十分な投資と戦略的な展開があれば、二酸化炭素の除去と貯蔵は、地球温暖化を生き残れるレベルに保つための重要な役割を果たすことができます。
Klaus Lacknerは未来のためにその姿を見せています.100万枚のセミトレーラーサイズの箱があり、表面積を最大にするためにシャギーカーペットのように見えるベージュの布でそれぞれ満たされています。 各箱は、呼吸しているかのように空気を吸い込みます。 そのようにして、布は二酸化炭素を吸収し、後にコンクリートやプラスチックやパイプで地中に作られた濃縮形態で放出され、気候変動に寄与する能力を事実上取り消します。
この技術はまだ運用されていませんが、「実験室から移動する寸前なので、小規模でどのように機能するかを示すことができます」と、アリゾナ州立大学の負炭素排出センターの所長であるラックナーは述べています。 彼はすべての問題を解決した後、ボックスのネットワークを組み合わせると、100トンあたり110米ドルのコストで、2日あたりおそらく30億メートルトン（2億150万トン）のCOXNUMXを回収できると考えています。人間がXNUMX年前に本格的に化石燃料を燃やし始めて以来、大気中に蓄積された気候を破壊する過剰なCOXNUMX。
ラックナーは、大気からCO2を除去し、植物、岩石、または工学的化学反応を使用して大気から炭素を回収し、それをコンクリートなどの土壌に貯蔵する方法に取り組んでいる世界中の数百人の科学者のXNUMX人です。プラスチック、岩、地下貯水池、または真っ青な海。
「私たちは、経済を脱炭素化するだけではなく、炭素目標を達成できない」 - ノア・ディッチ
二酸化炭素の除去やマイナスの排出技術として知られている戦略のいくつかは、彼らの想いを巡らすにはほんの少し驚くばかりです。 その他 - 森林の植栽や農作物の残留を野外に残すなどのハイテクな「負の排出物」の設定 昨年春にオンラインになったCO2捕獲バイオマス燃料工場 イリノイ州ディケーターでは既に進行中です。 彼らの共通の目的：気候変動の中で私たちを助けるために、私たちは自分自身を得ました。
「私たちは経済を脱炭素化するだけではなく、炭素目標を達成することもできません」と共同創設者兼エグゼクティブディレクターのノア・ディッチ氏は述べています。 カーボン除去センター カリフォルニア州オークランドにある。 「大気から炭素を取り除くことを超えなければならない。 ... 2030が安全でコスト効率の良い実際の市場と実際のソリューションを手に入れたい場合は、緊急に開始する必要があります。
多くのアプローチ
事実上すべての気候変動の専門家は、大惨事を回避するために、何よりもまず、CO2排出量の削減に全力を注ぐ必要があることに同意しています。 しかし、それだけでは不十分だと言う人が増えています。 不可逆的な変化が避けられなくなるレベルまで大気の温暖化を制限するのであれば、かなり大量のCO2を空気から積極的に除去する必要があると彼らは主張している。
アバディーン大学の植物と土壌科学の教授であるピート・スミス（Pete Smith）は次のように述べています。「2°C、1.5 [°C]世界の 気候変動緩和のリーダー.
事実、最近作成された世界中の科学者 未来への「ロードマップ」は、温暖化を2ºCの閾値以下に保つ良いオッズを与えます 化石燃料を完全に段階的に廃止することで炭素排出量を削減することに大きく依存していますが、大気からCO2を積極的に除去することも必要です。 彼らの計画では、0.61年までに年間0.67メートルギガトン（Gtと略されるギガトンは2億メートルトンまたは2030億5.51万トン）のCO2050を隔離することを求めています。17.72年までに2100、2年までに40です。人間が生成するCO2015排出量は約XNUMXGtでした。 XNUMX年には、 全国大気・大気管理局.
「2°Cを打つことはほとんど不可能であり、何らかの負の排出技術を伴わない1.5もそうではありません」 - Pete Smith
木は炭素を貯蔵することができるが、土地は農業と競合し、土は十分に貯蔵することはできず、Lacknerの考えはあまりにも多くのエネルギーを取り、地下貯蔵のために設計された工学を持っている。
修正がXNUMXつではなく、すべてに長所と短所があり、多くの場合、プライムタイムの準備が整う前に解決すべきバグがあることは事実です。 しかし、適切な組み合わせで、そしていくつかの真剣な研究開発によって、それらは大きな違いを生む可能性があります。 そして、として 気候科学者の国際チームが最近指摘した温室効果ガスの削減という課題はますます大きくなり、私たちが遅れていくにつれてより困難になるため、より早く良いものになるでしょう。
スミス氏は、多くのアプローチを2つのカテゴリーに分けることを提案しています。これは、森林再生や農業実践の改善など、準備が整っている比較的低い技術的な「後悔なしの」戦略と、実行可能になるためには相当な研究開発が必要な高度なオプションです。 その後、彼は提案し、前者を展開し、 後者に取り組む。 また、適切なアプローチを適切な場所に慎重に適合させることで、短所を最小化し、利益を最大化することを主張しています。
「おそらく、すべてのことを行う良い方法と悪い方法がある」とスミス氏は言う。 「私たちはこれらのことをする良い方法を見つける必要があると思う」
Deichも複数のオプションを同時に追求しています。 "我々は技術を望んでいない、我々は望む たくさん より包括的なポートフォリオの補完的なソリューションを提供します。このポートフォリオは、ソリューションに関する新しい情報が出現するたびに頻繁に更新されます。
そのことを念頭に置いて、さまざまなソースから抽出されたCO2貯留の可能性に関する現在の知識に基づく球場の予測など、検討されている主なアプローチのいくつかを簡単に説明します。 ミシガン大学の研究の予備的結果 メリット、デメリット、成熟度、不確実性、それぞれが最もよく適用される可能性がある状況についての考えの要約とともに、今年後半にリリースされる予定です。
植林と植林
入場料を払って、カリフォルニアのセコイア国立公園を巡る曲がりくねった道を駆け抜け、森の半マイルをハイキングすると、世界最大の樹木であるシャーマンの足元に身を置くことができます。 幹の木の52,500立方フィート（1,487立方メートル）で、巨人は 1,400メートルトン以上 （1,500トン）のCO2がトランクだけに閉じ込められています。
その大きさは明らかに例外的ですが、将軍は、空気からCO2を吸い込み、それを木、樹皮、葉、根に貯蔵する木の可能性について考えています。 実際、気候変動に関する政府間パネルは、2.5ヘクタール（1.5エーカー）の森林が、樹木の種類や樹齢にもよりますが、年間30〜1.6メートルトン（33〜2トン）のCOXNUMXを吸収できると推定しています。それらは、気候などです。
世界の森林は現在、2 Gt CO2perの順で隔離されています。 種子、成長パターン、経済、政治およびその他の変数に応じて、新しい場所（植林地）に樹木を植える努力と森林減少（森林再植林）する植林努力は、ギガトン以上に増加する可能性があります。 木材やその他の森林の炭素貯蔵と遺伝子改変を重視した森林管理の実践は、炭素を吸収し貯蔵する能力を向上させるために、これらの数値をより高く押し上げる可能性がある。
木が炭素を貯蔵する能力を高めるのに役立つもう1.3つの方法は、木造の建物や本など、木から長持ちする製品を作ることです。 たとえば、炭素が豊富な木材を建設に使用すると、森林の境界を越えて樹木の貯蔵容量を拡張でき、木材の貯蔵と植林を組み合わせることで、年間14〜2GtのCOXNUMXを実現できる可能性があります。 気候研究所によると、オーストラリアの研究機関。
炭素農業
ほとんどの農業は土地から収穫されたものを生産することを意図しています。 炭素農法は反対です。 植物を使ってCO2を捕まえ、次に戦略的に 耕作を減らし、より根付きの作物を植え、有機物を土壌に取り込む 閉じ込められた炭素が土壌に移動して滞留するのを促進する。
"現在、多くの農業、園芸、林業および庭土壌は純炭素源である。 つまり、これらの土壌は隔離されているよりも多くの炭素を失っています」とオーストラリアの非営利団体の創設者であるクリスティン・ジョーンズは言います アメージングカーボン。 「植物と土壌の管理を改善することで、大気へのCO2の正味の移動を逆転させる可能性は計り知れません。 確かに、土壌が大量の大気中の炭素を隔離して安定した形で貯蔵する能力を高める方法で植生被覆を管理することは、現在人類が直面している最も困難な問題のいくつかに対する実用的でほぼ即時の解決策を提供します。
土壌の炭素貯蔵能力は、 高度な研究プロジェクトAgency-Energy、革新的エネルギー技術の研究支援を提供する米国政府機関、および炭素を土壌に移す作物の能力を改善することを目的としたその他のものが成功している。 そして、Eric Toensmeier、 炭素農業ソリューションの著者炭素を貯蔵する農地の能力は、式に木を含めることによって劇的に増加させることができる。
"一般的には、最も多くの炭素[貯蔵]を有する樹木を組み込むのが実践であり、しばしば2倍の10倍の炭素が1ヘクタール当たり多くの炭素となる。
その他の植生
森林や農地が最も注目されていますが、草原や沿岸植生、泥炭地などの他の種類の植生もCO2を吸収して貯蔵しています。その能力を高める努力は、世界中の炭素蓄積の原因になる可能性があります。
沿岸の植物、 マングローブ、海草、潮汐塩性湿地に生息する植生などは、CO2の隔離に優れており、陸域の森林よりも面積あたりの量が大幅に多くなっています。 メレディス・ムスによると、国際大気・大気管理プログラムマネージャー。
「これは信じられないほど炭素が豊富な生態系です」とEmily Pidgeonは言います。 コンサーベーション·インターナショナル 戦略的海洋イニシアチブのシニアディレクター。 それは、それらが成長する酸素の少ない土壌がCO2の大気への放出を阻害するためです。したがって、炭素は大気中に循環して戻るのではなく、何世紀にもわたって層ごとに蓄積されます。 と マングローブは1ヘクタールあたり約1,400メートルトン（1,500トン）を隔離する（2。5エーカー）。 塩沼地、900メートルトン（1,000トン）; および海草、400メートルトン（400トン）失われた沿岸の植生を復元し、沿岸の生息地を拡張することは、実質的な炭素を隔離する可能性を秘めている。 そして、研究者たちは、汚染を減らし、堆積物の乱れを管理するなどの戦略を目指しています。 これらの生態系がさらにCO2を吸収するようにする.
そして、Pidgeonは、このような植生は、温暖化が海面水位を上昇させるために海岸線を浸食から保護するのにも役立つため、二重の気候上の利益をもたらすと付け加えています。
「これは完璧な気候変動の生態系であり、特により脆弱な地域の中では特にそうです。 "それは嵐の保護、浸食制御を提供し、地元の漁業を維持する。 気候変動の面では、話し合いの緩和か適応かにかかわらず、非常に価値があります。
バイオエネルギーとベリー
植物の部分や土壌にCO2を貯蔵する植生の能力を利用することに加えて、人間は他の方法で植物が吸収する炭素を吸収することによって隔離を強化することができます。 A 今年初めに操業を開始した208万台の発電所 イリノイの農場国の中心にあるこのアプローチの現実的な例は、大気から大量の炭素を取り除く最も有望なテクノロジーベースの戦略、すなわちバイオエネルギー炭素捕捉と貯蔵、またはBECCSとして現在広く見られているものです。
BECCSは、一般に、バイオマスを液体燃料や電気などの利用可能なエネルギー源に変換することから始まる。 しかし、それはさらに重要な一歩を踏み出します。 従来の設備のように、プロセス中にCO2を大気中に送るのではなく、コンクリートやプラスチックなどの材料で捕捉して濃縮します。また、Decatur工場の場合と同様に、地球の表面のすぐ下に炭素を閉じ込める。
関連する戦略は、陸上植物の代わりに昆布などの海洋植物を用いることを提案している。 これは、食糧生産や土地の生息地保全と競争する必要性を減らすだろう。 しかし、このオプションは陸上のBECCSほどには探究されていないので、未知数の数はさらに多くなります。
物事のストレージの終わりには、提案された技術の多くはまだコンセプトまたは初期の開発段階にあります。 しかし、正しく開発されれば、そのアプローチは「潜在的にかなりの影響力を持っている」とアバディーン大学のスミス氏は語る。
Biochar
植物の炭素貯蔵能力を向上させるもう1つの方法は、伐採スラッシュや作物廃棄物などの物質を部分的に燃焼させて、炭素が豊富で分解が遅い物質を作ることです バイオ炭それを農地に埋もれたり広げたりすることができます。 Biocharは何世紀にもわたって農業の土壌を豊かにするために使用されてきましたが、10ファイナリストの3人がUS $ 25 million アースチャレンジ 2007でVirginが立ち上げたこのアプローチを利用しています。
海を肥やす
海に生息する植物や植物のような生物は、毎年計り知れない量のCO2を吸収しますが、その能力は、成長と増殖に必要な鉄、窒素、その他の栄養素の利用可能性によってのみ制限されます。 そのため、研究者たちは、海洋に肥料を与えたり、栄養素を深部から引き上げて、炭素をトラップして貯蔵するハイパードライブ植物の能力を高めるための戦略を検討しています。
数十年前、企業はすぐに確立された世界的な炭素市場からの報酬を得る計画で、これを行うために形成を始めました。 そのような計画は、炭素に価格タグを付ける方法、漁業や海洋生態系をより一般的に混乱させる懸念、関与する可能性の高いエネルギー需要とコストに対する不確実性が大幅に不安定であることから、 さらに、我々は、捕捉された炭素が大気に再入荷するのではなく、実際に海洋に留まるかについての明確なイメージは持っていません。
ロックソリューション
CO2は、雨水と岩石の反応によって毎日大気から自然に除去されます。 一部の気候科学者は、岩石を粉砕して反応チャンバー内でCO2にさらしたり、陸や海の広い領域に広げたりして表面積を増やすなどの人工的な対策を通じて、このプロセスを強化し、大気からのCO2除去を増やすことを提案しています。反応が発生する可能性があります。
現在想像されているように、CO2を岩石と反応させることによって炭素貯蔵を強化する戦略は、大量の重い物質を輸送および処理する必要があるため、費用がかかり、エネルギーを大量に消費します。 また、広大な土地利用を必要とするものもあるため、食料生産や生物多様性保護などの他のニーズと競合する可能性があります。 研究者が探している 鉱山の廃棄物を使用する方法で、コストを削減し効率を向上させる戦略を改善します。
ダイレクトエアキャプチャとストレージ
アリゾナ州立大学のLacknerの炭素隔離容器は、 Climeworksのちょうどオープンしたスイスのカーボントラップ施設今日提案されているより広範に議論されている温室効果ガスの捕獲と貯蔵技術の一つを代表しています。 直接的な空気の捕獲と貯蔵として知られているこの手法では、化学物質や固体を使用して空気から気体を捕捉し、BECCSの場合と同様に、地下または長持ちの長距離用に保管します。
ラックナー氏によると、海面下の潜水艦やそのはるか上空の宇宙船ですでに使用されている直接空気捕獲は、理論上、植物よりも2倍効率的に空気からCOXNUMXを除去できます。
ただし、このテクノロジーは初期段階にあります。 そして、それは空気中の他のすべてからCO2分子を引き抜く必要があるので、それは巨大なエネルギーを大量に消費します。 反対に、このアプローチには、地球上のどこにでも展開できるという大きな利点があります。
ここからどこまで？
この要約から明らかなことは、次の2つです。2つは、大気からのCOXNUMXの除去を増やす戦略で、COXNUMX排出量を削減する取り組みを強化する可能性がたくさんあることです。 第二に、意味のある規模で、炭素ギャップを埋めるだけでなく、環境を保護し、より差し迫った人間のニーズを満たす方法でそれを行うことができるようになるまでには、やるべきことがたくさんあります。
「現在の技術に基づいて、2°C以下の目標を達成するのに十分なスケールで採用できる負の排出技術は実際には利用できません」と科学技術政策担当ディレクターのPeter Frumhoff氏は述べています。主任科学者 懸念される科学者の連合。 「原則として、負の排出技術を導入することは可能だが、十分な規模でこれを行うための理解や方針はない。
ますます緊急化する必要があるため、研究者は さまざまな機会の賛否両論と潜在的可能性を詳しく見てみましょう まとめて 研究アジェンダ 最も有望な人を適切な場所で適切な時期に進めることができます。 2017の5月、国立科学アカデミー勉強会が開催を開始 一連の戦略セッション 今後の研究の優先事項を特定する。
「この委員会の私たちの仕事は、これらの問題の多くを解決し、費用を削減し、プログラムの効率を上げ、規模拡大と実施、ガバナンス、特に検証の障壁を克服するための研究課題を提言することです。プリンストン大学との生態学と進化生物学の教授Stephen Pacalaは、 イニシアチブを説明するビデオ.
つまり、技術は長期的には制限要因ではないかもしれないことを覚えておくことが重要です。
最終的に炭素ストレージは安くはないとスミス氏は認めますが、気候変動もそうではないと指摘しています。
「それは技術的な課題ではないと思う」とDeich氏は語る。 「これらの解決策を明確にし、一貫して公平な規制を取る意欲と意欲を持っていると思っています」言い換えれば、炭素貯蔵を最終的に稼動させるということは、市場や政策を作り出すことです。社会的および環境的側面を考慮する。 「必ずしもそうではありません。 それは、「規模を拡大するために彼らに支払うことを望んでいる人はいますか？」
これを行う最も明白な方法は、 価格をカーボンにそれはそれを撃退するための財政的利益につながります。
最終的に炭素ストレージは安くはないとスミス氏は認めますが、気候変動もそうではないと指摘しています。
Lacknerが言っているやり方は次のとおりです。私たちは車の中で山を下ってヘアピンターンに向かって高速で移動しています。ガードレールを押して十分に減速できるかどうかはそれほど疑問ではありません私たちがそうするとき、私たちはそれを忘却に打ち出すのではなく、跳ね返ります。
CO2のトラッピングデバイスについては、「動作するかどうかは保証できません。 「私は楽観主義者だが、保証はできない。 それが機能しないかもしれないという事実、それがうまくいかない可能性は、試してはいけない言い訳ではありません。 もし我々がそれを機能させなければ、私たちが非常に厳しい時代に入ることは間違いない」 
この記事はもともとに登場しました Ensia
著者について
Mary HoffはEnsiaの編集長です。 賞を受賞したサイエンスコミュニケータである彼女は、20年以上の経験を持ち、印刷物やオンラインメディアを通じて環境の理解、尊重、管理を改善しています。 彼女はウィスコンシン大学で動物学の学士号を取得し、ミネソタ大学から科学コミュニケーション重視のマスコミュニケーションの修士号を取得しています。 mary（at）ensia（dot）comに連絡してください。
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