Sechestrarea carbonului - Carbon sequestration

Schemă care arată atât sechestrarea terestră, cât și geologică a emisiilor de dioxid de carbon din industria grea , cum ar fi o uzină chimică .

Parte a unei serii pe
Ciclul carbonului
Pe regiuni Terestru Marin Atmosferic Carbon profund Sol Permafrost pădure boreală Geochimie
Dioxid de carbon În atmosferă Acidificarea oceanelor Îndepărtarea Măsurători prin satelit
Forme de carbon Producția primară marin Carbon negru Carbon albastru Kerogen
Căi metabolice Respirația carbonului ecosistem fotografie sol Fotosinteză Chemosinteza Ciclul Calvin Ciclul invers Krebs Fixarea carbonului C3 C4
Pompele de carbon Pompa biologică Curba Martin Pompa de solubilitate Pompa lipidică Zăpadă marină Buclă microbiană Șunt viral Pompa de jeleu Pompa de balene Pompa continentală pentru raft
Sechestrarea carbonului Biosechestrarea Chiuveta de carbon Depozitarea carbonului din sol Depozitarea dioxidului de carbon în ocean Sedimente marine
Metan Metan atmosferic Metanogeneză Emisii de metan Arctic Zonă umedă Producția aerobă Ipoteza pistolului Clathrate Clatrat de dioxid de carbon
Biogeochimic Cicluri marine Ciclul nutrienților Ciclul carbonat-silicat Adâncimea de compensare a carbonatului Mare centură de calcit Raportul Redfield
Alte Repere de reconstrucție climatică Raport carbon-azot Observatorul Deep Carbon Proiectul Global Carbon Captarea și stocarea carbonului Reechilibrarea ciclului carbonului Teritorializarea guvernanței carbonului Rețeaua totală de observare a coloanei de carbon C4MIP CO2SYS
v t e

Sechestrarea carbonului este îndepărtarea, captarea sau sechestrarea pe termen lung a dioxidului de carbon din atmosferă către CO lent sau inversat atmosferic
2poluarea și pentru a atenua sau inversa schimbările climatice . Dioxid de carbon ( CO
₂) este captată în mod natural din atmosferă prin procese biologice, chimice și fizice. Aceste schimbări pot fi accelerate prin schimbări în utilizarea terenurilor și practicile agricole, cum ar fi transformarea terenurilor de pășunat pentru recolte și animale în terenuri pentru plantele cu creștere rapidă necultivate. Procesele artificiale au fost concepute pentru a produce efecte similare, inclusiv captarea artificială pe scară largă și sechestrarea de CO produs industrial
₂folosind acvifere saline subterane , rezervoare, apă oceanică , câmpuri petroliere îmbătrânite sau alte chiuvete de carbon , bioenergie cu captare și stocare a carbonului , biochar , fertilizare oceanică , intemperii îmbunătățite și captare directă a aerului atunci când sunt combinate cu stocare.

Nevoia probabilă de CDR ( eliminarea dioxidului de carbon ) a fost exprimată public de o serie de indivizi și organizații implicate în problemele legate de schimbările climatice , inclusiv șeful IPCC Rajendra Pachauri , secretarul executiv al UNFCCC Christiana Figueres și World Watch Institute . Instituțiile cu programe majore axate pe CDR includ Centrul Lenfest pentru Energie Durabilă de la Institutul Pământ, Universitatea Columbia și Centrul de luare a deciziilor climatice, o colaborare internațională operată în cadrul Departamentului de Inginerie și Politici Publice al Universității Carnegie-Mellon.

Descriere

Sechestrare anuală de CO2 propusă vs. implementată anual. Peste 75% din proiectele de prelucrare a gazelor propuse au fost implementate, cifrele corespunzătoare pentru alte proiecte industriale și proiecte de centrale electrice fiind de aproximativ 60% și respectiv 10%.

Sechestrarea carbonului este procesul implicat în captarea carbonului și stocarea pe termen lung a dioxidului de carbon atmosferic ( CO
₂) și se poate referi în mod specific la:

• „Procesul de eliminare a carbonului din atmosferă și depunerea acestuia într-un rezervor”. Atunci când se efectuează în mod deliberat, aceasta poate fi denumită și eliminarea dioxidului de carbon , care este o formă de geoinginerie .
• Captarea și stocarea carbonului , unde dioxidul de carbon este îndepărtat din gazele de ardere (de exemplu, la centralele electrice ) înainte de a fi depozitat în rezervoarele subterane.
• Ciclarea naturală biogeochimică a carbonului între atmosferă și rezervoare, cum ar fi prin degradarea chimică a rocilor.

Dioxidul de carbon poate fi captat ca subprodus pur în procesele legate de rafinarea petrolului sau din gazele de ardere de la generarea de energie . CO
₂sechestrul include partea de stocare a captării și stocării carbonului, care se referă la captarea artificială la scară largă și sechestrarea CO produs industrial
₂folosind acvifere saline subterane , rezervoare, apă oceanică , câmpuri petroliere îmbătrânite sau alte chiuvete de carbon .

Sechestrarea carbonului descrie stocarea pe termen lung a dioxidului de carbon sau a altor forme de carbon pentru a atenua sau amâna încălzirea globală și a evita schimbările climatice periculoase . A fost propus ca o modalitate de a încetini acumularea atmosferică și marină a gazelor cu efect de seră , care sunt eliberate prin arderea combustibililor fosili și a producției industriale de animale.

Dioxidul de carbon este captat în mod natural din atmosferă prin procese biologice, chimice sau fizice. Unele tehnici de sechestrare artificială exploatează aceste procese naturale, în timp ce unele folosesc procese în întregime artificiale.

Există trei moduri în care această sechestrare poate fi realizată; captare post-combustie, captare pre-combustie și oxicombustie. Se urmărește o mare varietate de tehnici de separare, inclusiv separarea fazelor gazoase, absorbția într-un lichid și adsorbția pe un proces solid, precum și hibrid, cum ar fi sistemele de adsorbție / membrană. Aceste procese de mai sus captează în principal emisiile de carbon de la centralele electrice, fabricile, industriile de ardere a combustibilului și instalațiile de producție a animalelor de nouă generație, pe măsură ce trec în tehnici agricole restaurative, care sunt folosite de organizații pentru a reduce emisiile de carbon din operațiunile lor.

Procese biologice

Biosechestrarea

Un fitoplancton oceanic înflorește în Oceanul Atlantic de Sud , în largul coastei Argentinei . Încurajarea unor astfel de înfloriri cu fertilizarea cu fier ar putea bloca carbonul pe fundul mării.

Biosechestrarea este captarea și stocarea dioxidului de carbon din atmosferă cu efect de seră prin procese biologice continue sau îmbunătățite. Această formă de sechestrare a carbonului are loc prin rate crescute de fotosinteză prin practici de utilizare a terenurilor, cum ar fi reîmpădurirea , gestionarea durabilă a pădurilor și ingineria genetică .

Sechestrarea carbonului prin procese biologice afectează ciclul global al carbonului . Exemplele includ fluctuații climatice majore, cum ar fi evenimentul Azolla , care a creat actualul climat arctic . Astfel de procese au creat combustibili fosili , precum și clatrat și calcar . Prin manipularea unor astfel de procese, geoinginerii caută să îmbunătățească sechestrarea.

Peatland

Turbării acționează ca o chiuvetă pentru carbon, deoarece acumulează biomasă parțial degradată, care altfel ar continua să se descompună complet. Există o diferență în ceea ce privește cantitatea de turbării care acționează ca o chiuvetă de carbon sau sursă de carbon, care poate fi legată de diferite climaturi din diferite zone ale lumii și diferite perioade ale anului. Prin crearea unor mlaștini noi sau prin îmbunătățirea celor existente, cantitatea de carbon care este sechestrată de mlaștini ar crește.

Silvicultură

Împădurirea este înființarea unei păduri într-o zonă în care nu a existat o acoperire arbore anterioară. Împădurirea este replantarea copacilor pe terenuri marginale de cultură și pășune pentru a încorpora carbonul din CO atmosferic
₂în biomasă . Pentru ca acest proces de sechestrare a carbonului să aibă succes, carbonul nu trebuie să se întoarcă în atmosferă din cauza arderii în masă sau a putrezirii atunci când copacii mor. În acest scop, terenurile alocate copacilor nu trebuie transformate în alte utilizări și ar putea fi necesară gestionarea frecvenței perturbărilor pentru a evita evenimentele extreme. În mod alternativ, lemnul din ele trebuie să fie însuși sechestrat, de exemplu, prin biochar , bioenergie cu stocare de carbon ( BECS ), depozit de deșeuri sau „stocat” prin utilizarea în construcții, de exemplu. În afară de creșterea perpetuă, cu toate acestea, reîmpădurirea cu copaci cu viață lungă (> 100 de ani) va sechestra carbonul pentru o perioadă substanțială și va fi eliberată treptat, minimizând impactul climatic al carbonului în secolul XXI. Pământul oferă suficient spațiu pentru a planta încă 1,2 trilioane de copaci. Plantarea și protejarea acestora ar compensa aproximativ 10 ani de emisii de CO ₂ și ar sechestra 205 miliarde de tone de carbon. Această abordare este susținută de Campania Trillion Tree . Restaurarea tuturor pădurilor degradate din lume ar captura aproximativ 205 miliarde de tone de carbon în total, ceea ce reprezintă aproximativ două treimi din toate emisiile de carbon.

Într-o lucrare publicată în revista Nature Sustainability, cercetătorii au studiat efectul net al continuării construcției conform practicilor actuale față de creșterea cantității de produse din lemn. Au ajuns la concluzia că, dacă în următorii 30 de ani noua construcție ar folosi 90% produse din lemn, s-ar fi sechestrat 700 de milioane de tone de carbon. Acesta este echivalentul a aproximativ 7 zile în valoare de emisii globale în 2019.

Într-un studiu publicat în Journal of Environmental Management, cercetătorii au concluzionat că „copacii de conifere și frunze late pot avea un efect divers asupra sechestrării carbonului organic din sol în soluri de vârstă diferită și cu utilizarea anterioară a terenului”.

Silvicultură urbană

Silvicultura urbană mărește cantitatea de carbon preluată în orașe prin adăugarea de noi situri de copaci, iar sechestrarea carbonului are loc pe durata de viață a copacului. În general, se practică și se menține la scări mai mici, ca în orașe. Rezultatele silviculturii urbane pot avea rezultate diferite în funcție de tipul de vegetație utilizat, deci poate funcționa ca o chiuvetă, dar poate funcționa și ca o sursă de emisii. Împreună cu sechestrarea de către plante, care este dificil de măsurat, dar pare să aibă un efect redus asupra cantității totale de dioxid de carbon care este preluată, vegetația poate avea efecte indirecte asupra carbonului prin reducerea necesității de consum de energie.

Zonele umede

Restaurarea zonelor umede implică refacerea funcțiilor biologice, geologice și chimice naturale ale zonei umede prin restabilire sau reabilitare. De asemenea, a fost propus ca o strategie potențială de atenuare a schimbărilor climatice, carbonul sechestrat astfel fiind cunoscut sub numele de carbon albastru . Pământul umed, în special în zonele umede de coastă, cum ar fi mangrove, ierburi marine și mlaștini sărate, este un rezervor important de carbon; 20-30% din carbonul solului din lume se găsește în zonele umede, în timp ce doar 5-8% din terenul lumii este compus din zone umede. Studiile au arătat că zonele umede restaurate pot deveni chiuvete productive de CO2 și multe proiecte de restaurare au fost adoptate în SUA și în întreaga lume. În afară de beneficiile climatice, restaurarea și conservarea zonelor umede pot contribui la conservarea biodiversității, la îmbunătățirea calității apei și la controlul inundațiilor.

Ca și în cazul pădurilor, pentru ca procesul de sechestru să aibă succes, zona umedă trebuie să rămână netulburată. Dacă este deranjat cumva, carbonul stocat în plante și sedimente va fi eliberat înapoi în atmosferă, iar ecosistemul nu va mai funcționa ca o chiuvetă de carbon. În plus, unele zone umede pot elibera gaze cu efect de seră non-CO2, cum ar fi metanul , care ar putea compensa potențialele beneficii climatice. Cantitățile de CO
2 sechestrat de zonele umede poate fi, de asemenea, dificil de măsurat.

Agricultură

În comparație cu vegetația naturală, solurile din terenurile de cultură sunt epuizate în carbon organic din sol (SOC). Când un sol este transformat din teren natural sau teren semi-natural, cum ar fi păduri, păduri, pajiști, stepe și savane, conținutul de SOC din sol se reduce cu aproximativ 30-40%. Această pierdere se datorează îndepărtării materialului vegetal care conține carbon, în ceea ce privește recoltele. Când utilizarea terenului se schimbă, carbonul din sol va crește sau va scădea, această schimbare va continua până când solul atinge un nou echilibru. Abaterile de la acest echilibru pot fi, de asemenea, afectate de climatul variat. Scăderea conținutului de SOC poate fi contracarată prin creșterea aportului de carbon, acest lucru se poate face cu mai multe strategii, de exemplu, lăsați reziduuri de recoltă pe câmp, folosiți gunoi de grajd ca îngrășământ sau includeți culturi perene în rotație. Culturile perene au o fracțiune mai mare de biomasă sub sol, ceea ce crește conținutul de SOC. La nivel global, se estimează că solurile conțin> 8.580 gigați de carbon organic, de aproximativ zece ori cantitatea din atmosferă și mult mai mult decât în ​​vegetație.

Modificarea practicilor agricole este o metodă recunoscută de sechestrare a carbonului, deoarece solul poate acționa ca o scufundare de carbon eficientă, compensând până la 20% din emisiile de dioxid de carbon din 2010 anual. (Vezi No-till ). Restaurarea agriculturii ecologice și a râmelor poate compensa în totalitate CO
2exces anual de carbon de 4 Gt pe an și retragerea excesului atmosferic rezidual. (Vezi Compost ).

Metodele de reducere a emisiilor de carbon în agricultură pot fi grupate în două categorii: reducerea și / sau deplasarea emisiilor și îmbunătățirea eliminării carbonului. Unele dintre aceste reduceri implică creșterea eficienței operațiunilor agricole (de exemplu, echipamente mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil), în timp ce unele implică întreruperi ale ciclului natural al carbonului. De asemenea, unele tehnici eficiente (cum ar fi eliminarea arderii miriștilor ) pot avea un impact negativ asupra altor probleme de mediu (utilizarea crescută a erbicidelor pentru combaterea buruienilor care nu sunt distruse prin ardere).

Agricultura carbonului

Agricultura cu carbon este un nume pentru o varietate de metode agricole care vizează sechestrarea carbonului atmosferic în sol și în rădăcinile culturilor, lemnul și frunzele. Creșterea conținutului de carbon al solului poate ajuta la creșterea plantelor, crește materia organică a solului (îmbunătățind randamentul agricol), îmbunătățește capacitatea de retenție a apei din sol și reduce utilizarea îngrășămintelor (și emisiile însoțitoare de oxid de azot cu gaze cu efect de seră (N2O)). a ajuns la sute de milioane de hectare la nivel global, din cele aproape 5 miliarde de hectare (1,2 × 1010 acri) de terenuri agricole din lume. Solurile pot conține până la cinci la sută carbon în greutate, inclusiv materii vegetale și animale în descompunere și biochar.

Alternativele potențiale de sechestrare la creșterea carbonului includ spălarea CO
2din aer cu mașini ( captare directă a aerului ); fertilizarea oceanelor pentru a determina înflorirea algelor care după moarte transportă carbonul pe fundul mării; stocarea dioxidului de carbon emis de generarea de electricitate; și zdrobirea și răspândirea tipurilor de roci, cum ar fi bazaltul, care absorb carbonul atmosferic. Tehnicile de gestionare a terenurilor care pot fi combinate cu agricultura includ plantarea / refacerea pădurilor, îngroparea biocharului produs de biomasa transformată anaerob și refacerea zonelor umede. (Straturile de cărbune sunt rămășițele mlaștinilor și turbăriilor.)

Agricultura bambusului

Deși o pădure de bambus stochează mai puțin carbon total decât o pădure matură de copaci, o plantație de bambus sechestrează carbonul într-un ritm mult mai rapid decât o pădure matură sau o plantație de copaci. Prin urmare, cultivarea lemnului de bambus poate avea un potențial semnificativ de sechestrare a carbonului.

Sol adânc

Solurile dețin de patru ori cantitatea de carbon stocată în atmosferă. Aproximativ jumătate din aceasta se găsește adânc în soluri. Aproximativ 90% din acest sol profund C este stabilizat de asociații mineral-organice.

Reducerea emisiilor

Creșterea randamentelor și a eficienței reduce, în general, și emisiile, deoarece mai multe alimente rezultă din același efort sau mai puțin. Tehnicile includ o utilizare mai precisă a îngrășămintelor , o perturbare mai mică a solului, o irigare mai bună și tulpini de culturi crescute pentru trăsături benefice la nivel local și randamente crescute.

Înlocuirea operațiunilor agricole care consumă mai multă energie poate reduce, de asemenea, emisiile. Agricultura redusă sau fără prelucrare necesită o utilizare mai redusă a mașinii și arde corespunzător mai puțin combustibil pe acru. Cu toate acestea, no-till crește de obicei utilizarea substanțelor chimice de combatere a buruienilor și reziduurile rămase acum pe suprafața solului sunt mai susceptibile de a elibera CO
₂ în atmosferă pe măsură ce se descompune, reducând reducerea netă de carbon.

În practică, majoritatea operațiunilor agricole care încorporează reziduuri de cultură post-recoltare, deșeuri și produse secundare înapoi în sol oferă un beneficiu de stocare a carbonului. Acesta este în special cazul practicilor precum arderea pe miriște a câmpului - mai degrabă decât eliberarea aproape a întregului CO stocat
₂ în atmosferă, solul încorporează biomasa înapoi în sol.

Îmbunătățirea eliminării carbonului

Toate culturile absorb CO
₂în timpul creșterii și eliberați-l după recoltare. Scopul îndepărtării carbonului agricol este de a folosi cultura și relația acesteia cu ciclul carbonului pentru a sechestra permanent carbonul în sol. Acest lucru se realizează prin selectarea metodelor agricole care returnează biomasa în sol și îmbunătățesc condițiile în care carbonul din plante va fi redus la natura sa elementară și stocat într-o stare stabilă. Metodele pentru realizarea acestui lucru includ:

• Utilizați culturi de acoperire, cum ar fi ierburi și buruieni, ca acoperire temporară între anotimpurile de plantare
• Concentrați animalele în padocuri mici zile la rând, astfel încât să pășuneze ușor, dar uniform. Acest lucru încurajează rădăcinile să crească mai adânc în sol. Stocați și pământul cu copitele, măcinând iarba veche și gunoi de grajd în sol.
• Acopera padocurile goale cu fan sau vegetatie moarta. Acest lucru protejează solul de soare și permite solului să rețină mai multă apă și să fie mai atractiv pentru microbii captori de carbon.
• Restabiliți terenurile degradate, care încetinesc eliberarea de carbon în timp ce readuceți terenul în agricultură sau în alte scopuri. Terenurile degradate cu un bazin scăzut de carbon din sol au un potențial deosebit de mare de a stoca solul C, care poate fi îmbunătățit mai departe prin selectarea adecvată a vegetației.

Practicile de sechestru agricol pot avea efecte pozitive asupra solului , aerului și calității apei, pot fi benefice faunei sălbatice și pot extinde producția de alimente . Pe terenurile de cultură degradate , o creștere de 1 tonă a bazinului de carbon din sol poate crește randamentul culturilor cu 20 până la 40 de kilograme pe hectar de grâu , 10 până la 20 kg / ha pentru porumb și 0,5 până la 1 kg / ha pentru boabele de vacă .

Efectele sechestrării solului pot fi inversate. Dacă solul este perturbat sau practicile de prelucrare a terenului sunt abandonate, solul devine o sursă netă de gaze cu efect de seră. De obicei, după 15 până la 30 de ani de sechestrare, solul devine saturat și încetează să mai absoarbă carbonul. Acest lucru implică faptul că există o limită globală a cantității de carbon pe care o poate păstra solul.

Mulți factori afectează costurile de sechestrare a carbonului, inclusiv calitatea solului, costurile tranzacțiilor și diverse externalități, cum ar fi scurgerile și daunele neprevăzute asupra mediului. Deoarece reducerea CO atmosferic
₂este o preocupare pe termen lung, fermierii pot fi reticenți în adoptarea unor tehnici agricole mai scumpe atunci când nu există o cultură clară, sol sau un beneficiu economic. Guvernele precum Australia și Noua Zeelandă iau în considerare permisiunea fermierilor să vândă credite de carbon odată ce au documentat că au un conținut suficient de carbon în sol.

Oceanele

Fertilizarea cu fier

Fertilizarea cu fier oceanic este un exemplu de tehnică de geoinginerie. Fertilizarea cu fier încearcă să încurajeze creșterea fitoplanctonului , care îndepărtează carbonul din atmosferă cel puțin o perioadă de timp. Această tehnică este controversată, deoarece există o înțelegere limitată a efectelor sale complete asupra ecosistemului marin , inclusiv a efectelor secundare și posibil abateri mari de la comportamentul așteptat. Astfel de efecte pot include eliberarea de oxizi de azot și perturbarea echilibrului nutrienților oceanului.

Evenimentele naturale de fertilizare a fierului (de exemplu, depunerea prafului bogat în fier în apele oceanului) pot spori sechestrarea carbonului. Balenele-cațal acționează ca agenți de fertilizare a fierului atunci când transportă fierul din oceanul adânc la suprafață în timpul consumului de pradă și al defecației. S-a demonstrat că balenele-caștere cresc nivelurile de producție primară și de export de carbon către oceanul adânc prin depunerea de fecale bogate în fier în apele de suprafață ale Oceanului de Sud. Fecalele bogate în fier fac ca fitoplanctonul să crească și să preia mai mult carbon din atmosferă. Când fitoplanctonul moare, o parte din acesta se scufundă în oceanul adânc și ia carbonul atmosferic cu el. Prin reducerea abundenței de cașalți în Oceanul de Sud, vânătoarea de balene a dus la 200.000 de tone suplimentare de carbon rămase în atmosferă în fiecare an.

Fertilizarea cu uree

Ian Jones propune fertilizarea oceanului cu uree , o substanță bogată în azot , pentru a încuraja creșterea fitoplanctonului .

Compania australiană Ocean Nourishment Corporation (ONC) intenționează să scufunde sute de tone de uree în ocean pentru a stimula CO
₂-absorbția creșterii fitoplanctonului ca modalitate de combatere a schimbărilor climatice. În 2007, ONC din Sydney a finalizat un experiment care implică 1 tonă de azot în Marea Sulu, în largul Filipinelor.

Amestecarea straturilor

Încurajarea diverselor straturi oceanice să se amestece poate muta nutrienții și gazele dizolvate în jur, oferind căi pentru geoinginerie . Amestecarea poate fi realizată prin plasarea unor țevi verticale mari în oceane pentru a pompa apă bogată în nutrienți la suprafață, declanșând înfloriri de alge , care stochează carbon atunci când cresc și exportă carbon când mor. Acest lucru produce rezultate oarecum similare cu fertilizarea cu fier. Un efect secundar este creșterea pe termen scurt a CO
₂, care îi limitează atractivitatea.

Alge

Algele marine cresc în zonele puțin adânci și de coastă și captează cantități semnificative de carbon care pot fi transportate către oceanul adânc prin mecanisme oceanice; algele care ajung în oceanul adânc sechestrează carbonul și îl împiedică să se schimbe cu atmosfera de-a lungul mileniilor. În plus, algele cresc foarte repede și teoretic pot fi recoltate și procesate pentru a genera biometan , prin digestie anaerobă pentru a genera electricitate, prin cogenerare / CHP sau ca înlocuitor pentru gazul natural . Un studiu a sugerat că, dacă fermele de alge marine ar acoperi 9% din ocean, ar putea produce suficient biometan pentru a furniza cererea echivalentă a Pământului pentru energia combustibililor fosili, să elimine 53 gigatone de CO
2pe an din atmosferă și produc în mod durabil 200 kg pe an de pește, de persoană, pentru 10 miliarde de oameni. Specii ideale pentru o astfel de cultivare și conversie includ Laminaria digitata , Fucus serratus și Saccharina latissima .

Procese fizice

Biochar poate fi depozitat în gropi de gunoi, poate fi folosit ca ameliorator de sol sau ars cu ajutorul captării și stocării carbonului

Legat de biomasă

Bioenergie cu captare și stocare a carbonului

Bioenergia cu captare și stocare a carbonului (BECCS) se referă la biomasa din centralele electrice și cazanele care utilizează captarea și stocarea carbonului. Carbonul sechestrat de biomasă ar fi captat și stocat, eliminând astfel dioxidul de carbon din atmosferă.

Înmormântare

Îngroparea directă a biomasei (cum ar fi copacii) imită procesele naturale care au creat combustibili fosili .

Înmormântare Biochar

Biochar este cărbune creat prin piroliza a biomasei reziduale. Materialul rezultat este adăugat la un depozit de deșeuri sau utilizat ca ameliorator de sol pentru a crea terra preta . Adăugarea de carbon organic pirogenic (biochar) este o strategie nouă de creștere a stocului de sol din C pe termen lung și de atenuare a încălzirii globale prin compensarea C atmosferic (până la 9,5 gigatoni C anual).

În sol, carbonul nu este disponibil pentru oxidare la CO
₂și eliberarea atmosferică în consecință. Aceasta este o tehnică susținută de omul de știință James Lovelock , creatorul ipotezei Gaia . Potrivit lui Simon Shackley, „oamenii vorbesc mai mult despre ceva cuprins între 1 și 2 miliarde de tone pe an”. Cu toate acestea, s-au exprimat îngrijorări cu privire la potențialul de accelerare a eliberării de biochar a carbonului deja prezent în sol.

Mecanismele legate de biochar sunt denumite bioenergie cu stocare de carbon, BECS.

Depozitarea oceanului

Dacă CO ₂ ar fi injectat pe fundul oceanului, presiunile ar fi suficient de mari pentru ca CO ₂ să fie în faza sa lichidă. Ideea din spatele injecției oceanice ar fi să avem bazine stabile, staționare de CO ₂ pe fundul oceanului. Oceanul ar putea conține peste o mie de miliarde de tone de CO ₂ . Cu toate acestea, această cale de sechestrare nu este urmărită la fel de activ din cauza preocupărilor cu privire la impactul asupra vieții oceanului și a preocupărilor cu privire la stabilitatea acesteia. O soluție biologică poate fi creșterea algelor marine care pot fi exportate în mod natural în oceanul adânc, sechestrând cantități semnificative de biomasă în sedimentele marine.

Gurile râurilor aduc cantități mari de substanțe nutritive și materiale moarte din râuri în ocean, ca parte a procesului care produce în cele din urmă combustibili fosili. Transportul materialului, cum ar fi deșeurile de recoltă, spre mare și permiterea acestuia să se scufunde exploatează această idee pentru a crește stocarea carbonului. Reglementările internaționale privind descărcarea maritimă pot restricționa sau împiedica utilizarea acestei tehnici.

Sechestrarea geologică

Sechestrarea geologică se referă la depozitarea CO ₂ subteran în rezervoare de petrol și gaze epuizate, formațiuni saline sau paturi de cărbune adânci, care nu pot fi exploatate.

Odată ce CO ₂ este captat dintr-o sursă punctuală, cum ar fi o fabrică de ciment, acesta va fi comprimat la ~ 100 bar, astfel încât acesta să fie un fluid supercritic. În această formă fluidă, CO ₂ ar fi ușor de transportat prin conductă la locul de depozitare. CO ₂ ar fi apoi injectat adânc subteran, de obicei în jur de 1 km, unde ar fi stabil de sute până la milioane de ani. În aceste condiții de depozitare, densitatea CO ₂ supercritică este de 600 până la 800 kg / m ³ .

Parametrii importanți în determinarea unui loc bun pentru stocarea carbonului sunt: ​​porozitatea rocii, permeabilitatea rocii, absența defectelor și geometria straturilor de rocă. Mediul în care CO ₂ urmează să fie depozitat are în mod ideal o porozitate și permeabilitate ridicate, cum ar fi gresie sau calcar. Gresia poate avea o permeabilitate cuprinsă între 1 și 10 ^-5 Darcy și poate avea o porozitate de până la ~ 30%. Roca poroasă trebuie acoperită de un strat cu permeabilitate redusă, care acționează ca un sigiliu, sau caprock, pentru CO ₂ . Șistul este un exemplu de caprock foarte bun, cu o permeabilitate de 10 ^-5 până la ^10-9 Darcy. Odată injectat, penele de CO ₂ vor crește prin forțe plutitoare, deoarece sunt mai puțin dense decât împrejurimile sale. Odată ce întâlnește un caprock, se va răspândi lateral până când va întâlni un gol. Dacă există zone de avarie în apropierea zonei de injecție, există posibilitatea ca CO ₂ să migreze de-a lungul avariei la suprafață, scurgeri în atmosferă, ceea ce ar putea fi periculos pentru viața din zona înconjurătoare. Un alt pericol legat de sechestrarea carbonului este seismicitatea indusă. Dacă injecția de CO ₂ creează presiuni prea mari în subteran, formația se va fractura, provocând potențial un cutremur.

În timp ce este prins într-o formațiune de rocă, CO ₂ poate fi în faza fluidului supercritic sau se poate dizolva în apa subterană / saramură. De asemenea, poate reacționa cu mineralele din formațiunea geologică pentru a precipita carbonați. Vezi CarbFix .

Capacitatea de stocare la nivel mondial în rezervoarele de petrol și gaze este estimată la 675-900 Gt CO ₂ , iar în cusăturile de cărbune neminabile se estimează a fi 15-200 Gt CO ₂ . Formațiile saline profunde au cea mai mare capacitate, estimată la 1.000-10.000 Gt CO ₂ . În SUA, se estimează că există cel puțin 2.600 Gt și cel mult 22.000 Gt capacitate totală de stocare a CO ₂ .

Există o serie de proiecte la scară largă de captare și sechestrare a carbonului care au demonstrat viabilitatea și siguranța acestei metode de stocare a carbonului, care sunt rezumate aici de Global CCS Institute. Tehnica dominantă de monitorizare este imagistica seismică, unde sunt generate vibrații care se propagă prin subsol. Structura geologică poate fi reprezentată din undele refractate / reflectate.

Primul CO pe scară largă
₂proiectul de sechestru care a început în 1996 se numește Sleipner și este situat în Marea Nordului, unde StatoilHydro din Norvegia elimină dioxidul de carbon din gazele naturale cu solvenți aminici și a eliminat acest dioxid de carbon într-un acvifer profund salin . În 2000, la Beulah, Dakota de Nord , o centrală de gaze naturale sintetice pe bază de cărbune a devenit prima fabrică de cărbune din lume pentru captarea și stocarea dioxidului de carbon, la Proiectul de dioxid de carbon Weyburn-Midale . Au urmat mai multe alte proiecte de sechestrare. Centrul de impact energetic a lansat proiectul OPEN100 în februarie 2020, care este primul plan open-source din lume pentru proiectarea, construcția și finanțarea unui reactor de apă mic, standard, sub presiune. În septembrie 2020, Departamentul Energiei din SUA a acordat 72 de milioane de dolari în fonduri federale pentru a sprijini dezvoltarea și avansarea tehnologiilor de captare a carbonului.

CO
₂a fost utilizat pe scară largă în operațiunile îmbunătățite de recuperare a țițeiului din Statele Unite începând cu 1972. Există peste 10.000 de puțuri care injectează CO
₂numai în statul Texas . Gazul provine în parte din surse antropice, dar provine în principal din formațiuni geologice mari de CO de natură naturală
₂. Acesta este transportat către câmpurile producătoare de petrol printr-o rețea mare de peste 5.000 de kilometri (3.100 mi) de CO
₂conducte. Utilizarea CO
₂pentru metode îmbunătățite de recuperare a petrolului (EOR) în rezervoarele grele de petrol din bazinul sedimentar canadian de vest (WCSB) a fost, de asemenea, propus. Cu toate acestea, costul transportului rămâne un obstacol important. Un CO extins
₂sistemul de conducte nu există încă în WCSB. Exploatarea nisipurilor petroliere Athabasca care produce CO
₂este la sute de kilometri nord de subsol Rezervoare grele de țiței care ar putea beneficia cel mai mult de CO
₂ injecţie.

Procese chimice

Dezvoltat în Olanda, o electrocataliză de către un complex de cupru ajută la reducerea dioxidului de carbon la acid oxalic ; Această conversie folosește dioxidul de carbon ca materie primă pentru a genera acid oxalic.

Carbonatarea minerală

Carbon, sub formă de CO
₂poate fi îndepărtat din atmosferă prin procese chimice și depozitat în forme minerale stabile de carbonat . Acest proces este cunoscut sub numele de „sechestrarea carbonului prin carbonatare minerală ” sau sechestrare minerală. Procesul implică reacția dioxidului de carbon cu oxizi metalici disponibili din abundență - fie oxid de magneziu (MgO), fie oxid de calciu (CaO) - pentru a forma carbonați stabili. Aceste reacții sunt exoterme și apar în mod natural (de exemplu, degradarea rocii pe perioade geologice de timp ).

CaO + CO
₂→ CaCO
₃

MgO + CO
₂→ MgCO
₃

Calciul și magneziul se găsesc în natură în mod tipic ca silicați de calciu și magneziu (cum ar fi forsterita și serpentinita ) și nu ca oxizi binari. Pentru forsterit și serpentină reacțiile sunt:

Mg
₂SiO
₄+ 2 CO
₂→ 2 MgCO
₃+ SiO
₂

Mg
₃Si
₂O
₅(OH)
₄+ 3 CO
₂→ 3 MgCO
₃+ 2 SiO
₂+ 2 H
₂O

Următorul tabel listează principalii oxizi metalici ai scoarței terestre . Teoretic, până la 22% din această masă minerală este capabilă să formeze carbonați .

Parte dintr-o serie pe
Cicluri biogeochimice
Ciclu de apă Ciclu de apă ciclul apei adânci
Ciclul carbonului Global atmosferic terestru oceanic Sechestrarea chiuveta de carbon ciclul carbonului profund carbon din sol ciuperci micorizale Păduri boreale
Ciclul nutrienților Ciclul hidrogenului Ciclul azotului impact uman nitrificare azot și licheni fixare asimilare Ciclul oxigenului Ciclul fosforului asimilare Ciclul sulfului asimilare
Ciclul rockului Ciclul calciului Ciclul de silice Ciclul carbonat-silicat
Ciclul marin Cicluri biogeochimice marine Pompa biologică bucla microbiană șunt viral Vâscoase calcaroase Vâscoase silicioase
Ciclul metanului Metan atmosferic Clatrat de metan ipoteza pistolului clatrat Emisiile de metan arctice
Alte cicluri aluminiu arsenic bor brom cadmiu clor crom cupru fluor aur iod fier conduce litiu mangan Mercur ozon – oxigen seleniu vanadiu zinc
subiecte asemănătoare Biogeochimie ciclul geochimic ciclism chimic chimia mediului Biosechestrarea Acidificarea oceanelor ploaie acidă Limitele planetare biogeochimice
Grupuri de cercetare DAAC GEOTRACE IMBER NOBM SOLAS
v t e

Aceste reacții sunt puțin mai favorabile la temperaturi scăzute. Acest proces are loc în mod natural pe perioade de timp geologice și este responsabil pentru o mare parte din calcarul suprafeței Pământului . Cu toate acestea, viteza de reacție poate fi mai rapidă, reacționând la temperaturi și / sau presiuni mai ridicate, deși această metodă necesită o energie suplimentară. Alternativ, mineralul ar putea fi măcinat pentru a-și crește suprafața și expus la apă și abraziune constantă pentru a îndepărta silica inertă, așa cum s-ar putea realiza în mod natural prin aruncarea de olivină în sursele cu energie ridicată ale plajelor. Experimentele sugerează că procesul meteorologic este destul de rapid (un an), având în vedere rocile bazaltice poroase.

CO
₂reacționează în mod natural cu roca peridotită la expunerea la suprafață a ofioliților , în special în Oman . S-a sugerat că acest proces poate fi îmbunătățit pentru a realiza mineralizarea naturală a CO
₂.

Când CO
₂este dizolvat în apă și injectat în roci bazaltice fierbinți subterane s-a demonstrat că CO
₂reacționează cu bazaltul pentru a forma minerale carbonatate solide. O instalație de testare din Islanda a început în octombrie 2017, extragând până la 50 de tone de CO ₂ pe an din atmosferă și stocându-l sub pământ în roca bazaltică.

Cercetătorii din Columbia Britanică au dezvoltat un proces cu costuri reduse pentru producerea magnezitei , cunoscută și sub numele de carbonat de magneziu , care poate sechestra CO ₂ din aer sau în punctul de poluare a aerului, de exemplu la o centrală electrică. Cristalele apar în mod natural, dar acumularea este de obicei foarte lentă.

Deșeurile de beton demolate sau betonul zdrobit reciclat sunt, de asemenea, materiale potențial cu costuri reduse pentru carbonatarea mineralelor, deoarece sunt materiale reziduale bogate în calciu.

Metoda electrochimică

O altă metodă utilizează un catalizator metalic lichid și un lichid electrolitic în care CO ₂ este dizolvat. CO ₂ se transformă apoi în fulgi solizi de carbon. Această metodă se face la temperatura camerei.

Utilizare industrială

Fabricarea tradițională a cimentului eliberează cantități mari de dioxid de carbon, dar tipurile de ciment nou dezvoltate de la Novacem pot absorbi CO
₂din aerul ambiant în timpul întăririi. O tehnică similară a fost inițiată de TecEco, care produce „EcoCement” din 2002. Un startup canadian CarbonCure preia CO ₂ captat și îl injectează în beton pe măsură ce este amestecat. Carbon Upcycling UCLA este o altă companie care utilizează CO
₂în beton. Produsul lor din beton se numește CO2NCRETE ™, un beton care se întărește mai repede și este mai ecologic decât betonul tradițional.

În Estonia, cenușa de șist uleios , generată de centrale electrice, ar putea fi folosită ca sorbanți pentru CO
₂sechestrarea mineralelor. Cantitatea de CO
₂captate în medie 60-65% din CO carbonat
₂și 10-11% din totalul CO
₂ emisiilor.

Spălători chimici

S- au propus diferite procedee de spălare a dioxidului de carbon pentru îndepărtarea CO
₂din aer, folosind de obicei o variantă a procesului Kraft . Există variante de spălare a dioxidului de carbon pe baza carbonatului de potasiu , care poate fi utilizat pentru a crea combustibili lichizi sau pe hidroxid de sodiu . Acestea includ în special arborii artificiali propuși de Klaus Lackner pentru a elimina dioxidul de carbon din atmosferă folosind scruber-uri chimice .

Legat de ocean

Depozitarea bazaltului

Sechestrarea dioxidului de carbon în bazalt implică injectarea de CO
₂în formațiuni de adâncime. CO
₂mai întâi se amestecă cu apa de mare și apoi reacționează cu bazaltul, ambele elemente bogate în alcaline. Această reacție are ca rezultat eliberarea ionilor de Ca ²⁺ și Mg ²⁺ formând minerale carbonate stabile.

Bazaltul subacvatic oferă o alternativă bună la alte forme de stocare a carbonului oceanic, deoarece are o serie de măsuri de captare pentru a asigura o protecție suplimentară împotriva scurgerilor. Aceste măsuri includ „ formarea geochimică, sedimentară, gravitațională și hidratată ”. Deoarece CO
₂hidratul este mai dens decât CO
₂în apa de mare, riscul de scurgere este minim. Injectarea CO
₂la adâncimi mai mari de 2.700 de metri (8.900 ft) asigură că CO
₂ are o densitate mai mare decât apa de mare, provocând scufundarea acesteia.

Un posibil loc de injectare este placa Juan de Fuca . Cercetătorii de la Observatorul Pământului Lamont-Doherty au descoperit că această placă de pe coasta de vest a Statelor Unite are o capacitate de stocare posibilă de 208 gigați. Aceasta ar putea acoperi întreaga emisiune de carbon actuală din SUA de peste 100 de ani.

Acest proces este supus testelor ca parte a proiectului CarbFix , rezultând 95% din cele 250 de tone injectate de CO ₂ pentru a se solidifica în calcit în 2 ani, folosind 25 tone de apă pe tonă de CO ₂ .

Neutralizarea acidului

Dioxidul de carbon formează acid carbonic atunci când este dizolvat în apă, deci acidificarea oceanului este o consecință semnificativă a nivelurilor ridicate de dioxid de carbon și limitează rata la care poate fi absorbit în ocean ( pompa de solubilitate ). S- au sugerat o varietate de baze diferite care ar putea neutraliza acidul și astfel să crească CO
₂absorbţie. De exemplu, adăugarea de calcar zdrobit în oceane îmbunătățește absorbția dioxidului de carbon. O altă abordare este de a adăuga hidroxid de sodiu în oceane, care este produs prin electroliza apei sărate sau a saramurii, eliminând în același timp deșeurile de acid clorhidric prin reacția cu o rocă de silicat vulcanic, cum ar fi enstatita , creșterea efectivă a ratei de degradare naturală a acestor roci pentru a restabili oceanul pH.

Obstacole

Creșterea ratelor de extracție a carbonului fosil

Emisiile globale anuale de carbon fosil (în gigatoni).

Începând cu anul 2019, extracția și arderea carbonului fosil de către oameni a adăugat un total de 440 GtC (gigatoni de carbon) la regiunile atmosferice, oceanice și terestre ale biosferei Pământului. Majoritatea a fost adăugată în ultima jumătate de secol. Ratele globale de extracție au crescut cu aproximativ 2% anual timp de mulți ani și acum depășesc 10 GtC / an.

Costuri financiare

Utilizarea tehnologiei ar adăuga un cost suplimentar de 1-5 cenți pe kilowatt oră, conform estimărilor făcute de Grupul interguvernamental privind schimbările climatice. Costurile financiare ale tehnologiei moderne a cărbunelui s-ar dubla aproape dacă ar fi necesară utilizarea tehnologiei CCS prin reglementare. Costul tehnologiei CCS diferă în funcție de diferitele tipuri de tehnologii de captare utilizate și de diferitele site-uri în care este implementată, dar costurile tind să crească odată cu implementarea captării CCS. Un studiu realizat a prezis că, cu noile tehnologii, aceste costuri ar putea fi reduse, dar ar rămâne ușor mai mari decât prețurile fără tehnologiile CCS.

Cerințe energetice

Cerințele de energie ale proceselor de sechestrare pot fi semnificative. Într-o singură lucrare, sechestrul a consumat 25% din capacitatea de producție nominală a uzinei de 600 megawatt.

Aplicații în politicile privind schimbările climatice

Statele Unite

Începând cu mijlocul sfârșitului anilor 2010, multe elemente ale politicii climatice și de mediu din SUA au încercat să utilizeze potențialul de atenuare a schimbărilor climatice prin sechestrarea carbonului. Multe dintre aceste politici implică fie conservarea ecosistemelor de scufundare a carbonului, cum ar fi pădurile și zonele umede, fie încurajarea practicilor agricole și de utilizare a terenurilor destinate creșterii sechestrării carbonului, cum ar fi cultivarea carbonului sau agroforesteria , adesea prin stimulente financiare pentru fermieri și proprietari de terenuri.

Ordinul Executiv privind combaterea crizei climatice la domiciliu și în străinătate, semnat de presedintele Joe Biden la 27 ianuarie 2021, include mai multe mențiuni de captare a carbonului , prin conservarea și restaurarea ecosistemelor chiuveta de carbon, cum ar fi zonele umede și pădurile. Printre acestea se numără sublinierea importanței fermierilor, proprietarilor de terenuri și a comunităților de coastă în sechestrarea carbonului, îndrumarea Departamentului Trezoreriei pentru promovarea conservării chiuvetelor de carbon prin mecanisme bazate pe piață și îndrumarea Departamentului de Interne pentru a colabora cu alte agenții pentru a crea un Corp Civil Climatic pentru a crește sechestrarea carbonului în agricultură, printre altele.

Mai multe acte legislative introduse în Congresele pe locul 116 și respectiv 117, inclusiv Legea climatice Stewardship din 2019, Act Climate Solutions Ocean Bazat din 2020 , The sol sănătos, Legea Fermierilor rezilient din 2020 , precum și sănătos Solurilor Actul sănătos climatice din 2020 , au a căutat să crească sechestrarea carbonului pe terenurile private și publice prin stimulare financiară.

Mai multe guverne de stat, inclusiv California , Hawaii , Maryland și New York , au adoptat versiuni ale unui credit fiscal pentru cultivarea carbonului , care urmăresc îmbunătățirea sănătății solului și creșterea sechestrării carbonului, oferind asistență financiară și stimulente fermierilor care practică agricultura regenerativă , cultivarea carbonului și alte practici de atenuare a schimbărilor climatice. Se estimează că Programul pentru soluri sănătoase din California a avut ca rezultat 109.809 tone metrice de CO
2 fiind sechestrate anual în medie.

Casa Albă și USDA dezvoltă planuri de a utiliza 30 de miliarde de dolari în fonduri de la Commodity Credit Corporation (CCC) pentru crearea unui program de bănci de carbon, care ar presupune acordarea de credite de carbon fermierilor și proprietarilor de terenuri în schimbul adoptării practicilor de sechestrare a carbonului, pe care le-ar putea vinde apoi pe o piață plafonată și comercializată.

Unii activiști și politicieni de mediu au criticat captarea și stocarea sau sechestrarea carbonului (CCS) ca o soluție falsă la criza climatică. Aceștia citează rolul industriei combustibililor fosili în originile tehnologiei și în lobby pentru legislația axată pe CCS și susțin că ar permite industriei să se „spele verde ” prin finanțarea și implicarea în lucruri, cum ar fi campaniile de plantare a copacilor, fără a reduce semnificativ carbonul lor emisiilor.

Vezi si

• Bioenergie cu captare și stocare a carbonului
• Carbon albastru
• Reutilizarea instalațiilor de foraj offshore pentru stocarea carbonului

Referințe

linkuri externe

Scholia are un profil pentru sechestrarea carbonului (Q15305550) .

• Carbon Sequestration Leadership Forum Inițiativa internațională de captare și stocare a carbonului.
• Consorțiul de captare și stocare a carbonului din Marea Britanie Prezentare generală a consorțiului academic din Marea Britanie axat pe cercetarea problemelor legate de captarea și stocarea carbonului.
• Sechestrarea carbonului: Știința, tehnologia și politica Programul MIT acoperă captarea și stocarea carbonului (CCS)