211service.com
Ett första geoteknikexperiment i sitt slag är på väg att ta sitt första steg
Forskare från Harvard planerar att skjuta upp en ballong i sommar för att testa utrustningen som behövs för de första geotekniska experimenten i stratosfären.
Cody Schroeder/Unsplash
19 februari 2021Instängd i ett långt glasrör i ett labb på bottenvåningen vid Harvard University finns en miniatyrkopia av stratosfären.
När jag besökte Frank Keutsch hösten 2019 följde han med mig ner till labbet, där röret, insvept i grå isolering, sträckte sig längs med en bänk i det bakre hörnet. Genom att fylla den med rätt kombination av gaser, vid speciella temperaturer och tryck, hade Keutsch och hans kollegor simulerat förhållandena cirka 20 kilometer över jordens yta.
När de testade hur olika kemikalier reagerar i denna försämrade luft, hoppades teamet kunna genomföra ett grovt test av ett kontroversiellt system som kallas solar geoengineering, som syftar till att motverka klimatförändringar genom att spruta in små partiklar i stratosfären för att reflektera mer av solens värme tillbaka in i Plats.
Men är stratosfären verkligen vad som finns i det röret? frågar Keutsch, professor i teknik, kemi och atmosfärsvetenskap, medan han gjorde en gest mot den. Det är frågan. Vi försöker tänka på allt, men jag skulle påstå att man aldrig riktigt vet.
Det är därför han och andra forskare, inklusive Harvard-klimatforskaren David Keith, vill flytta sina experiment ut ur leksakstratosfären och upp till den riktiga. De hoppas kunna genomföra en serie vetenskapliga ballongflygningar , varav den första skulle kunna lanseras från Esrange Space Center i Kiruna, Sverige, så snart sommaren.
'Jag hoppas verkligen att vi aldrig kommer att hamna i en situation där detta faktiskt måste göras, för jag tycker fortfarande att det här är ett väldigt skrämmande koncept och att något kommer att gå fel.'
Frank Keutsch, huvudutredare för SCoPEx
Den första flygningen kommer helt enkelt att utvärdera om flygplanets utrustning och programvara fungerar korrekt i stratosfären, där temperaturen kan sjunka under -50 ˚C och trycket varierar från en tiondel till en tusendel av mängden vid havsnivån. Men i efterföljande lanseringar hoppas forskarna att släppa ut små mängder av de typer av partiklar som kan sprida solljus.
I en värld som minskar koldioxidutsläppen för långsamt för att förhindra katastrofala klimatförändringar, kan geoteknik för solenergi köpa lite tid. Men att göra det i stor skala kan innebära att man stökar med vädermönster över hela planeten. Effekterna är oförutsägbara; på vissa ställen kan de till och med vara katastrofala.
Under de kommande veckorna kommer därför en oberoende rådgivande kommitté det är att granska de juridiska, etiska och miljömässiga frågorna kring projektet förväntas avgöra om forskargruppen ska fortsätta med den första flygningen. Kommittén måste också besluta före alla flygningar som faktiskt släpper material, och bestämma vilka steg forskargruppen bör eller måste vidta för att samarbeta med allmänheten och tillsynsmyndigheter.
Om dessa lanseringar godkänns - och det är fortfarande ett stort om - kommer de att vara de första geotekniska experimenten i stratosfären. Men innan ballongerna ens har lämnat marken är de det redan drar till sig kritik .
För farligt att använda
Idén att kyla planeten genom att sprida partiklar i atmosfären, dämpa solljus och kompensera en del av uppvärmningen som drivs av utsläpp av växthusgaser, har ett prejudikat: naturen gör det redan.
Stora vulkanutbrott som Mount Pinatubo 1991 har spytt ut miljontals ton svaveldioxid i luften, vilket sänkt den globala temperaturen under åren som följde. Svaveldioxiden som släpps ut från kolverk och fartyg ger också mätbara kyleffekter.
För vissa kritiker är att göra detta medvetet som en åtgärd mot klimatförändringar hänsynslöst att ens fundera över, än mindre experimentera med. Vissa studier har funnit att solenergigeoteknik avsevärt kan förändra nederbördsmönster och minska skörden på vissa ställen . Å andra sidan, Övrig papper har kommit fram till att miljöbiverkningarna kan vara små så länge som geoteknik görs på ett måttligt sätt .
Men all forskning som gjorts hittills, med några småskaliga undantag , har utförts i datormodeller eller laboratorieexperiment. Så Keutsch och hans kollegor hävdar att deras ballongförsök är ett avgörande nästa steg.
Grundidén för deras så kallade SCoPEx-experiment, föreslog först 2014 , är att skjuta upp en ballong, utrustad med propellrar och sensorer, som skulle släppa ut upp till två kilo partiklar under mikrometerstorlek i en ungefär kilometer lång plym. Ett trafikflygplan pumpar ut liknande mängder material varje minut, Keith konstaterar .
Sedan skulle ballongen slå runt och sakta sicksacka genom plymen från motsatt riktning. Dess sensorer skulle försöka mäta hur brett partiklarna sprids, hur de interagerar med andra föreningar och hur mycket solljus de reflekterar.
MED TILLSTÅND AV SCOPEXAllt de hittade kunde matas tillbaka till datormodeller, vilket förfinade vår förståelse av vad som sprutar hundratusentals till miljontals ton av material kan göra.
Vid det här laget hoppas teamet kunna genomföra en serie flygningar under ett antal år. Först avser de att släppa ut ett fint damm av kalciumkarbonat - den huvudsakliga ingrediensen i krita - men så småningom vill forskarna testa andra material, troligen inklusive svavelsyra (som är en biprodukt av svaveldioxiden som frigörs från vulkaner).
Men vissa fruktar att även dessa begränsade experiment är ett steg för långt.
Wil Burns, meddirektör för Institute for Carbon Removal Law & Policy vid American University, anser att det borde göras ett försök att nå någon form av global konsensus om huruvida samhället någonsin borde använda ett sådant verktyg innan utomhusexperiment går vidare.
Men för honom är svaret nej: miljökonsekvenserna är okända. Utmaningarna med att styra ett sådant verktyg är enorma – ett enda land skulle kunna utföra solenergiteknik på egen hand, men alla länder skulle påverkas. Och framtida generationer kan tvingas hantera effekterna i hundratals år. Han tillägger att vi inte kan veta vad det verkligen kommer att göra på planetarisk skala förrän det är helt utplacerat - och vid den tidpunkten kommer vi att sitta fast med eventuella torka eller andra faror tills effekterna avtar.
Vissa miljögrupper och geoteknikkritiker uppmanar regeringstjänstemän i Sverige, där den första SCoPEx-flygningen skulle starta, och cheferna för Svenska Rymdbolaget, som skulle leda dem, att motsätta sig experimenten. De hävdar inte att själva forskningen utgör miljörisker utan att den skapar en hal backe mot normalisering och användning av ett farligt och kraftfullt verktyg.
Solar geoengineering är en teknik med potential för extrema konsekvenser, och framstår som farlig, oförutsägbar och ohanterlig, lyder ett brev utfärdat av Greenpeace Sverige, Biofuelwatch och andra grupper. Det finns inget skäl för att testa och experimentera med teknik som verkar vara för farlig för att någonsin kunna användas.
Den motvillige forskaren
Keutsch säger att det är en mycket giltig rädsla att geoteknikexperiment kan göra en eventuell användning av tekniken mer sannolikt. Som han sa till mig under en intervju på sitt kontor, tycker han själv att geoteknik är fel sätt att hantera klimatförändringar. Han jämförde det med opiater som lindrar akut smärta men leder till andra problem som beroende. Den mycket säkrare och effektivare lösningen skulle vara att snabbt minska utsläppen av växthusgaser.
Men, fruktar han, klimatförändringarna är så långt framme och så sannolikt att de blir så störande att någon desperat nation kan gå vidare med geoengineering ändå. En tidigare Harvard-studie fann att kostnaden för att utveckla och flyga en flotta av specialiserade flygplan för att göra jobbet skulle kosta så lite som 2 miljarder dollar per år, vilket gör att det är inom ekonomisk räckvidd för många länder.
Eftersom det är det enda verktyget som kan göra någon verklig skillnad för globala temperaturer inom en politisk period, kan det bli ett otroligt förföriskt alternativ i länder som lider av dödliga värmeböljor, torka, hungersnöd, bränder eller översvämningar. Att använda det utan tillräcklig forskning skulle vara mycket farligt, säger Keutsch.
Harvardprofessor Frank Keutsch, huvudutredare för SCoPEx.
ELIZA GRINNELL, HARVARD SCHOOL OF ENGINEERING AND APPLIED SCIENCEFolk tror att eftersom jag forskar i geoteknik så vill jag göra geoteknik, säger han. Min uppfattning är faktiskt väldigt starkt att jag verkligen hoppas att vi aldrig kommer att hamna i en situation där detta faktiskt måste göras, för jag tycker fortfarande att detta är ett väldigt skrämmande koncept och att något kommer att gå fel.
Men samtidigt tror jag att det är väldigt viktigt att bättre förstå vad riskerna kan vara, tillägger han. Och jag tror att för den direkta forskningen jag är mest intresserad av, om det finns en typ av material som avsevärt kan minska riskerna, så tycker jag att vi borde veta om detta.
Tillsyn
Laget först hoppades att påbörja ballongflyg redan 2018 i Tucson, Arizona, och därefter utforskade planerna i New Mexico. De valde att flytta den första insatsen till Sverige på grund av covid-19 och andra logistiska och schemaläggningsutmaningar, enligt projektets webbplats.
En del av förseningen berodde på Keutsch-teamets beslut att inrätta en oberoende kommitté för att utvärdera de etiska och juridiska konsekvenserna av deras föreslagna experiment. De behövde inte ha en, eftersom forskningsinsatsen inte har någon federal finansiering. (Faktiskt, när projektet började, där var ingen amerikansk federal finansiering för geoteknisk forskning. Projektet drivs på interna Harvard-pengar och donationer från individer och grupper inklusive Bill Gates , William and Flora Hewlett Foundation, Alfred P. Sloan Foundation, och andra .)
Men Jane Long, en tidigare biträdande direktör vid Lawrence Livermore National Laboratory, rekommenderade starkt att en extern granskningskommitté inrättades. (Hon hjälpte också till att välja dess ordförande.) Det var viktigt för den här teknikens framtid att de inte ses som dåliga vetenskapsmän som springer iväg för att göra något experiment utan någon översyn, säger hon.
Long betonar att experimenten, som först föreslagits, är mycket småskaliga och sannolikt inte kommer att utgöra hälso- eller miljöfaror. Men styrelsen, säger hon, tvingar forskarna att artikulera vad arbetet är till för och att ta itu med allmänhetens oro.
Kommittén har redan gett ut en rapport som ger förslag på hur forskargruppen ska kommunicera med allmänheten före alla flygningar som släpper ut partiklar. Bland annat, det rekommenderar s skapar en genomgångsbok för att förklara problemen och bjuda in människor som bor nära ballongernas flygväg att delta i en övervägande dialog om själva experimentet samt styrning av solenergiforskning.
Ändå hävdar Burns och andra att kommittén saknar några avgörande röster, inklusive kritiker av geoteknisk forskning och representanter från fattigare länder. Och han tror att dessa blinda fläckar är uppenbara i kommitténs första rapport. Det förutsätter, och visar på en partiskhet, att vi bara gör det offentliga engagemanget för att ta reda på hur vi ska ta oss till nästa steg när det gäller fältexperiment – och det verkar skapa en slags självklarhet när det gäller vad kommer att hända och vad som ska hända, säger han.
Vad de kan lära sig
Keutschs team har redan köra datorsimuleringar utforska hur partiklarna som släpps ut från deras utrustning kommer att skingras i luften. Om och när de börjar testa detta på riktigt, borde de kunna mäta mer exakt hur fläckar av kalciumkarbonat eller svavelsyra sprider sig eller klumpar ihop sig - ett avgörande test av hur väl dessa material kan fungera för geoteknik. Om partiklarna är för stora kommer de att sjunka för snabbt ut ur stratosfären, vilket kräver mer material för att sprida samma mängd solljus.
En annan avgörande fråga är hur partiklarna kommer att reagera med andra kemikalier i stratosfären - särskilt kalciumkarbonatet, eftersom det inte förekommer där uppe naturligt.
MED TILLSTÅND AV SCOPEXTeamet valde kalciumkarbonat istället för sulfater av två skäl, säger Keutsch: sulfater äter bort det skyddande ozonskiktet, och medan de har en kylande effekt på jordens yta, värmer de upp stratosfären. Det kan röra upp vädermönster på sätt som kan vara svåra att förutse. Du försöker peta i jordsystemet på sätt som jag inte tror att våra modeller är bra på att förutsäga, säger han.
Kalciumkarbonat kommer dock med sina egna okända. De där experimenten i glasröret hittades att den inte är särskilt reaktiv med föreningarna den kommer att stöta på i stratosfären. Men hur det interagerar med andra kemikalier i verkligheten kan påverka hur mycket ultraviolett strålning som absorberas och hur mycket solljus som sprids.
Observationerna från flygningarna kan hjälpa till att förfina vår förståelse av hur mycket av dessa material som kan behövas för att sänka globala temperaturer, vilka risker att släppa dem kan innebära - eller om det kommer att fungera alls.
Men det kommer fortfarande att finnas verkliga gränser för vad forskarna kan lära sig av små ballongexperiment. De kommer inte att kunna upptäcka det långsiktiga ödet för partiklar som släpps ut i stratosfären, eftersom de snabbt blir för utspädda att upptäcka. Dessutom, erkänner Keutsch, det finns helt enkelt vissa saker som inte kan vara kända förrän någon använder solenergi geoteknik i full skala.
Jordsystemet är så komplext, säger han. Jag tror inte att vi kan förutse helt. Vi kan aldrig vara riktigt säkra på vad som kommer att hända när du gör det här.