Een uniek geo-engineering-experiment staat op het punt zijn eerste stap te zetten

Wetenschappers van Harvard zijn van plan deze zomer een ballon te lanceren om de apparatuur te testen die nodig is voor de eerste geo-engineering-experimenten in de stratosfeer.

Cody Schroeder/Unsplash

door

• James-tempel archiefpagina

19 februari 2021

Opgesloten in een lange glazen buis in een laboratorium op de begane grond van de Harvard University zit een miniatuurkopie van de stratosfeer.

Toen ik in het najaar van 2019 Frank Keutsch bezocht, liep hij met me mee naar het lab, waar de buis, gewikkeld in grijze isolatie, over de lengte van een bank in de achterste hoek liep. Door het te vullen met de juiste combinatie van gassen, bij bepaalde temperaturen en drukken, hadden Keutsch en zijn collega's de omstandigheden zo'n 20 kilometer boven het aardoppervlak gesimuleerd.

Bij het testen hoe verschillende chemicaliën reageren in deze ijle lucht, hoopte het team een ​​ruwe test uit te voeren van een controversieel plan dat bekend staat als zonne-geo-engineering, dat tot doel heeft klimaatverandering tegen te gaan door kleine deeltjes in de stratosfeer te sproeien om meer van de zonnewarmte terug te reflecteren in ruimte.

Maar is wat er in die buis zit echt hoe de stratosfeer eruit ziet? vraagt ​​Keutsch, een professor in techniek, scheikunde en atmosferische wetenschappen, terwijl hij ernaar wijst. Dat is de vraag. We proberen aan alles te denken, maar ik zou zeggen dat je het nooit helemaal weet.

Daarom willen hij en collega-onderzoekers, waaronder Harvard-klimaatwetenschapper David Keith, hun experimenten uit hun speelgoedstratosfeer verplaatsen naar de echte. Ze hopen te dirigeren een reeks wetenschappelijke ballonvluchten , waarvan de eerste al deze zomer zou kunnen lanceren vanuit het Esrange Space Center in Kiruna, Zweden.

'Ik hoop echt dat we nooit in een situatie komen waarin dit echt moet, want ik vind dit nog steeds een heel eng concept en er gaat iets mis.'

Frank Keutsch, hoofdonderzoeker van SCoPEx

De eerste vlucht zal eenvoudig evalueren of de apparatuur en software van het vliegtuig goed werken in de stratosfeer, waar de temperatuur onder de -50 ˚C kan dalen en de druk varieert van een tiende tot een duizendste van de hoeveelheid op zeeniveau. Maar bij volgende lanceringen hopen de onderzoekers kleine hoeveelheden van het soort deeltjes vrij te geven dat zonlicht zou kunnen verstrooien.

In een wereld die de uitstoot van kooldioxide te langzaam vermindert om catastrofale klimaatverandering te voorkomen, kan geo-engineering op zonne-energie wat tijd winnen. Maar als je het op grote schaal doet, kan dat betekenen dat je moet knoeien met wereldwijde weerpatronen. De effecten zijn onvoorspelbaar; op sommige plaatsen kunnen ze zelfs rampzalig zijn.

De komende weken komt daarom een ​​onafhankelijke adviescommissie dat is het beoordelen van de juridische, ethische en milieukwesties rond het project zal naar verwachting bepalen of de onderzoeksgroep door moet gaan met de eerste vlucht. De commissie zal ook uitspraak moeten doen voor vluchten die daadwerkelijk materiaal vrijgeven, en bepalen welke stappen het onderzoeksteam moet of moet nemen om met het publiek en regelgevers in contact te komen.

Als die lanceringen worden goedgekeurd - en dat is nog steeds een grote als - zullen dit de eerste geo-engineering-experimenten in de stratosfeer zijn. Maar voordat de ballonnen de grond hebben verlaten, zijn ze krijgt al kritiek .

Te gevaarlijk om te gebruiken

Het idee om de planeet af te koelen door deeltjes in de atmosfeer te verspreiden, het zonlicht te dimmen en een deel van de opwarming die wordt veroorzaakt door de uitstoot van broeikasgassen te compenseren, heeft een precedent: de natuur doet het al.

Grote vulkaanuitbarstingen zoals de berg Pinatubo in 1991 hebben miljoenen tonnen zwaveldioxide de lucht in gespuwd, waardoor de temperatuur op aarde in de daaropvolgende jaren daalde. Het zwaveldioxide dat door kolencentrales en schepen wordt uitgestoten, zorgt ook voor meetbare koeleffecten.

Voor sommige critici is dit opzettelijk doen als maatregel tegen klimaatverandering zelfs roekeloos om over na te denken, laat staan ​​om mee te experimenteren. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat zonne-geo-engineering de regenvalpatronen aanzienlijk kan veranderen en sommige gewasopbrengsten kan verminderen op bepaalde plaatsen . Anderzijds, ander papieren hebben geconcludeerd dat de bijwerkingen op het milieu klein kunnen zijn zolang geo-engineering gebeurt op een gematigde manier .

Maar al het onderzoek dat tot nu toe is gedaan, op enkele kleine uitzonderingen na , is uitgevoerd in computermodellen of laboratoriumexperimenten. Dus Keutsch en zijn collega's beweren dat hun ballonproeven een cruciale volgende stap zijn.

Het basisidee voor hun zogenaamde SCoPEx-experimenten, voor het eerst voorgesteld in 2014 , is het lanceren van een ballon, uitgerust met propellers en sensoren, die tot twee kilogram deeltjes van submicrometergrootte zou vrijgeven in een ongeveer kilometer lange pluim. Een commercieel passagiersvliegtuig pompt elke minuut vergelijkbare hoeveelheden materiaal uit, Keith merkt op: .

Dan zou de ballon rondslingeren en langzaam zigzaggen door de pluim vanuit de tegenovergestelde richting. De sensoren zouden proberen te meten hoe wijd de deeltjes zich verspreiden, hoe ze interageren met andere verbindingen en hoeveel zonlicht ze reflecteren.

MET DANK AAN SCOPEX

Wat ze ook vonden, kan worden teruggevoerd naar computermodellen, waardoor ons begrip van wat sproeien is, wordt verfijnd honderdduizenden tot miljoenen tonnen materiaal kan doen.

Op dit moment hoopt het team over een aantal jaren een reeks vluchten uit te voeren. In eerste instantie zijn ze van plan een fijn stof van calciumcarbonaat vrij te geven - het belangrijkste ingrediënt van krijt - maar uiteindelijk willen de onderzoekers andere materialen testen, waaronder waarschijnlijk zwavelzuur (dat een bijproduct is van het zwaveldioxide dat vrijkomt uit vulkanen).

Maar sommigen vrezen dat zelfs deze beperkte experimenten een stap te ver zijn.

Wil Burns, mededirecteur van het Institute for Carbon Removal Law & Policy aan de American University, is van mening dat er een poging moet worden gedaan om een ​​soort wereldwijde consensus te bereiken over de vraag of de samenleving ooit een dergelijk hulpmiddel zou moeten gebruiken voordat experimenten in de buitenlucht doorgaan.

Maar voor hem is het antwoord nee: de milieueffecten zijn onbekend. De uitdagingen van het besturen van zo'n tool zijn enorm: een enkel land zou zelf geo-engineering op zonne-energie kunnen uitvoeren, maar alle landen zouden worden getroffen. En toekomstige generaties kunnen worden gedwongen om de effecten voor honderden jaren te beheren. Hij voegt eraan toe dat we niet kunnen weten wat het echt zal doen op planetaire schaal totdat het volledig is ingezet - en op dat moment zullen we vastzitten met droogte of andere gevaren totdat de effecten afnemen.

Sommige milieugroeperingen en geo-engineering critici roepen regeringsfunctionarissen in Zweden, waar de eerste SCoPEx-vlucht zou worden gelanceerd, en de hoofden van de Swedish Space Corporation, die hen zou leiden, op om zich tegen de experimenten te verzetten. Ze beweren niet dat het onderzoek zelf milieurisico's met zich meebrengt, maar dat het een hellend vlak creëert naar normalisatie en inzet van een gevaarlijk en krachtig instrument.

Zonne-geo-engineering is een technologie met het potentieel voor extreme gevolgen, en onderscheidt zich als gevaarlijk, onvoorspelbaar en onhandelbaar, luidt een brief van Greenpeace Sweden, Biofuelwatch en andere groepen. Er is geen rechtvaardiging voor het testen en experimenteren met technologie die te gevaarlijk lijkt om ooit te worden gebruikt.

De onwillige onderzoeker

Keutsch zegt dat het een zeer terechte angst is dat experimenten met geo-engineering uiteindelijk het gebruik van de technologie waarschijnlijker maken. Zoals hij me vertelde tijdens een interview in zijn kantoor, denkt hij zelf dat geo-engineering de verkeerde manier is om klimaatverandering aan te pakken. Hij vergeleek het met opiaten die acute pijn verlichten maar tot andere problemen leiden, zoals verslaving. De veel veiligere, effectievere oplossing zou zijn om de uitstoot van broeikasgassen snel te verminderen.

Maar, vreest hij, de klimaatverandering is al zo ver en zal zo ontwrichtend worden dat een wanhopige natie toch door kan gaan met geo-engineering. een eerdere Harvard-studie gevonden dat de kosten van het ontwikkelen en besturen van een vloot van gespecialiseerde vliegtuigen om het werk te doen slechts $ 2 miljard per jaar zouden kosten, waardoor het binnen het economische bereik van veel landen zou komen.

Aangezien het het enige hulpmiddel is dat binnen een politieke termijn een echt verschil kan maken voor de mondiale temperaturen, zou het een ongelooflijk verleidelijke optie kunnen worden in landen die te lijden hebben onder dodelijke hittegolven, droogtes, hongersnoden, branden of overstromingen. Het gebruik ervan zonder voldoende onderzoek zou erg gevaarlijk zijn, zegt Keutsch.

Harvard-professor Frank Keutsch, hoofdonderzoeker van SCoPEx.

ELIZA GRINNELL, HARVARD SCHOOL VOOR ENGINEERING EN TOEGEPASTE WETENSCHAP

Mensen denken dat ik, omdat ik geo-engineeringonderzoek doe, een soort van geo-engineering wil doen, zegt hij. Mijn mening is eigenlijk heel sterk dat ik serieus hoop dat we nooit in een situatie zullen komen waarin dit echt moet gebeuren, omdat ik dit nog steeds een heel eng concept vind en er iets mis zal gaan.

Maar tegelijkertijd denk ik dat een beter begrip van wat de risico's kunnen zijn, erg belangrijk is, voegt hij eraan toe. En ik denk dat voor het directe onderzoek waarin ik het meest geïnteresseerd ben, als er een soort materiaal is dat de risico's aanzienlijk kan verminderen, ik denk dat we dit moeten weten.

Toezicht

Het team aanvankelijk hoopte om al in 2018 met ballonvluchten te beginnen in Tucson, Arizona, en vervolgens plannen in New Mexico te verkennen. Ze kozen ervoor om verplaats de eerste poging naar Zweden vanwege COVID-19 en andere logistieke en planningsuitdagingen, volgens de projectwebsite.

Een deel van de vertraging was te wijten aan het besluit van het Keutsch-team om een ​​onafhankelijke commissie op te richten om de ethische en juridische gevolgen van hun voorgestelde experimenten te evalueren. Ze hoefden er geen te hebben, omdat de onderzoeksinspanning geen federale financiering heeft. (Inderdaad, toen het project begon, Daar was geen Amerikaanse federale financiering voor geo-engineeringonderzoek. Het project draait op intern geld van Harvard en donaties van individuen en groepen, waaronder: Bill Gates , de William and Flora Hewlett Foundation, de Alfred P. Sloan Foundation, en anderen .)

Maar Jane Long, een voormalig associate director van het Lawrence Livermore National Laboratory, raadde ten zeerste aan om een ​​externe beoordelingscommissie op te richten. (Ze hielp ook bij het kiezen van de voorzitter.) Het was belangrijk voor de toekomst van deze technologie dat ze niet worden gezien als slechte wetenschappers die op de vlucht slaan om een ​​experiment te doen zonder enige beoordeling, zegt ze.

Long benadrukt dat de experimenten, zoals eerst voorgesteld, zeer kleinschalig zijn en waarschijnlijk geen gezondheids- of milieurisico's opleveren. Maar het bestuur, zegt ze, dwingt de onderzoekers om te verwoorden waar het werk voor is en om de zorgen van het publiek aan te pakken.

De commissie heeft al een rapport uitgebracht met suggesties over hoe het onderzoeksteam met het publiek moet communiceren vóór vluchten waarbij deeltjes vrijkomen. Onder andere, het raadt aan s het maken van een briefingboek om de problemen uit te leggen en mensen die in de buurt van de vliegroute van de ballonnen wonen uit te nodigen om deel te nemen aan een deliberatieve dialoog over het experiment zelf en het beheer van onderzoek naar zonne-geo-engineering.

Toch beweren Burns en anderen dat de commissie een aantal cruciale stemmen mist, waaronder critici van geo-engineeringonderzoek en vertegenwoordigers uit armere landen. En hij is van mening dat deze blinde vlekken duidelijk zijn in het eerste rapport van de commissie. Het gaat ervan uit, en geeft een beetje blijk van een vooroordeel, dat we alleen het publieke engagement doen om erachter te komen hoe we de volgende fase kunnen bereiken in termen van veldexperimenten - en dat lijkt een soort uitgemaakte zaak te creëren in termen van wat zal gebeuren en wat er moet gebeuren, zegt hij.

Wat ze zouden kunnen leren?

Het team van Keutsch heeft al computersimulaties uitvoeren onderzoeken hoe de deeltjes die vrijkomen uit hun apparatuur in de lucht zullen verdwijnen. Als en wanneer ze dit echt gaan testen, zouden ze nauwkeuriger moeten kunnen meten hoe spikkels calciumcarbonaat of zwavelzuur zich verspreiden of samenklonteren - een cruciale test van hoe goed deze materialen zouden kunnen werken voor geo-engineering. Als de deeltjes te groot zijn, zinken ze te snel uit de stratosfeer, waardoor er meer materialen nodig zijn om dezelfde hoeveelheid zonlicht te verstrooien.

Een andere cruciale vraag is hoe de deeltjes zullen reageren met andere chemicaliën in de stratosfeer, met name het calciumcarbonaat, omdat het daar van nature niet voorkomt.

MET DANK AAN SCOPEX

Het team koos om twee redenen voor calciumcarbonaat in plaats van sulfaten, zegt Keutsch: sulfaten vreten de beschermende ozonlaag aan, en hoewel ze een verkoelend effect hebben aan het aardoppervlak, verwarmen ze de stratosfeer. Dat zou weerpatronen kunnen aanwakkeren op manieren die moeilijk te voorzien zijn. Je probeert het systeem van de aarde te porren op manieren waarvan ik denk dat onze modellen niet goed kunnen voorspellen, zegt hij.

Calciumcarbonaat heeft echter zijn eigen onbekenden. Die experimenten in de glazen buis gevonden dat het niet bijzonder reactief is met de verbindingen die het in de stratosfeer zal tegenkomen. Maar de manier waarop het interageert met andere chemicaliën in de echte kan van invloed zijn op hoeveel ultraviolette straling wordt geabsorbeerd en hoeveel zonlicht wordt verstrooid.

De waarnemingen van de vluchten zouden ons begrip kunnen helpen verfijnen van hoeveel van deze materialen nodig kunnen zijn om de temperatuur op aarde te verlagen, welke risico's het vrijgeven ervan zou kunnen opleveren - of dat het überhaupt zal werken.

Maar er zullen nog steeds echte grenzen zijn aan wat de onderzoekers kunnen leren van kleine ballonexperimenten. Ze zullen het lot op langere termijn van deeltjes die in de stratosfeer worden vrijgegeven niet kunnen detecteren, omdat ze snel te verdund zullen worden om te detecteren. Bovendien erkent Keutsch dat er gewoon dingen zijn die pas bekend kunnen worden als iemand zonne-geo-engineering op volledige schaal toepast.

Het aardsysteem is zo complex, zegt hij. Ik denk niet dat we helemaal kunnen voorspellen. We kunnen nooit echt zeker zijn van wat er gaat gebeuren als je dit doet.