Med tillräcklig investering och strategisk utplacering kan koldioxidavlägsnande och lagring spela en nyckelroll för att hålla global uppvärmning till en nivå vi kan leva med.

Klaus Lackner har en bild av framtiden i hans sinne, och det ser ut som om det här: 100 miljoner semitrailer-storlek lådor, vardera fyllda med en beige tyg konfigurerad i det som ser ut som shag mattan för att maximera ytan. Varje låda drar in luft som om det andades. På samma sätt absorberar tyget koldioxid, som det senare släpper ut i koncentrerad form för att bli tillverkad i betong eller plast eller piped långt under jord, vilket effektivt avbryter sin förmåga att bidra till klimatförändringen.

Även om tekniken ännu inte är i drift är den "på väg att flytta ut från laboratoriet, så att vi kan visa hur den fungerar i liten skala", säger Lackner, chef för Center for Negative Carbon Emissions vid Arizona State University. När han har lyckats med alla kinks beräknar han att nätverket av lådor tillsammans kan fånga kanske 100 miljoner ton (110 miljoner ton) koldioxid per dag till en kostnad av 2 US $ per ton - vilket gör en märkbar buk i klimatstörande överflöd av koldioxid som har byggts upp i luften sedan människor började bränna fossila bränslen för 30 år sedan.

Lackner är en av hundratals, om inte tusentals, forskare runt om i världen som arbetar på sätt att ta bort koldioxid från atmosfären, fånga kol från atmosfären med hjälp av växter, stenar eller konstruerade kemiska reaktioner och lagra det i jord, produkter som betong och plast, stenar, underjordiska reservoarer eller det djupblå havet.

"Vi kan inte bara dämpa vår ekonomi, eller vi kommer inte att uppfylla vårt kolmål." - Noah Deich

Några av strategierna - kända kollektivt som koldioxidavlägsnande eller negativa utsläppsteknologier - är bara blinkar i sina envisioners ögon. Andra - lågteknologiska system som att plantera fler skogar eller lämna grödor i fältet eller mer högteknologiska "negativa utsläpp" -inställningar som CO2-fångande biomassbränsleanläggning som gick online förra våren i Decatur, Illinois - är redan på gång. Deras gemensamma mål: För att hjälpa oss ut ur klimatförändringen har vi kommit in i.

"Vi kan inte bara dämpa vår ekonomi, eller vi kommer inte att uppfylla vårt kolmål," säger Noah Deich, medgrundare och verkställande direktör med Centrum för Carbon Removal i Oakland, Kalifornien. "Vi måste gå utöver för att rensa kol från atmosfären. ... [Och] vi måste börja snabbt om vi ska ha verkliga marknader och riktiga lösningar tillgängliga för oss som är säkra och kostnadseffektiva av 2030. "

Många tillvägagångssätt

Praktiskt taget alla experter på klimatförändringar är överens om att för att undvika katastrofer måste vi först och främst lägga allt vi kan för att minska koldioxidutsläppen. Men allt fler säger att det inte räcker. Om vi ​​ska begränsa den atmosfäriska uppvärmningen till en nivå under vilken irreversibla förändringar blir oundvikliga, menar de, måste vi också aktivt ta bort koldioxid från luften i ganska stora mängder.

"Det är nästan omöjligt att vi skulle slå 2 ° C, och ännu mindre så 1.5 [° C], utan någon form av negativ utsläppsteknik", säger Pete Smith, ordförande i växt- och markvetenskap vid University of Aberdeen och en av Världens ledare i begränsningen av klimatförändringen.

Faktum är att forskare från hela världen som nyligen skrev upp en "färdplan" till en framtid som ger oss goda förutsättningar att hålla värme under 2 ºC tröskeln lutar kraftigt på att minska koldioxidutsläppen genom att helt fasa ut fossila bränslen - men kräver också att vi aktivt tar bort koldioxid från atmosfären. Deras schema kräver att sekvestrering av 2 metriska gigaton (en gigaton, förkortat Gt, är en miljard ton eller 0.61 miljarder ton) koldioxid per år 0.67, 2 2030 och 5.51 år 2050. Människans genererade koldioxidutsläpp var cirka 17.72 Gt 2100, enligt National Oceanic och Atmospheric Administration.

"Det är nästan omöjligt att vi skulle slå 2 ° C, och ännu mindre så 1.5, utan någon form av negativ utsläppsteknik." -Pete Smith

Rapporter visar sig regelbundet på att ett tillvägagångssätt eller ett annat inte kommer att skära det: Träd kan lagra kol, men de konkurrerar med jordbruket för mark, marken kan inte lagra tillräckligt, maskiner som de som Lackner förutser tar för mycket energi, vi don Jag har inte funnit ingenjörsingenjören för underjordisk förvaring.

Det är troligtvis sant att ingen lösning är lösningen, alla har fördelar och nackdelar, och många har buggar att träna innan de är redo för bästa tid. Men i rätt kombination och med allvarlig forskning och utveckling kan de göra stor skillnad. Och som ett internationellt team av klimatforskare påpekade nyligen, ju desto bättre desto bättre, eftersom uppgiften att minska växthusgaserna bara blir större och mer skrämmande ju längre vi försenar.

Smith föreslår att de många tillvägagångssätten delas in i två kategorier - relativt lågteknologiska "ingen ånger" strategier som är klara att gå, såsom skogsplantering och förbättrad jordbrukspraxis och avancerade alternativ som kräver omfattande forskning och utveckling för att bli lönsamma. Sedan föreslår han, distribuera den tidigare och jobba på den senare. Han förespråkar också för att minimera nackdelarna och maximera fördelarna genom att noggrant matcha rätt tillvägagångssätt med rätt plats.

"Det finns förmodligen bra sätt och dåliga sätt att göra allt", säger Smith. "Jag tror att vi måste hitta de goda sätten att göra dessa saker."

Deich stöder också den samtidiga strävan efter flera alternativ. "Vi vill inte ha en teknik som vi vill ha Föremål av kompletterande lösningar i en bredare portfölj som uppdateras ofta när ny information om lösningarna kommer fram. "

Med detta i åtanke är här en snabb titt på några av de viktigaste tillvägagångssätten som övervägs, inklusive en ballpark-projektion baserad på aktuell kunskap om koldioxidlagringspotential destillerad från en mängd olika källor - inklusive preliminära resultat från en University of Michigan studie förväntas släppas senare i år - samt sammanfattningar av fördelar, nackdelar, mognad, osäkerhet och tankar om de omständigheter som vardera kan bäst tillämpas.

Beskogning och skogsplantering

Betala din entréavgift, kör upp en slingrande väg genom Sequoia National Park i Kalifornien, vandra en halv mil genom skogen, och du kommer att hitta dig själv vid fötterna till General Sherman, världens största träd. Med några 52,500 kubikfot (1,487 kubikmeter) av trä i sin bagage har behemoten mer än 1,400 ton (1,500 ton) koldioxid som fångats i ensam bagageutrymme.

Även om dess storlek helt klart är exceptionell, ger generalen en uppfattning om trädens potential att suga koldioxid från luften och lagra den i trä, bark, löv och rot. Faktum är att den mellanstatliga panelen för klimatförändringar uppskattar att en enskild hektar skog kan ta upp mellan 2 och 2.5 ton koldioxid per år, beroende på träden, hur gammal de är, klimatet och så vidare.

Världsomspännande skogar sekventierar för närvarande på order av 2 Gt CO2per år. Samordnade insatser för att plantera träd på nya platser (avforest) och återplantning av skogsplanterade arealer (reforest) kan öka detta med en gigaton eller mer beroende på art, tillväxtmönster, ekonomi, politik och andra variabler. Skogshanteringsmetoder som betonar kolförvaring och genetisk modifiering av träd och andra skogsplantor för att förbättra sin förmåga att ta upp och lagra kol skulle kunna driva dessa siffror högre.

Ett annat sätt att förbättra trädens förmåga att lagra kol är att göra långvariga produkter av dem - trärambyggnader, böcker och så vidare. Att använda kolrikt trä för konstruktion kan till exempel förlänga trädens lagringskapacitet utanför skogens gränser, med trälagring och skogsplantering som kombinerar en möjlig 1.3–14 Gt CO2 per år, enligt klimatinstitutet, en Australienbaserad forskningsorganisation.

Carbon Farming

De flesta jordbruk är avsedda att producera något som skördas från landet. Kol jordbruk är motsatsen. Det använder växter för att fälla CO2, då använder strategier strategier som reducera tilling, plantera längre rotade grödor och inkorporerar organiska material i jorden att uppmuntra det fångade kolet att flytta in - och stanna kvar i jorden.

"För närvarande är många jordbruks-, trädgårds-, skogsbruks- och trädgårdsjordar en netto koldioxidkälla. Det vill säga, att dessa jordar förlorar mer kol än de sätter ihop ", konstaterar Christine Jones, grundare av den australiensbaserade ideella ideen Fantastiskt kol. ”Potentialen för att vända koldioxidens nettoförflyttning till atmosfären genom förbättrad växt- och markhantering är enorm. Att hantera vegetativt skydd på sätt som förbättrar markens förmåga att binda och lagra stora volymer atmosfäriskt kol i en stabil form erbjuder en praktisk och nästan omedelbar lösning på några av de mest utmanande frågor som mänskligheten för närvarande står inför. ”

Jordens koldioxidförvaringskapacitet kan gå ännu högre om forskningsinitiativ från Advanced Research Projects Agency-Energi, en amerikanska myndighet som tillhandahåller forskningsstöd till innovativ energiteknik och andra som syftar till att förbättra grödans kapacitet att överföra kol till jorden är framgångsrika. Och påpekar Eric Toensmeier, författare till The Carbon Farming Solution, jordbrukspotentialens kapacitet att lagra kol kan ökas dramatiskt genom att också inkludera träd i ekvationen.

"I allmänhet är det praxis som innehåller de mest kolda träden [lagring] - ofta två till 10 gånger mer kol per hektar, vilket är en ganska stor sak", säger Toensmeier.

Annan Vegetation 

Trots att skogar och jordbruksmark har uppmärksammats, ökar också vegetation, gräsmarker, kustområden, torvmarker och lagrar CO2, och insatser för att förbättra deras förmåga att göra det kan bidra till koldioxidförvaringsorsaken runt om i världen.

Kustväxter, såsom mangrover, havsgräs och vegetation som bor i tidvattensaltmyrar, utmärker sig med att koldrera koldioxid - betydligt mer per område än terrestriska skogar, enligt Meredith Muth, internationell programchef med National Oceanic and Atmospheric Administration.

"Det här är otroligt kolrika ekosystem", säger Emily Pidgeon, bevarande International senior chef för strategiska marina initiativ. Det beror på att den syrefattiga jorden där de växer in hämmar utsläpp av koldioxid tillbaka till atmosfären, så snarare än att cykla tillbaka in i atmosfären, byggs kol helt enkelt upp lager för lager genom århundradena. Med Mangrover sekvestrerar ungefär 1,400 ton (1,500 ton) per hektar (2. 5 tunnland); saltmassor, 900 ton (1,000 ton); och seagrass, 400 ton (400 ton), återställa förlorad kustvegetation och utvidga kustnära livsmiljöer har potential att sekvestrera väsentligt kol. Och forskare ser på strategier som att minska förorening och hantera sedimentstörningar gör dessa ekosystem absorberar ännu mer CO2.

Och, Pidgeon tillägger, sådan vegetation ger en dubbel klimatfördel, eftersom det också bidrar till att skydda kuster från erosion som uppvärmning leder till att havsnivån stiger.

"Det är det perfekta klimatförändringsekosystemet, särskilt på några av de mer utsatta platserna," säger hon. "Det ger stormskydd, erosionskontroll, upprätthåller det lokala fisket. När det gäller klimatförändringar är det oerhört värdefullt, om det pratar om begränsning eller anpassning. "

Bioenergi och begravning

Förutom att utnyttja vegetationens förmåga att lagra koldioxid i växtdelar och jord, kan människor öka bindningen genom att socka bort kolväxterna absorberar på andra sätt. A US $ 208 miljoner kraftverk som började fungera tidigare i år i hjärtat av Illinois gården land är ett konkret exempel på detta tillvägagångssätt och vad som för närvarande allmänt ses som den mest lovande teknologibaserade strategin för att avlägsna stora mängder kol från luften: bioenergisk koluppsamling och lagring, eller BECCS.

BECCS börjar i allmänhet med att omvandla biomassa till en användbar energikälla, såsom flytande bränsle eller el. Men då tar konceptet ett viktigt steg vidare. Snarare än att skicka CO2-utlösningen under processen i luften, som konventionella anläggningar gör, tar den upp och koncentrerar den och fäller den i material som betong eller plast eller - som det är fallet för Decatur-anläggningen - injicerar det i bergformationer som fälla kolet långt under jordens yta.

En relaterad strategi föreslår att man använder havsplanter som kelp istället för markplanter. Detta skulle minska behovet av att konkurrera med livsmedelsproduktion och bevarande av markområden för mark. Det här alternativet har inte undersökts lika mycket som landbaserade BECCS, men så är antalet okända ännu högre.

På lagringsänden av saker är många av de föreslagna teknologierna fortfarande i koncept eller tidigt utvecklingsstadium. Men om den utvecklas korrekt har tillvägagångssättet "potentiellt fått en ganska stor inverkan", säger University of Aberdeen Smith.

biochar 

Ett annat sätt att förbättra växternas förmåga att lagra koldioxid är att delvis bränna material som att skära slash eller grödavfall för att göra ett kolrikt, långsamt sönderdelat ämne som kallas biochar, som sedan kan begravas eller spridas på jordbruksmark. Biochar har använts i århundraden för att berika marken för jordbruk, men i sena har den ökat uppmärksamheten för sin förmåga att kvestera kol - vilket framgår av det faktum att tre av 10-finalisterna i en US $ 25 miljoner Earth Challenge lanseras av Virgin i 2007, klicka på detta tillvägagångssätt.

Gödning av havet 

Växter och växtliknande organismer som lever i havet absorberar omätbara mängder koldioxid varje år, deras förmåga att göra det begränsas endast av tillgången på järn, kväve och andra näringsämnen de behöver för att växa och föröka sig. Så forskare tittar på strategier för att befrukta havet eller föra näringsämnen upp från djupet till hyperdrivande växters förmåga att fånga och lagra kol.

Ett decennium eller så sedan började företagen bilda för att göra just det med planen att skörda belöningar från den snart etablerade globala kolmarknaden. Sådana planer har i stor utsträckning kvarstått på ritbordet, stymied av väsentliga osäkerhetsfaktorer om hur man sätter pris på koldioxid, bekymmer över störningar av fisket och havsekosystemen mer allmänt och de höga energikraven och kostnaderna som sannolikt kommer att vara inblandade. Dessutom har vi inte en tydlig bild av hur mycket av det fångade kolet faktiskt skulle stanna i havet snarare än att återuppta atmosfären.

Rock Solutions

Koldioxid avlägsnas naturligt från atmosfären varje dag genom reaktioner mellan regnvatten och stenar. Vissa klimatforskare föreslår att denna process förbättras - och därmed ökar koldioxidavlägsnandet från atmosfären - genom konstgjorda åtgärder som att krossa stenar och utsätta dem för koldioxid i en reaktionskammare eller sprida dem över stora områden av mark eller hav, vilket ökar ytan reaktionerna kan inträffa.

Som för närvarande föreställts är strategier för att förbättra kollagring genom att reagera CO2 med stenar dyra och energikrävande på grund av behovet av att transportera och bearbeta stora mängder tungt material. Vissa kräver också omfattande markanvändning och har därför potential att konkurrera med andra behov som livsmedelsproduktion och skydd av biologisk mångfald. Forskare ser på sätt att använda minavfall och på annat sätt förfina strategin för att minska kostnaderna och öka effektiviteten.

Direkt luftinfångning och lagring

De kolsekvestrerande behållarna från Arizona State University's Lackner, tillsammans med andra projekt som Climeworks "just-opened kol-catching anläggning i Schweiz, representerar en av de mer diskuterade metoderna för att fånga och lagra växthusgaser som föreslås idag. Kallas som direkt luftinsamling och lagring, använder detta tillvägagångssätt kemikalier eller fasta ämnen för att fånga gasen från tunn luft, då lagras den för långa transporter under långa laster eller i långvariga material, som för BECCS.

Redan används i ubåtar under havsytan och i rymdfordon långt ovanför, kan direkt luftupptagning teoretiskt ta bort koldioxid från luften tusen gånger mer effektivt än växter, enligt Lackner.

Tekniken är emellertid embryon. Och eftersom det kräver plockning av koldioxidmolekyler från allt annat i luften är det en enorm energisvin. På baksidan har denna strategi den stora fördelen att den kan distribueras var som helst på planeten.

Var kommer du hit? 

Om något framgår av denna sammanfattning är det dessa två saker: För det första finns det mycket potential att öka ansträngningarna för att minska koldioxidutsläppen med strategier för att öka avlägsnandet av koldioxid från atmosfären. För det andra finns det mycket arbete som ska göras innan vi kan göra det i en meningsfull skala och på ett sätt som inte bara stänger koldioxidgapet utan också skyddar miljön och tillgodoser mer omedelbara mänskliga behov.

"På grundval av nuvarande teknik finns det verkligen ingen kombination av negativa utsläppsteknologier som för närvarande är tillgängliga, vilket skulle kunna användas i tillräcklig omfattning för att hjälpa till att uppfylla målet under 2 ° C utan verkligt väsentliga konsekvenser, säger Peter Frumhoff, vetenskaps- och policychef och en chefsforskare med Unionen av bekymrade forskare. "Vi kan i princip använda negativa utsläppstekniker, men vi har inte förståelsen eller politiken att göra det i tillräcklig skala."

Med behovet av att göra någonting allt viktigare börjar forskare börja ta en närmare titt på fördelarna, nackdelarna och möjligheterna i de olika möjligheterna och sätta ihop forskningsagendor För att främja de mest lovande på rätt ställen vid rätt tidpunkt. I maj 2017 började en National Academy of Sciences studiepanel hålla en serie strategisessioner att identifiera forskningsprioriteringar för framflyttning.

"Vårt arbete på denna kommitté är att rekommendera en forskningsagenda för att lösa många av dessa problem, för att sänka kostnaderna, för att effektivisera programmet, för att övervinna hinder för uppskalning och genomförande och styrning och särskilt kontroll och övervakning, "panelen stol Stephen Pacala, professor i ekologi och evolutionär biologi med Princeton University, sade i en video som beskriver initiativet.

Med det sagt är det viktigt att komma ihåg att tekniken kanske inte är den begränsande faktorn på lång sikt.

I slutändan är koldioxidutsläpp inte billigt, erkänner Smith - men han påpekar inte heller klimatförändringen.

"Jag tycker inte att det är en teknisk utmaning," säger Deich. "Jag tror att det är en villighet att betala och en vilja att få klara, konsekventa och rättvisa bestämmelser kring dessa lösningar." Med andra ord är det att skapa kollager i slutändan handlar om att skapa marknader och / eller politik som belönar det samtidigt som man tar in överväga sociala och miljömässiga dimensioner. "Det är inte nödvändigtvis," Kan dessa saker komma att skala? " Det är, "Finns det någon som är villig att betala för att de ska kunna skala?"

Det mest uppenbara sättet att göra detta skulle vara att anbringa a pris till kol, vilket skulle översättas till ekonomisk fördel för att suga bort den.

I slutändan är koldioxidutsläpp inte billigt, erkänner Smith - men han påpekar inte heller klimatförändringen.

Det sätt som Lackner säger är det här: Vi reser i hög hastighet nerför ett berg i en bil som kommer upp till en hårnålsvängning, och det är inte så mycket en fråga om vi slår vakten om huruvida vi kan sakta ner tillräckligt så när vi gör det studsar vi snarare än katapult över det till glömska.

"Jag kan inte garantera att det kommer att fungera", säger han om sina CO2-fällningsenheter. "Jag är en optimist, men jag kan inte garantera det. Det faktum att det kanske inte fungerar, möjligheten att det kanske inte fungerar, är inte i sig en ursäkt för att inte försöka. Om vi ​​inte får det att fungera är jag väldigt säker på att vi kommer att vara i mycket svåra tider. " 

Denna artikel publicerades ursprungligen på Ensia

Om författaren

Mary Hoff är chefredaktör för Ensia. En prisbelönt science communicator, hon har mer än två decennier erfarenhet att bidra till att förbättra förståelsen, uppskattningen och förvaltningen av vår miljö genom tryck och online media. Hon har en kandidatexamen i zoologi från University of Wisconsin och en magisterexamen i massekommunikation med en vetenskaplig kommunikationskampanj från University of Minnesota. Kontakta henne på mary (at) ensia (dot) com.

Relaterade böcker:

at InnerSelf Market och Amazon