Wie grüner Sand Milliarden Tonnen Kohlendioxid einfangen könnte

Der grüne Sandstrand Papakōlea Beach auf Hawaii. Projekt Vesta

Zwei von Palmen gesäumte Buchten bilden zwei schmale Einkerbungen, etwa eine Viertelmeile voneinander entfernt, entlang der Küste einer unbekannten Insel irgendwo in der Karibik.

Nach einem Besuch vor Ort Anfang März stellten Forscher des gemeinnützigen Projekts Vesta in San Francisco fest, dass die Zwillingseinlässe einen idealen Ort darstellten, um eine obskure Methode zur Erfassung des Kohlendioxids zu untersuchen, das den Klimawandel antreibt.

Später in diesem Jahr plant das Projekt Vesta, ein grünes Vulkanmineral, bekannt als Olivin, auf die Größe von Sandpartikeln gemahlen, über einen der Strände zu verteilen. Die Wellen werden das hochreaktive Material weiter zersetzen und eine Reihe chemischer Reaktionen beschleunigen, die das Treibhausgas aus der Luft ziehen und es in den Schalen und Skeletten von Mollusken und Korallen einschließen.

Dieser Prozess könnte zusammen mit anderen Formen der sogenannten verstärkten Mineralverwitterung möglicherweise Hunderte von Billionen Tonnen Kohlendioxid speichern ein Bericht der National Academies aus dem letzten Jahr . Das ist weit mehr Kohlendioxid, als die Menschheit seit Beginn der industriellen Revolution ausgepumpt hat. Im Gegensatz zu Methoden zur Kohlenstoffentfernung, die auf Böden, Pflanzen und Bäumen beruhen, wäre dies effektiv dauerhaft. Und Project Vesta glaubt zumindest, dass es billig sein könnte, in der Größenordnung von 10 Dollar pro Tonne gespeichertem Kohlendioxid, sobald es in großem Maßstab durchgeführt wird.

Aber es gibt auch große Fragen zu diesem Konzept. Wie fördert, mahlt, verschifft und verteilt man die enormen Mengen an Mineralien, die erforderlich sind, ohne mehr Emissionen zu produzieren, als das Material entfernt? Und wer soll das bezahlen?

Hinzu kommen besondere Herausforderungen rund um den Ansatz von Project Vesta. Forscher wissen noch nicht, wie stark Wellen diese Prozesse beschleunigen werden, wie gut wir die Kohlenstoffaufnahme messen und überprüfen können, welche Art von Umweltauswirkungen daraus resultieren können oder wie bereitwillig die Öffentlichkeit die Idee annehmen wird, gemahlene grüne Mineralien entlang der Meeresküste zu gießen .

Vieles davon ist ungetestet, sagt Phil Renforth, außerordentlicher Professor an der Heriot-Watt University in Schottland, der sich mit verbesserter Verwitterung befasst.

Eine ungenutzte Gelegenheit

Mineralverwitterung ist einer der Hauptmechanismen, die der Planet nutzt, um Kohlendioxid über geologische Zeitskalen hinweg zu recyceln. Das im Regenwasser eingefangene Kohlendioxid löst in Form von Kohlensäure basische Gesteine ​​und Mineralien auf – insbesondere solche, die reich an Silikat, Kalzium und Magnesium sind, wie Olivin. Dabei entstehen Bikarbonat, Kalziumionen und andere Verbindungen, die in die Ozeane sickern, wo Meeresorganismen sie verdauen und in das stabile, feste Kalziumkarbonat umwandeln, aus dem ihre Schalen und Skelette bestehen.

Die chemischen Reaktionen setzen Wasserstoff und Sauerstoff im Wasser frei, um mehr Kohlendioxid aus der Luft zu ziehen. Wenn Korallen und Mollusken absterben, setzen sich ihre Überreste auf dem Meeresboden ab und bilden Schichten aus Kalkstein und ähnlichen Gesteinsarten. Der Kohlenstoff bleibt dort für Millionen bis Hunderte von Millionen Jahren eingeschlossen, bis er durch vulkanische Aktivität wieder freigesetzt wird.

Dieser natürliche Mechanismus verbraucht jährlich mindestens eine halbe Milliarde Tonnen Kohlendioxid. Das Problem ist, dass die Gesellschaft jedes Jahr ständig mehr als 35 Milliarden Tonnen ausstößt. Die entscheidende Frage lautet also: Können wir diesen Prozess radikal beschleunigen und ausweiten?

Die Idee, die Verwitterung zur Bekämpfung des Klimawandels zu nutzen, ist nicht neu. Ein in Nature veröffentlichter Artikel vorgeschlagen, Silikate zu verwenden Kohlendioxid vor 30 Jahren zu binden. Fünf Jahre später, Exxon-Forscher Haroon Kheshgi schlug vor, Branntkalk zu verwenden zum gleichen Zweck, und im selben Jahr Klaus Lackner, ein Pionier in der Kohlenstoffentfernung , bewerteten eine Vielzahl potenzieller Gesteinsarten und -methoden.

Aber die verstärkte Verwitterung hat in den Jahrzehnten seither im Vergleich zu einfacheren Ansätzen wie dem Pflanzen von Bäumen, der Änderung landwirtschaftlicher Praktiken oder sogar wenig Aufmerksamkeit erfahren CO2-saugende Maschinen bauen . Das liegt vor allem daran, dass es schwierig ist, sagt Jennifer Wilcox, eine Professorin für Chemieingenieurwesen, die am Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts die Kohlenstoffabscheidung studiert. Jeder Ansatz hat seine besonderen Herausforderungen und Kompromisse, aber die richtigen Mineralien in der richtigen Größe an den richtigen Ort unter den richtigen Bedingungen zu bringen, ist immer ein kostspieliges und komplexes Unterfangen.

Mit zunehmender Bedeutung der Kohlenstoffentfernung beginnen jedoch immer mehr Forscher, sich die Technologie genauer anzusehen Weitere Studien schließen ab dass es Möglichkeiten gibt, seine Kosten mit anderen Ansätzen in Einklang zu bringen. Wenn es im großen Maßstab billig genug ist, besteht die Hoffnung, dass CO2-Kompensationen von Unternehmen, öffentliche Richtlinien wie CO2-Steuern oder verkaufbare Nebenprodukte aus dem Prozess, wie z die im Beton verwendete Gesteinskörnung , könnten die notwendigen Anreize für Organisationen schaffen, diese Praktiken durchzuführen.

Inzwischen laufen einige Projekte. Forscher in Island waren kontinuierlich eine Kohlendioxidlösung leiten aus Kraftwerken oder Kohlenstoffentfernungsmaschinen in Basaltformationen tief unter der Erde eingefangen, wo das Vulkangestein es in stabile Karbonatmineralien umwandelt. Das Leverhulme Center for Climate Change Mitigation in Sheffield, England, führt Feldversuche an der University of Illinois in Urbana-Champaign durch, um zu beurteilen, ob Mais- und Sojafeldern zugesetzter Basaltgesteinsstaub könnte sowohl als Dünger als auch als Mittel zum Abbau von Kohlendioxid dienen.

In der Zwischenzeit untersucht Gregory Dipple von der University of British Columbia zusammen mit Kollegen von anderen Universitäten in Kanada und Australien verschiedene Verwendungsmöglichkeiten für die gemahlenen, hochreaktiven Mineralien, die als Nebenprodukt des Nickel-, Diamanten- und Platinabbaus anfallen. Eine Idee ist, sie einfach über ein Feld zu legen, Wasser hinzuzufügen und die Gülle effektiv zu bearbeiten. Sie erwarten, dass die sogenannten Minenrückstände schnell Kohlendioxid aus der Luft absaugen und mineralisieren und einen festen Block bilden, der vergraben werden kann. Ihre Modelle zeigen, dass es den CO2-Fußabdruck bestimmter Minen beseitigen oder sogar den Betrieb CO2-negativ machen könnte.

Dies ist eine der großen ungenutzten Möglichkeiten bei der Entfernung von Kohlendioxid, sagt Roger Aines, Leiter der Carbon Initiative am Lawrence Livermore National Lab. Er stellt fest, dass ein Kubikkilometer ultramafisches Gestein, das viel Magnesium enthält, eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid absorbieren kann.

Wir bauen die ganze Zeit Gestein in dieser Größenordnung ab, sagt er. In allen unseren Lösungen gibt es nichts anderes, das diese Art von Skalierbarkeit bietet.

' In der Wildnis'

Projekt Vesta enthüllte Pläne seine Pilotstudie in der Karibik im Mai voranzutreiben. Das folgte dicht auf das Online-Zahlungsunternehmen Stripe’s Ankündigung, dass es im Voraus bezahlen würde die gemeinnützige Organisation, 3.333 Tonnen Kohlendioxid für 75 US-Dollar pro Tonne zu entfernen, als Teil ihrer Verpflichtung, jährlich mindestens 1 Million US-Dollar auszugeben zu Projekten mit negativen Emissionen.

Das Projekt Vesta hat sich die örtliche Genehmigung gesichert, mit der Probenahme an den Stränden zu beginnen, und beabsichtigt, den Standort bekannt zu geben, sobald die Genehmigungen vorliegen, um mit dem Experiment fortzufahren, sagt Tom Green, der Geschäftsführer. Die Gesamtkosten für das Projekt schätzt er auf rund eine Million Dollar.

Das zentrale Ziel der Studie, die den zweiten Strand als Kontrolle in seinem normalen Zustand belassen wird, besteht darin, einige der wissenschaftlichen Unbekannten anzugehen, die die verstärkte Verwitterung an der Küste umgeben.

PROJEKT VESTA

Forschungen und Laborsimulationen haben ergeben, dass Wellen den Abbau von Olivin erheblich beschleunigen werden, und eins Papier abgeschlossen dass die Durchführung dieses Prozesses in 2 % der energiereichsten Schelfmeere der Welt alle jährlichen menschlichen Emissionen ausgleichen könnte.

Eine große Herausforderung besteht jedoch darin, dass die Materialien fein gemahlen werden müssen, um sicherzustellen, dass sich der überwiegende Teil der Kohlenstoffentfernung über Jahre und nicht über Jahrzehnte erstreckt. Einige Forscher haben festgestellt, dass dies allein so kostspielig und energieintensiv wäre und so erhebliche Emissionen verursachen würde Der Ansatz wäre nicht praktikabel . Wieder andere kommen zu dem Schluss, dass es deutlich mehr Kohlendioxid entfernen wird, als es produziert.

Es gibt eine ziemlich bedeutende Menge an Forschungsergebnissen, die zeigen, dass dies funktioniert und Potenzial hat, sagt Green. Aber jetzt müssen wir einige echte Experimente in freier Wildbahn durchführen.

Das Projekt Vesta hofft, bis Ende des Jahres Wissenschaftler an den Standort zu bringen, um mit dem eigentlichen Experiment zu beginnen. Nachdem sie das Olivin über einen der Strände verteilt haben, werden sie genau beobachten, wie schnell sich die Partikel zersetzen und wegspülen. Sie werden auch messen, wie sich der Säuregehalt, der Kohlenstoffgehalt und die Meereslebewesen in der Bucht verschieben, wie stark sich diese Werte weiter vom Strand entfernen und wie die Bedingungen am Kontrollstandort im Vergleich sind.

Das Experiment wird voraussichtlich ein oder zwei Jahre dauern. Letztendlich hofft das Team, Daten zu produzieren, die zeigen, wie schnell dieser Prozess funktioniert und wie gut wir die zusätzliche Kohlendioxidaufnahme erfassen und verifizieren können. All diese Erkenntnisse können genutzt werden, um wissenschaftliche Modelle zu verfeinern.

Ein weiterer Problembereich, den sie ebenfalls genau überwachen werden, ist potenzielle Nebenwirkungen auf die Umwelt .

Die Mineralien sind effektiv ein geologisches Antazida, daher sollten sie die Ozeanversauerung zumindest auf sehr lokaler Ebene reduzieren, was einigen empfindlichen Küstenarten zugute kommen könnte. Aber Olivin kann auch Spuren von Eisen, Silikaten und anderen Materialien enthalten, die das Wachstum bestimmter Arten von Algen und Phytoplankton und auf andere Weise stimulieren könnten Ökosysteme verändern und Nahrungsketten auf schwer vorhersehbare Weise, sagt Francesc Montserrat, Gastforscher für Meeresökologie an der Universität Amsterdam und wissenschaftlicher Berater des Projekts Vesta.

Massive Unterstützung

Einige vermuten, dass das Projekt Vesta das Potenzial überverkauft oder die Schwierigkeiten seines Ansatzes vernachlässigt, insbesondere die Wahrscheinlichkeit einer öffentlichen Gegenreaktion auf Vorschläge, Materialien entlang der Meeresküste zu gießen.

Ich glaube nicht, dass noch jemand den Teil der sozialen Lizenz getestet hat, sagt Renforth von Heriot-Watt, der als ein fungierte wissenschaftlicher Gutachter für die CO2-Käufe von Stripe .

Das Projekt Vesta’s Green erkennt die vielen Unsicherheiten in Bezug auf die Küstenverwitterung an. Aber er betont, dass der springende Punkt des Projekts darin besteht, einige der wissenschaftlichen Lücken zu füllen und zu zeigen, dass es für 10 Dollar pro Tonne getan werden kann. Wenn dies der Fall ist, werden seiner Ansicht nach Märkte, Politik und die Öffentlichkeit das Konzept zunehmend unterstützen, insbesondere angesichts der zunehmenden Risiken einer ungebremsten globalen Erwärmung.

Die Welt bewegt sich auf einen Punkt zu, an dem die Menschen beginnen, mehr an den Klimawandel zu glauben und mehr daran, dass wir etwas dagegen tun müssen, sagt er. Ich denke, wir werden in fünf bis zehn Jahren in einer Welt leben, in der die CO2-Abscheidung massiv unterstützt wird.

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