Naturalne metody usuwania dwutlenku węgla nie są wcale takie pewne. Wszystko na to wskazuje, że przyroda wcale nie sprzyja dekarbonizacji. A cykl węglowy pokazuje nie tylko pochłanianie węgla przez ocean, ale też jego uwalnianie do atmosfery. Dlatego nie można lekceważyć redukcji emisji gazów cieplarnianych. Trzeba je przyspieszyć. Przy okazji badając cały czas strumienie węgla do i z oceanu.
Niezrozumienie jak działa cykl węglowy prowadzi obecnie do wielu przeświadczeń, że ocean skutecznie absorbuje dwutlenek węgla. Tak jednak nie jest. Jest kilka przeszkód, które zaburzają ten proces. Okazuje się, że usuwanie dwutlenku węgla (CDR – Carbon Dioxide Removal) nie spełnia wymogów dekarbonizacyjnych. A przynajmniej nie na tyle, by znacząco spowolnić wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi.
Fot. Brzeg oceanu. Żródło: Pixabay/CC0 Public Domain
Morskie metody usuwania dwutlenku węgla, które jednak zawodzą
Naukowcy z Uniwersytetu Wschodniej Anglii (UEA), Instytutu Studiów Morskich i Antarktycznych Uniwersytetu Tasmańskiego oraz Narodowego Centrum Badań Naukowych i Instytutu Zrównoważonego Rozwoju i Stosunków Międzynarodowych w Paryżu w swoich badaniach zaobserwowali, że techniki CDR, oparte na środowisku naturalnym, coraz częściej zawodzą.
Są to metody wykorzystujące morskie procesy biologiczne, które obejmują:
– hodowlę skorupiaków,
– uprawę wodorostów,
– zastosowanie niebieskiego węgla przybrzeżnego (z wykorzystaniem odbudowy trawy morskiej, słonych bagien i lasów namorzynowych),
– zwiększanie populacji wielorybów poprzez ich renaturyzację.
Zdaniem autorów w kwestii usuwania CO2 z atmosfery do oceanu są one jednak greenwashingiem. Dlatego, że ocean także w cyklu węglowym uwalnia CO2 z oceanu do atmosfery. A więc, pomiary absorpcji CO2 przez ocean nie są dobrze skwantyfikowane (obliczone i pomierzone).
Na łamach Environmental Research Letters autorzy w swojej publikacji piszą. Aby ograniczyć ocieplenie do poniżej 2 °C, potrzebujemy zarówno redukcji emisji, jak i usuwania dwutlenku węgla (CDR) z atmosfery.
Kalcyfikacja sprawia, że dwutlenek węgla trafia z oceanu do atmosfery
Węgiel krąży w całym systemie planetarnym. W atmosferze, oceanie i biosferze oraz glebach i skałach. W swojej budowie anatomicznej bezkręgowe zwierzęta wodne charakteryzują się wapiennymi muszlami, pancerzykami i szkieletami. Dokładniej, pobierają z wody oceanicznej jony wapnia i wodorowęglanu, które następnie wbudowują w swoje ciała. Proces ten nazywa się kalcyfikacją, czyli wapnieniem.
W ten sposób produkowany jest węglan wapnia (CaCO3). W procesach biologicznych i geochemicznych jego powstawanie w oceanie powoduje uwalnianie dwutlenku węgla do wody oceanicznej. I następnie do atmosfery. A więc, CaCO3 wywołuje efekt odwrotny od zamierzonego. Nie tylko zwiększa się ilość CO2 w wodzie i w atmosferze, ale też cząsteczek wody (H2O). Dzieje się tak, gdy zwierzęta morskie, takie jak np. małże, ślimaki czy ostrygi, inwestują w budowę swoich wapiennych muszli. Wówczas część CO2 może zostać włączona do rozpuszczania muszli (głównie martwych muszli). Na osadzie morskim lub wewnątrz niego. Zachodzi wówczas reakcja chemiczna:
2HCO3- + Ca2+ ⇌ CaCO3 + CO2 + H2O
Wodorosty dobrze spełniają zadanie ekologiczne, ale już nie klimatyczne
Wodorosty spełniają swoją znaczącą rolę ekologiczną, żywieniową, a nawet ochronną (np. ochrona wybrzeży). Należą do nich brunatnice, takie jak: przybrzeżne wielkomorszcze gruszkowate (Macrocystis pyrifera) i listownice cukrowe (Saccharina latissima). A na otwartym oceanie unoszące się przy jego powierzchni gronorosty (Sargassum sp.).
Dotychczas pokutuje błędne stwierdzenie, głównie w środowisku aktywistów czy dziennikarzy popularyzujących naukę, że „lasy” wodorostów funkcjonują podobnie jak prawdziwe lasy na lądzie. To nie jest prawda. Autorzy w Environmental Research Letters piszą, że większość wodorostów:
– nie usuwa bezpośrednio CO2 z atmosfery,
– nie magazynuje bezpośrednio węgla w żywej biomasie lub w podłożu bentonicznym oceanu.
Zamiast tego ich biomasa jako cząsteczkowy węgiel organiczny (POC – Particulate Organic Carbon) trafia do osadu oceanicznego. A jako rozpuszczony węgiel organiczny (DOC – Dissolved Organic Carbon) do głębokiej wody oceanicznej.
Wodorosty w dzikim stanie zapewniają wielu gatunkom morskich zwierząt odpowiednie siedliska i żerowiska na wielu poziomach troficznych. Tak samo stabilny cykl węglowy i azotowy oraz ochronę wybrzeży. Jednak nie gwarantują magazynowania węgla w skalach czasowych istotnych dla morskiego usuwania dwutlenku węgla (mCDR – marine Carbon Dioxide Removal).
Hodowla wodorostów, która tylko koncentruje się na azocie jako kluczowym składniku odżywczym, powoduje ograniczenie zdrowego wzrostu. Dlatego ważne jest znaczenie żelaza.
W ubiegłym roku naukowcy z niemieckiego instytutu badawczego GEOMAR w Kilonii opublikowali w Earth System Dynamics badania, w których stwierdzili, że hodowla wodorostów na 20 proc. powierzchni oceanu mogłaby usuwać 0,6 gigaton węgla rocznie. A nawet wzrastając do 1 gigatony, gdyby została uwzględniona dostawa azotanów i żelaza.
W środowisku naturalnym wyróżniamy trzy typy siedlisk wodorostów:
– na skalistym podłożu
– na piaszczystym i koralowym podłożu
– unoszące się w wodzie
Zajmują one na świecie powierzchnię ok. 6,1–7,2 mln km2. Z kolei uprawiane wodorosty (przeznaczone na żywność, produkty naturalne) zajmują dodatkowe ok. 2700 km2.
Jak piszą inni autorzy w Nature, aby usunąć 1 gigatonę dwutlenku węgla (czyli 0,27 gigatony węgla), globalna hodowla wodorostów do 2030 r. musiałaby wzrosnąć o 32-64 proc.
Rys. Baseny magazynowania węgla w wodorostach. (a) Większość wodorostów magazynuje węgiel w postaci żywej biomasy przez okres krótszy niż 10 lat. (1) Węgiel z żywych i rozkładających się wodorostów może być poddawany recyklingowi w złożu wodorostów poprzez roślinożerność, oddychanie autotroficzne i heterotroficzne oraz uwalnianie cząstek stałych i rozpuszczonego węgla organicznego (DOC, POC). (2) Żywe i rozkładające się wodorosty dostarczają również POC i DOC do sąsiednich systemów poprzez transport boczny. Transport ten może odbywać się w obrębie systemów przybrzeżnych lub poza szelf kontynentalny do głębin oceanicznych. W miarę transportu POC i DOC na morzu, ulegają one rozkładowi na cząsteczki zawierające węgiel poprzez różne procesy, w tym utlenianie fotochemiczne (strzałka zygzakowata) i oddychanie heterotroficzne. (b) Schemat morskiego systemu akwakultury wodorostów, w którym (1) wodorosty są uprawiane w strefie fotycznej, a (2) powstała biomasa jest zanurzana poniżej stałej piknokliny (500 m) w głębi oceanu. (3) Wodorosty zatopione pod stałą piknokliną nie mają kontaktu z atmosferą, a zawarty w nich węgiel i produkty rozpadu mogą nie powrócić do atmosfery przez ponad 100 lat. [Rycinę w kolorze można obejrzeć na stronie wileyonlinelibrary.com ]
Niebieski węgiel jest przereklamowany
Niebieski węgiel przybrzeżny jest zawarty w ekosystemach:
– łąk traw morskich,
– lasów namorzynowych,
– słonych bagien.
Osady w nich zawarte gromadzą duże ilości węgla organicznego, który rozkłada się bardzo powoli, dzięki temu, że ma miejsce w takim środowisku niski poziom tlenu i wysokie zasolenie.
Opinia dotychczas taka krążyła, że te trzy ekosystemy mogą magazynować do czterech razy więcej węgla na hektar i sekwestrować go 30–50 razy szybciej niż lasy na lądzie.
Wpływ ludzkiej antropopresji (osadnictwo, rolnictwo, akwakultura itp.) stanowi przeszkodę na rozbudowę ekosystemów niebieskiego węgla. Niski poziom usuwania CO2 z atmosfery często przynosi odwrotne efekty. I niefortunnie sprzyja to emisjom metanu i podtlenku azotu. Tak samo problemowych gazów cieplarnianych pod względem ocieplenia klimatu jak dwutlenek węgla.
A kwantyfikacja (metoda polegająca na dokładnej policzalności i mierzalności) jest niezwykle trudna pod względem dokładnego oszacowania względnych korzyści klimatycznych.
Jednak są też plusy w przybrzeżnych ekosystemach niebieskiego węgla. Np. ochrona wybrzeża przed falami sztormowymi. Kontrola zanieczyszczeń. Ochrona różnorodności biologicznej i gwarancja bezpieczeństwa żywnościowego.
Fot. Łąki traw morskich. Źródło: Unsplash/CC0 Domena publiczna
Powiększenie populacji wielorybów i ich kał też się nie sprawdzają
Ludzie mają w planach znaczące powiększenie populacji wielorybów na świecie. Pod względem ekologicznym jest to bardzo ważne i przynoszące pozytywne efekty. Jednak pod względem klimatycznym okazuje się to wszystko wielkim „niewypałem”.
A jednak, odchody wielorybów odgrywają znikomą rolę w usuwaniu węgla. Fitoplankton namnażający się dzięki nawożeniu żelaza (tzw. pompa biologiczna) nie sprzyja znaczącemu pochłanianiu dwutlenku węgla z atmosfery. Tak samo tonące ciała tych waleni nie przynoszą dużego efektu w usuwaniu CO2. Za to na plus zasługuje to, że głębinowe organizmy mają co jeść. A więc, mając na względzie ekologię, system troficzny działa jak należy Ale w przypadku klimatologicznym nie ma żadnej znaczącej dekarbonizacji.
Nowe badania wykazały, że renaturalizacja populacji wielorybów może pomóc zwiększyć magazynowanie węgla w naszych ekosystemach (zdjęcie Todda Cravensa na UNSPLASH)
Biologiczna dekarbonizacja oceanu nie działa jak należy
Usuwanie dwutlenku węgla za pomocą hodowli skorupiaków i małży, upraw wodorostów, zastosowania niebieskiego węgla za pomocą ekosystemów łąk traw morskich, lasów namorzynowych czy słonych bagien oraz zwiększania populacji wielorybów okazuje się, że jest mitem wykreowanym przez niektóre organizacje pozarządowe i niektóre media, których język jest daleki od akademickiego. Czyli naukowego.
Prof. Philip Boyd z Instytutu Studiów Morskich i Antarktycznych Uniwersytetu Tasmanii, powiedział: – Te cechy (bezpieczeństwo, trwałość, weryfikowalność, skalowalność) powinny być wykorzystywane do ustalania priorytetów odpowiedniego finansowania badań i rozwoju przez rządy, a także do zapewniania kontroli i równowagi dla decydentów.
Profesor nadzwyczajny ze Szkoły Nauk Środowiskowych na Uniwersytecie Wschodniej Anglii doktor Phil Williamson dodał: – Uważamy, że wykorzystanie tych czterech podejść opartych na naturze do kompensacji emisji dwutlenku węgla jest raczej greenwashingiem, niż tym, że te metody stają się „bohaterami klimatu”, jak twierdzą niektórzy ludzie.
– Aby ograniczyć ocieplenie do mniej niż 2°C, konieczne są zarówno redukcje emisji, jak i usuwanie CO2. Przy czym zaproponowano szereg różnych potencjalnych podejść, aby osiągnąć miliard ton rocznego usuwania CO2 w ciągu 30–50 lat — powiedział profesor Boyd. – Ale aby osiągnąć ten cel, należy opracować i znacznie zwiększyć skalę wielu technik.
Referencje:
Boyd P. W et al., 2024 ; Limited Understanding of Basic Ocean Processes in Hindering Progress in Marine Carbon Dioxide Removal ; Environmental Research Letters ; https://www.researchgate.net/publication/381231103_Limited_understanding_of_basic_ocean_processes_is_hindering_progress_in_marine_carbon_dioxide_removal
Wu J., et al., 2023 ; Carbon Dioxide Removal Via Macroalgae Open-Ocean Mariculture and Sinking: an Earth System Modeling Study ; Earth System Dynamics ; https://esd.copernicus.org/articles/14/185/2023/
DeAngelo J. et al., 2023 ; Economic and Biophysical Limits to Seaweed Farming for Climate Change Mitigation ; Nature Plants ; https://www.nature.com/articles/s41477-022-01305-9
Ruffl O., 2023 ; Rewilding: as Backed by Science ; The Climate News for the Planet ; https://theclimatenews.co.uk/rewilding-as-backed-by-science/