Hoe groen zand miljarden tonnen koolstofdioxide kan opvangen

Het groene zand Papakōlea Beach in Hawaï. Project Vesta

Een paar met palmbomen omzoomde baaien vormen twee smalle inkepingen, ongeveer een kwart mijl uit elkaar, langs de kustlijn van een niet nader genoemd eiland ergens in het Caribisch gebied.

Na een bezoek aan de locatie begin maart, hebben onderzoekers van de San Francisco non-profit Project Vesta vastgesteld dat de dubbele inhammen een ideale locatie waren om een ​​obscure methode te bestuderen om de koolstofdioxide die klimaatverandering veroorzaakt vast te leggen.

Later dit jaar is Project Vesta van plan om een ​​groen vulkanisch mineraal bekend als olivijn, vermalen tot de grootte van zanddeeltjes, over een van de stranden te verspreiden. De golven zullen het zeer reactieve materiaal verder afbreken, waardoor een reeks chemische reacties wordt versneld die het broeikasgas uit de lucht halen en het opsluiten in de schelpen en skeletten van weekdieren en koralen.

Dit proces, samen met andere vormen van wat bekend staat als verbeterde minerale verwering, zou mogelijk honderden biljoenen tonnen koolstofdioxide kunnen opslaan, volgens een rapport van de National Academies vorig jaar . Dat is veel meer koolstofdioxide dan mensen hebben uitgepompt sinds het begin van de industriële revolutie. In tegenstelling tot methoden voor koolstofverwijdering die afhankelijk zijn van grond, planten en bomen, zou het effectief permanent zijn. En Project Vesta gelooft in ieder geval dat het goedkoop zou kunnen zijn, in de orde van $ 10 per ton opgeslagen koolstofdioxide als het eenmaal op grote schaal is gedaan.

Maar er zijn ook grote vragen rond dit concept. Hoe ontgint, vermaalt, verscheept en verspreidt u de enorme hoeveelheden mineralen die nodig zijn zonder meer uitstoot te produceren dan het materiaal verwijdert? En wie gaat dat betalen?

Dan zijn er specifieke uitdagingen rond de aanpak van Project Vesta. Onderzoekers weten nog niet hoeveel golven deze processen zullen versnellen, hoe goed we de koolstofopname kunnen meten en verifiëren, wat voor soort milieu-effecten kunnen ontstaan, of hoe gemakkelijk het publiek het idee zal omarmen om gemalen groene mineralen langs zeekusten te gieten .

Veel hiervan is niet getest, zegt Phil Renforth, universitair hoofddocent aan de Heriot-Watt University in Schotland, die verbeterde verwering bestudeert.

Een onbenutte kans

Minerale verwering is een van de belangrijkste mechanismen die de planeet gebruikt om koolstofdioxide te recyclen over geologische tijdschalen. De koolstofdioxide die in regenwater wordt opgevangen, in de vorm van koolzuur, lost basisgesteenten en mineralen op, met name die rijk aan silicaat, calcium en magnesium, zoals olivijn. Dit produceert bicarbonaat, calciumionen en andere verbindingen die hun weg naar de oceanen sijpelen, waar mariene organismen ze verteren en omzetten in het stabiele, vaste calciumcarbonaat dat hun schelpen en skeletten vormt.

De chemische reacties maken waterstof en zuurstof in water vrij om meer koolstofdioxide uit de lucht te halen. Ondertussen, terwijl koralen en weekdieren sterven, bezinken hun overblijfselen op de oceaanbodem en vormen lagen kalksteen en soortgelijke gesteenten. De koolstof blijft daar miljoenen tot honderden miljoenen jaren opgesloten, totdat het weer vrijkomt door vulkanische activiteit.

Dit natuurlijke mechanisme haalt jaarlijks minstens een half miljard ton koolstofdioxide naar beneden. Het probleem is dat de samenleving elk jaar gestaag meer dan 35 miljard ton wegpompt. De cruciale vraag is dus: kunnen we dit proces radicaal versnellen en opschalen?

Het idee om verwering te gebruiken om klimaatverandering tegen te gaan, is niet nieuw. Een paper gepubliceerd in Nature voorgesteld om silicaten te gebruiken 30 jaar geleden koolstofdioxide af te vangen. Vijf jaar later ontdekte Exxon-onderzoeker Haroon Kheshgi stelde voor om ongebluste kalk te gebruiken voor hetzelfde doel, en datzelfde jaar Klaus Lackner, een pionier in het verwijderen van koolstof , evalueerde een verscheidenheid aan potentiële steensoorten en -methoden.

Maar verbeterde verwering heeft de afgelopen decennia weinig aandacht gekregen in vergelijking met meer rechttoe rechtaan benaderingen zoals het planten van bomen, het veranderen van landbouwpraktijken of zelfs CO2-zuigmachines bouwen . Dat komt grotendeels omdat het moeilijk is om te doen, zegt Jennifer Wilcox, een professor in de chemische technologie die koolstofafvang bestudeert aan het Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts. Elke aanpak heeft zijn specifieke uitdagingen en afwegingen, maar het is altijd een kostbare en complexe onderneming om de juiste mineralen op de juiste maat op de juiste plaats onder de juiste omstandigheden te krijgen.

Meer onderzoekers beginnen de technologie echter nader te bekijken naarmate het belang van koolstofverwijdering toeneemt en meer studies concluderen: dat er manieren zijn om de kosten ervan in overeenstemming te brengen met andere benaderingen. Als het op grote schaal goedkoop genoeg is, is de hoop dat bedrijven CO2-compensaties, overheidsbeleid zoals koolstofbelastingen of verkoopbare bijproducten van het proces, zoals het aggregaat dat in beton wordt gebruikt , zou de nodige stimulansen kunnen creëren voor organisaties om deze praktijken uit te voeren.

Een handvol projecten loopt nu. Onderzoekers in IJsland zijn geweest gestaag een kooldioxide-oplossing door buizen leiden gevangen uit krachtcentrales of koolstofverwijderingsmachines in basaltformaties diep onder de grond, waar het vulkanisch gesteente het omhult tot stabiele carbonaatmineralen. Het Leverhulme Center for Climate Change Mitigation, in Sheffield, Engeland, voert veldproeven uit aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign om te beoordelen of basaltsteenstof toegevoegd aan maïs- en sojavelden zou kunnen dienen als meststof en als middel om kooldioxide op te nemen.

Ondertussen onderzoekt Gregory Dipple van de University of British Columbia, samen met collega's van andere universiteiten in Canada en Australië, verschillende toepassingen voor de vermalen, zeer reactieve mineralen die worden geproduceerd als bijproduct van de winning van nikkel, diamant en platina. Een idee is om ze eenvoudig over een veld te leggen, water toe te voegen en effectief de slurry te bewerken. Ze verwachten dat de zogenaamde mijnresiduen snel koolstofdioxide uit de lucht naar beneden trekken en mineraliseren, en een stevig blok vormen dat kan worden begraven. Hun modellen laten zien dat het de CO2-voetafdruk van bepaalde mijnen kan elimineren, of zelfs de activiteiten CO2-negatief kan maken.

Dit is een van de grote onbenutte kansen op het gebied van koolstofdioxideverwijdering, zegt Roger Aines, hoofd van het Carbon Initiative bij het Lawrence Livermore National Lab. Hij merkt op dat een kubieke kilometer ultramafisch gesteente, dat veel magnesium bevat, een miljard ton koolstofdioxide kan opnemen.

We delven altijd steen op die schaal, zegt hij. Er is niets anders dat zo'n schaalbaarheid heeft in alle oplossingen die we hebben.

' In het wild'

Project Vesta onthulde plannen om in mei door te gaan met zijn pilotstudie in het Caribisch gebied. Dat volgde op de voet het online betalingsbedrijf Stripe's aankondiging dat het vooraf zou betalen de non-profitorganisatie om 3.333 ton kooldioxide te verwijderen voor $ 75 per ton, als onderdeel van haar toezegging om jaarlijks minimaal $ 1 miljoen uit te geven op projecten met negatieve emissies.

Project Vesta heeft lokale toestemming gekregen om te beginnen met het nemen van monsters op de stranden en is van plan de locatie aan te kondigen zodra de definitieve goedkeuringen zijn verkregen om door te gaan met het experiment, zegt Tom Green, de uitvoerend directeur. Hij schat de totale kosten van het project op ongeveer $ 1 miljoen.

Het centrale doel van de studie, die het tweede strand als controle in zijn normale staat zal achterlaten, is om te beginnen met het aanpakken van enkele wetenschappelijke onbekenden die de versterkte verwering aan de kust omgeven.

PROJECT VESTA

Onderzoek en laboratoriumsimulaties hebben aangetoond dat golven de afbraak van olivijn aanzienlijk zullen versnellen, en een paper gesloten dat het uitvoeren van dit proces in 2% van 's werelds meest energieke plankzeeën alle jaarlijkse menselijke emissies zou kunnen compenseren.

Maar een grote uitdaging is dat de materialen fijngemalen moeten worden om ervoor te zorgen dat het overgrote deel van de koolstofverwijdering zich over jaren in plaats van decennia voltrekt. Sommige onderzoekers hebben ontdekt dat dit zo duur en energie-intensief zou zijn, en op zichzelf zulke aanzienlijke emissies zou veroorzaken, dat: de aanpak zou niet levensvatbaar zijn . Toch concluderen anderen dat het aanzienlijk meer koolstofdioxide zal verwijderen dan het produceert.

Er is een behoorlijk groot aantal onderzoeken dat aantoont dat dit werkt en potentieel heeft, zegt Green. Maar nu moeten we wat echte experimenten in het wild doen.

Project Vesta hoopt wetenschappers tegen het einde van het jaar naar de site te krijgen om met het daadwerkelijke experiment te beginnen. Nadat ze de olivijn over een van de stranden hebben verspreid, houden ze nauwlettend in de gaten hoe snel de deeltjes afbreken en wegspoelen. Ze zullen ook meten hoe de zuurgraad, het koolstofgehalte en het zeeleven in de baai verschuiven, evenals hoeveel die niveaus verder van het strand verschuiven en hoe de omstandigheden op de controlelocatie zich verhouden.

Het experiment zal waarschijnlijk een jaar of twee duren. Uiteindelijk hoopt het team gegevens te produceren die aantonen hoe snel dit proces werkt en hoe goed we de extra opname van kooldioxide kunnen vastleggen en verifiëren. Al die bevindingen kunnen worden gebruikt om wetenschappelijke modellen te verfijnen.

Een ander punt van zorg, dat ze ook nauwlettend in de gaten zullen houden, is: mogelijke bijwerkingen voor het milieu .

De mineralen zijn in feite geologische antacidum, dus ze zouden de verzuring van de oceaan moeten verminderen, op zijn minst op zeer lokale niveaus, wat sommige gevoelige kustsoorten ten goede kan komen. Maar olivijn kan ook sporen van ijzer, silicaat en andere materialen bevatten, die de groei van bepaalde soorten algen en fytoplankton kunnen stimuleren, en anderszins ecosystemen veranderen en voedselketens op manieren die moeilijk te voorspellen zijn, zegt Francesc Montserrat, gastonderzoeker mariene ecologie aan de Universiteit van Amsterdam en wetenschappelijk adviseur van Project Vesta.

Enorme ondersteuning

Sommigen suggereren dat Project Vesta het potentieel overdrijft of de moeilijkheden van zijn aanpak negeert, met name de waarschijnlijkheid van publieke weerstand tegen voorstellen om materialen langs zeekusten te storten.

Ik denk dat nog niemand het deel van de sociale licentie heeft getest, zegt Renforth van Heriot-Watt, die optrad als een wetenschappelijke recensent voor de koolstofaankopen van Stripe .

Project Vesta's Green erkent de vele onzekerheden rond kustverwering. Maar hij benadrukt dat het hele doel van het project is om enkele wetenschappelijke leemtes in te vullen en aan te tonen dat het kan voor $ 10 per ton. Als dat zo is, denkt hij, zullen markten, beleid en het publiek het concept steeds meer gaan steunen, vooral naarmate de risico's van ongecontroleerde opwarming van de aarde toenemen.

De wereld beweegt zich naar een plek waar mensen meer in klimaatverandering beginnen te geloven en meer dat we er iets aan moeten doen, zegt hij. Ik denk dat we over vijf tot tien jaar in een wereld zullen leven waar er massale steun is voor het afvangen van koolstof.

zich verstoppen