zdolności” regulacyjne oceanów. Dwutlenek w wodzie tworzy bowiem kwas węglowy – to właśnie dlatego obserwujemy spadek pH w oceanach, czyli proces określany mianem zakwaszenia wód. W naturalnych okolicznościach pH w wodach neutralizują jony magnezu czy wapnia, które pochodzą z długotrwałych procesów wietrzenia skał i minerałów. Zbyt dużo CO2 w atmosferze – a finalnie w oceanie – oznacza zaburzenie tej równowagi.
Naukowcy doszli zatem do wniosku, że zwiększenie zasadowości oceanów może pomóc zarówno w walce z nadmiarem dwutlenku węgla w atmosferze, jak i zakwaszeniem wód. Najczęściej w tym kontekście rozpatruje się rozprowadzanie w wodzie wapna (tlenku wapnia) [5]. Większa ilość jonów wapnia obecnych w wodzie powoduje, że sekwestracja CO2 rośnie, a kwasowość oceanów maleje.
Taki pomysł jest jednak poddawany krytyce. Jego implementacja na dużą skalę byłaby wyjątkowo kosztowna, a prawdopodobnie i tak nie mogłaby całkowicie naprawić naszych błędów [8]. Co więcej, wciąż nie wiemy jaki wpływ takie rozwiązanie miałoby na morskie ekosystemy w skali globalnej [5]. To oczywiście przeszkoda nie do pokonania.
Wzmocnienie procesu wietrzenia skał
Zabiegiem, który rozważa się w ramach implementacji NETs, jest także sztuczne wzmaganie samego wietrzenia skał. Jest to zatem cofnięcie się o jeden krok w cyklu węglowym względem bezpośredniej ingerencji w zasadowość oceanów. Wzmożone wietrzenie skał finalnie skutkuje bowiem tym samym, ale ludzka ingerencja przypada gdzie indziej.
Wietrzenie, czyli chemiczny rozkład skał, to ważny, ale wyjątkowo długotrwały element obiegu węgla w przyrodzie, który ostatecznie prowadzi do uwięzienia CO2 na dnie oceanu [9]. Przyspieszenie tego procesu mogłoby zatem potencjalnie spowolnić zmiany klimatu, a przy okazji zapobiegać zakwaszeniu oceanów. Jak to się robi? Po prostu sproszkowuje się krzemiany i “rozsypuje” je np. na terenach uprawnych. Tak potraktowane skały szybciej ulegają rozpadowi (m.in. dzięki pomocy mikrobów obecnych w glebie), szybciej dostarczają jonów do oceanów i szybciej wiążą w nich dwutlenek węgla tworząc wodorowęglany [5]. Przy okazji wzbogacają glebę w minerały.
Tego typu sekwestracja CO2 wymaga niestety najpierw pozyskania materiału do rozkruszenia i rozsypania. Chyba, że wykorzystamy do tego celu odpowiednie odpady. Co więcej, skutkiem ubocznym intensyfikacji wietrzenia skał może być wzrost zasolenia oceanów i dalsze konsekwencje ekologiczne.
Sekwestracja węgla w glebie
Za sporą część antropogenicznych emisji dwutlenku węgla odpowiada dzisiaj rolnictwo. Nie tylko przemysłowa hodowla zwierząt, ale także nowoczesne praktyki stosowane przy wielkoobszarowych uprawach roślin [5].
Sekwestracja CO2 w glebie jest stosunkowo łatwa do przeprowadzenia i ma szereg dodatkowych korzyści. Zwolennicy tej metody twierdzą, że już niewielkie zmiany w praktykach rolniczych i gospodarowaniu ziemią mogą na powrót zamienić glebę w rezerwuar węgla. Mowa tutaj o tak prostych zabiegach, jak np. rekultywacja łąk, sadzenie roślin okrywowych, kompostowanie, ograniczanie czy eliminowanie orki [10].
Zasadniczym wyzwaniem tych rozwiązań jest przekonanie rolników i właścicieli ziemi do ich implementacji. Niektórzy krytycy twierdzą, że działania tego typu są niemożliwe do przeprowadzenia w sposób, który miałby rzeczywiste znaczenie dla klimatu [11].
Biowęgiel
Nieco bardziej zaawansowaną – ale jednocześnie mniej problematyczną społecznie – metodą wiązania węgla w glebie jest zastosowanie biowęgla. Jest to materiał powstający w wyniku pirolizy (rodzaj beztlenowego spalania) biomasy.
Biowęgiel sam w sobie ulega rozkładowi bardzo powoli. Dzięki temu uwięziony w nim węgiel przez setki, a może nawet tysiące lat nie wraca do obiegu [5]. Co więcej, jego dodatek w glebie znacznie poprawia jej żyzność. Działa bowiem jak gąbka, która uprzednio pochłonięte składniki odżywcze i wodę oddaje powoli, ale równomiernie. Na tym nie kończą się zalety biowęgla. Niektóre badania sugerują, że może on pośrednio ograniczać uwalnianie z gleby N2O, a więc ograniczać emisje gazów cieplarnianych także inną drogą [10].
Naturalnie i ta metoda sekwestracji dwutlenku węgla ma swoje wady. Dodatek biowęgla do gleby może bowiem zmniejszać jej albedo, a więc powodować szybsze nagrzewanie się [5]. Co do jego trwałości niestety też nie ma całkowitej pewności.
BECCS, czyli bioenergia z wychwytywaniem CO2
Jednym z najchętniej podejmowanych tematów w kontekście NETs jest tzw. technologia BECCS (ang. bioenergy with carbon capture and storage). To właśnie ona jest rozpatrywana w pierwszej kolejności przez grupy eksperckie IPCC i to jej przypisuje się duży potencjał w niwelowaniu antropogenicznych emisji CO2 [5]. O niej po prostu mówi się najwięcej.
Zdecydowanie nie jest to jednak rozwiązanie najłatwiejsze. BECCS – w uproszczeniu – polega na produkcji energii z biomasy przy jednoczesnym wychwytywaniu dwutlenku węgla i wpompowywaniu go głęboko pod ziemię. Jest to proces dość zaawansowany technologicznie i nie do końca jeszcze przetestowany na dużą skalę. Stąd, mimo nadziei, w kierunku BECCS kieruje się także sporo krytyki [12].
Uprawa roślin przeznaczonych na biomasę do BECCS może zajmować sporo przestrzeni, potencjalnie konkurując z uprawami roślin jadalnych i ochroną bioróżnorodności. Nie wiadomo też na jak długo taka sekwestracja CO2 byłaby skuteczna i jak zareagowałyby na ten – dość jednak inwazyjny – zabieg okoliczne ekosystemy. Co więcej, biorąc pod uwagę cały łańcuch dostaw, sama „produkcja” biomasy nie jest bezemisyjna – źle zaplanowane BECCS może emitować więcej węgla, niż go sekwestruje. Do tego trzeba doliczyć naturalnie bariery ekonomiczne i socjologiczne.
Wykorzystanie biomasy w budownictwie
W mniej kontrowersyjny sposób możemy wykorzystać biomasę integrując ją w nowoczesne, ale bazujące na naturze materiały budowlane. Może to być bambus w elementach konstrukcyjnych czy konopie w izolacji. Jak to się ma do sekwestracji dwutlenku węgla?
Rozwiązanie takie działa w kontekście emisji dwojako [5]. Po pierwsze: zastępuje tradycyjne materiały budowlane, takie jak stal czy beton, których produkcja jest wysokoemisyjna. Po drugie: węgiel zamknięty w roślinach (biomasie) w czasie ich wzrostu, pozostaje uwięziony w budowlach na długie lata. Przynajmniej dopóki budynek nie zostanie zburzony. Naturalne materiały budowlane mają też dodatkowe zalety – mogą np. regulować wilgotność powietrza i pochłaniać zanieczyszczenia.
Główna przeszkoda wydaje się niewielka i stosunkowo łatwa do pokonania. Rozwiązaniom takim brakuje bowiem dofinansowania, certyfikacji i standaryzacji produkcji.
Direct Air Capture (DAC)
Ostatnią kategorią technologii, które można zakwalifikować jako NETs, jest Direct Air Capture (DAC). Z braku oficjalnego polskiego tłumaczenia – jest to wychwytywanie i sekwestracja CO2 bezpośrednio z powietrza.
Rozwiązań określanych jako DAC jest sporo. Są wśród nich zarówno wielkoskalowe oczyszczalnie powietrza, jak i niewielkie inicjatywy o wręcz designerskim zacięciu. Odessany z powietrza i poddany chemicznym procesom dwutlenek węgla można zarówno składować pod ziemią, jak i wykorzystać do różnorodnych procesów produkcyjnych (od atramentu, przez plastik, aż po paliwo) [5].
Te technologie nie są jednak jeszcze na tyle dojrzałe, żeby komercyjna sekwestracja CO2 z ich wykorzystaniem była opłacalna (a być może w ogóle możliwa) [13]. Jest przede wszystkim kosztowna, niezbyt wydajna i wymaga sporych nakładów energii.
Myślenie życzeniowe, pokusa nadużycia i inne problemy NETs
Każde z rozwiązań zbiorczo określanych jako NETs ma duży potencjał, ale niewiele z nich jest gotowych do wdrożenia na dużą skalę [4]. Wciąż jest po prostu zbyt wiele niewiadomych. Niewiadomych ekonomicznych, niewiadomych społecznych i niewiadomych ekologicznych.
Niektórzy twierdzą nawet, że nadzieje pokładane w rozwoju NETs to nic więcej niż myślenie życzeniowe [3]. Część z tych rozwiązań może okazać się bowiem iluzoryczna, znacznie bardziej optymistyczna w teorii niż w praktyce. W kontekście takiej krytyki wątpliwe jest w ogóle wkładanie energii i środków finansowych w rozwój technologii NETs. Rzeczywiście takie opinie – także w środowisku naukowym – są wyrażane.
Głównym zarzutem względem NETs jest jednak tzw. pokusa nadużycia (ang. moral hazard) [5], [14]. Istnieje bowiem realna obawa, że sekwestracja CO2 będzie umożliwiała podmiotom emitującym duże ilości gazów cieplarnianych kontynuowanie szkodliwych praktyk w nadziei, że przecież i tak się ich pozbędziemy przy pomocy NETs. Dotyczy to zarówno przedsiębiorców, jak i polityków, którzy zyskają potencjalne usprawiedliwienie stagnacji w podejmowaniu kroków na rzecz ograniczania emisji. Przekonanie, że technologia pochłaniania CO2 rozwiąże problem antropogenicznych emisji (i fałszywe poczucie bezpieczeństwa z tym związane) może mieć katastrofalne skutki.
Sekwestracja CO2 musi być sprawiedliwa i etyczna
Wielkoskalowe rozwiązania o nieznanych, dalekosiężnych skutkach budzą poważne wątpliwości natury etycznej. Mimo to, większość ekspertów zgadza się, że NETs będą nam na którymś etapie potrzebne do walki ze zmianami klimatu. Kluczowe jest, żeby wdrażać je odpowiedzialnie, sprawiedliwie i etycznie. W tym celu powinniśmy trzymać się czterech najważniejszych zasad [15].
- Po pierwsze, sekwestracja CO2 jest tylko częścią składową długoterminowej polityki klimatycznej. Nie możemy zapominać o równoczesnej i priorytetowej dekarbonizacji gospodarki. Nasze podejście powinno opierać się o działania “oprócz”, a nie “albo”.
- Po drugie, społeczny, ekonomiczny i środowiskowy wpływ implementacji NETs jest niezwykle ważny. Różne rozwiązania mają różne wymagania w zakresie zasobów i różne skutki – nierzadko negatywne. Te muszą być rozpatrzone w przysłowiowe “wzdłuż i wszerz” zanim przystąpimy do wdrażania jakiejkolwiek technologii. W niektórych przypadkach, w zależności od kontekstu np. geograficznego czy społecznego, negatywny wpływ konkretnego rozwiązania NET może przewyższać jego korzyści klimatyczne. Wszelkie wrażliwe na manipulację uwarunkowania muszą być bezwarunkowo brane pod uwagę. Jest to bardzo ważne także ze względu na akceptację społeczną.
- Po trzecie zatem, wartość i zasadność każdej technologii NET musimy rozpatrywać wielopoziomowo, biorąc pod uwagę wszystkie niuanse społeczne, ekonomiczne, środowiskowe. Musimy też zwracać uwagę na różnorodność rozwiązań w obrębie każdej kategorii NET i wybierać te najbardziej odpowiednie w danych okolicznościach. Należy zawsze pamiętać, że wydajność nie jest jedynym wyznacznikiem wartości danego rozwiązania.
- Po czwarte, polityka klimatyczna musi być odporna na nieoczekiwane zdarzenia – wdrażane rozwiązania NETs tak samo. Rozważając jakąkolwiek technologię musimy mieć na uwadze dobro przyszłych pokoleń, a także potencjalne niepowodzenia, które mogą na nie wpłynąć. Stawianie wszystkiego na jedną, niepewną kartę jest bardzo ryzykowne. Nasze działania proklimatyczne powinny być zatem zdywersyfikowane i zdecentralizowane.
Nie ma jednego, idealnego rozwiązania
Tak, jak potrzebujemy różnorodnych rozwiązań, tak też potrzebujemy zróżnicowanych perspektyw, które w porę pozwolą nam zauważyć pewne zależności i potencjalne zagrożenia. Potrzebujemy interdyscyplinarności. Nie tylko inżynierów i przedstawicieli nauk przyrodniczych, ale także filozofów, politologów i socjologów [14]. Każde zagadnienie, niezależnie na jaką skalę implementowane, musi być dopracowane zarówno technologicznie, jak i etycznie. Nie ma jednego, idealnego rozwiązania na wszystkie okoliczności i nie ma jedynej słusznej perspektywy.
Sekwestracja CO2 nie może być zatem traktowana jako alternatywa dla ograniczania antropogenicznych emisji czy zmiany podejścia do produkcji i konsumpcji dóbr. Absolutnie nie może stanowić swojego rodzaju zasłony dymnej, usprawiedliwienia dla kontynuowania szkodliwych praktyk. Musi występować równolegle z innymi prośrodowiskowymi i proklimatycznymi działaniami i być pewnego rodzaju świadectwem pokory ludzkości względem błędów, które dotychczas popełniliśmy. Musi brać pod uwagę różnorodne okoliczności i być współtworzona przez różnorodnych ludzi.
Źródła
[1] Gramling C., 2021: Why planting tons of trees isn’t enough to solve climate change. Science News [dostęp 12.10.2021].
[2] Magill B., 2017: A Cooler Future May Hinge on Removing CO2 From the Air. Climate Central [dostęp: 13.10.2021].
[3] Evans S., 2017: UK launches ‘world first’ research programme into negative emissions. Carbon Brief [dostęp 14.10.2021].
[4] National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine; Division on Earth and Life Studies; Ocean Studies Board; Board on Chemical Sciences and Technology; Board on Earth Sciences and Resources; Board on Agriculture and Natural Resources; Board on Energy and Environmental Systems; Board on Atmospheric Sciences and Climate; Committee on Developing a Research Agenda for Carbon Dioxide Removal and Reliable Sequestration, 2018: Negative Emissions Technologies and Reliable Sequestration: A Research Agenda. National Academies Press, United States of America.
[5] Carbon Brief Staff, 2016: Explainer: 10 ways ‘negative emissions’ could slow climate change. Carbon Brief [dostęp 15.10.2021].
[6] Hilmi N., Chami R., Sutherland M., Hall-Spencer J., Lebleu L., Benitez M., Levin,L., 2021: The Role of Blue Carbon in Climate Change Mitigation and Carbon Stock Conservation. Frontiers in Climate, 3.
[7] Renforth P., 2017: Preventing Climate Change by Increasing Ocean Alkalinity. EOS [dostęp 18.10.2021].
[8] Paquay F. S., Zeebe R. E., 2013: Assessing possible consequences of ocean liming on ocean pH, atmospheric CO2 concentration and associated costs. International Journal of Greenhouse Gas Control, 17: 183-188.
[9] Taylor L., Quirk J., Thorley R., Kharecha P., Hansen J., Ridgwell A., Beerling D., 2016: Enhanced weathering strategies for stabilizing climate and averting ocean acidification. Nature Climate Change, 6: 402-408.
[10] Paustian K., Larson E., Kent J., Marx E., Swan A., 2019: Soil C Sequestration as a Biological Negative Emission Strategy. Frontiers in Climate, 1.
[11] Amundson R., Biardeau L., 2018: Opinion: Soil carbon sequestration is an elusive climate mitigation tool. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115: 11652-11656.
[12] Fuss S., Canadell J. G., Peters G. P., Tavoni M., Andrew R. M., Ciais P., Yamagata Y., 2014: Betting on negative emissions. Nature Climate Change, 4: 850-853.
[13] Zolfaghari Z, Aslani A, Moshari A, Malekli M., 2021: Direct air capture from demonstration to commercialization stage: A bibliometric analysis. International Journal of Energy Research, 1-14.
[14] Lenzi D., Lamb W. F., Hilaire J., Kowarsch M., Minx J. C., 2018: Don’t deploy negative emissions technologies without ethical analysis. Nature, 561: 303-305.
[15] Morrow D. R., Thompson M. S., Anderson A., Batres M., Buck H. J., Dooley K., Geden O., Ghosh A., Low S., Njamnshi A., Noël J., Táíwò O. O., Talati S., Wilcox J., 2020: Principles for Thinking about Carbon Dioxide Removal in Just Climate Policy. One Earth, 3: 150-153.
Jeśli podoba Ci się treść na blogu, możesz podziękować za moją pracę stawiając mi wirtualną kawę:
