Hur grön sand kunde fånga upp miljarder ton koldioxid

grön sandstrand med närbild av sand

Den gröna sanden Papakōlea Beach på Hawaii. Projekt Vesta





Ett par palmkantade vikar bildar två smala skåror, ungefär en kvarts mil från varandra, längs kustlinjen på en okänd ö någonstans i Karibien.

Efter ett besök på plats i början av mars, fastställde forskare med San Francisco ideella Project Vesta att de dubbla inloppen var en idealisk plats för att studera en obskyr metod för att fånga koldioxiden som driver klimatförändringen.

Senare i år planerar Project Vesta att sprida ett grönt vulkaniskt mineral som kallas olivin, malt ner till storleken av sandpartiklar, över en av stränderna. Vågorna kommer ytterligare att bryta ner det mycket reaktiva materialet och påskynda en rad kemiska reaktioner som drar växthusgasen ur luften och låser in den i skal och skelett av blötdjur och koraller.



Denna process, tillsammans med andra former av vad som kallas förstärkt mineralvittring, skulle potentiellt kunna lagra hundratals biljoner ton koldioxid, enligt en rapport från National Academies förra året . Det är mycket mer koldioxid än vad människor har pumpat ut sedan starten av den industriella revolutionen. Till skillnad från metoder för borttagning av kol som är beroende av jord, växter och träd, skulle det vara effektivt permanent. Och Project Vesta tror åtminstone att det kan vara billigt, i storleksordningen $10 per ton lagrad koldioxid när det väl är gjort i stor skala.

Men det finns stora frågor kring detta koncept också. Hur bryter, maler, fraktar och sprider man de enorma mängder mineral som behövs utan att producera mer utsläpp än vad materialet tar bort? Och vem ska betala för det?

Sedan finns det särskilda utmaningar kring Project Vestas tillvägagångssätt. Forskare vet ännu inte hur mycket vågor kommer att påskynda dessa processer, hur väl vi kan mäta och verifiera kolupptaget, vilka typer av miljöeffekter som kan bli följden, eller hur lätt allmänheten kommer att ta till sig idén att hälla markgröna mineraler längs havsstränderna. .



Mycket av detta är oprövat, säger Phil Renforth, docent vid Heriot-Watt University i Skottland, som studerar förbättrad vittring.

En outnyttjad möjlighet

Mineralvittring är en av de viktigaste mekanismerna som planeten använder för att återvinna koldioxid över geologiska tidsskalor. Koldioxiden som fångas upp i regnvattnet, i form av kolsyra, löser grundstenar och mineraler – särskilt de som är rika på silikat, kalcium och magnesium, som olivin. Detta producerar bikarbonat, kalciumjoner och andra föreningar som sipprar sig in i haven, där marina organismer smälter dem och omvandlar dem till det stabila, fasta kalciumkarbonat som utgör deras skal och skelett.

De kemiska reaktionerna frigör väte och syre i vatten för att dra ut mer koldioxid ur luften. Samtidigt som koraller och blötdjur dör lägger sig deras kvarlevor på havsbotten och bildar lager av kalksten och liknande bergarter. Kolet förblir låst där i miljoner till hundratals miljoner år, tills det släpps ut igen genom vulkanisk aktivitet.



Denna naturliga mekanism drar ner minst en halv miljard ton koldioxid årligen. Problemet är att samhället stadigt pumpar ut mer än 35 miljarder ton varje år. Så den kritiska frågan är: Kan vi radikalt accelerera och skala upp denna process?

Tanken på att utnyttja väderleken för att bekämpa klimatförändringarna är inte ny. En tidning publicerad i Nature föreslagna användningen av silikater att fånga upp koldioxid för 30 år sedan. Fem år senare, Exxon-forskaren Haroon Kheshgi föreslog att använda bränd kalk i samma syfte, och samma år Klaus Lackner, en pionjär inom kolavskiljning , utvärderade en mängd olika potentiella bergarter och metoder.

Men förbättrad vittring har fått lite uppmärksamhet under decennierna sedan i förhållande till mer enkla metoder som att plantera träd, ändra jordbruksmetoder eller till och med bygga CO2-sugande maskiner . Det beror till stor del på att det är svårt att göra, säger Jennifer Wilcox, en kemiteknikprofessor som studerar kolavskiljning vid Worcester Polytechnic Institute i Massachusetts. Varje tillvägagångssätt har sina speciella utmaningar och kompromisser, men att få rätt mineraler i rätt storlek till rätt plats under rätt förhållanden är alltid ett kostsamt och komplext åtagande.



Fler forskare börjar dock titta närmare på tekniken i takt med att betydelsen av kolavlägsnande växer och fler studier avslutar att det finns sätt att bringa dess kostnader i linje med andra tillvägagångssätt. Om det är tillräckligt billigt i stor skala är förhoppningen att företagens koldioxidkompensationer, offentliga riktlinjer som koldioxidskatter eller säljbara biprodukter från processen, som t.ex. ballasten som används i betong , skulle kunna skapa de nödvändiga incitamenten för organisationer att utföra dessa metoder.

En handfull projekt pågår nu. Forskare på Island har varit stadigt leda en koldioxidlösning fångas upp från kraftverk eller kolborttagningsmaskiner till basaltformationer djupt under jorden, där den vulkaniska bergarten täcker den till stabila karbonatmineraler. Leverhulme Center for Climate Change Mitigation, i Sheffield, England, genomför fältförsök vid University of Illinois i Urbana-Champaign för att bedöma om basaltstensdamm tillsatt majs- och sojafält skulle kunna fungera som både gödningsmedel och medel för att dra ner koldioxid.

Samtidigt undersöker Gregory Dipple vid University of British Columbia, tillsammans med kollegor från andra universitet i Kanada och Australien, olika användningsområden för de nedgjorda, mycket reaktiva mineraler som produceras som en biprodukt av nickel-, diamant- och platinabrytning. En idé är att helt enkelt lägga dem över ett fält, tillsätta vatten och effektivt bearbeta uppslamningen. De förväntar sig att den så kallade gruvavfallet snabbt drar ner och mineraliserar koldioxid från luften och bildar ett fast block som kan grävas ner. Deras modeller visar att det kan eliminera koldioxidavtrycket från vissa gruvor, eller till och med göra verksamheten koldioxidnegativ.

Det här är en av de stora outnyttjade möjligheterna inom koldioxidavlägsnande, säger Roger Aines, chef för Carbon Initiative vid Lawrence Livermore National Lab. Han konstaterar att en kubikkilometer ultramafisk sten, som innehåller höga halter magnesium, kan absorbera en miljard ton koldioxid.

Vi bryter sten i den skalan hela tiden, säger han. Det finns inget annat som har den typen av skalbarhet i alla lösningar vi har.

' I det vilda'

Projekt Vesta avslöjade planer att gå vidare med sin pilotstudie i Karibien i maj. Det följde noga med onlinebetalningsföretaget Stripe's tillkännagivande om att den skulle betala i förskott den ideella organisationen tar bort 3 333 ton koldioxid för 75 USD per ton, som en del av sin åtagande att spendera minst 1 miljon dollar årligen om negativa utsläppsprojekt.

Project Vesta har säkrat lokalt tillstånd att börja utföra provtagningar på stränderna och har för avsikt att tillkännage platsen när det är slutgiltiga godkännanden för att gå vidare med experimentet, säger Tom Green, verkställande direktören. Han uppskattar den totala kostnaden för projektet till cirka 1 miljon dollar.

Det centrala målet med studien, som kommer att lämna den andra stranden i sitt normala tillstånd som en kontroll, är att börja ta itu med några av de vetenskapliga okända som omger kustnära förstärkt väderlek.

En grön sandstrandPROJEKT VESTA

Forskning och labbsimuleringar har funnit att vågor avsevärt kommer att påskynda nedbrytningen av olivin, och en papper avslutat att genomförandet av denna process över 2 % av världens mest energirika hylla skulle kunna kompensera för alla årliga mänskliga utsläpp.

Men en stor utmaning är att materialen måste finmalas för att säkerställa att den stora majoriteten av kolavlägsnandet utspelar sig över år snarare än decennier. Vissa forskare har funnit att detta skulle vara så kostsamt och energikrävande och producera så betydande utsläpp på egen hand att tillvägagångssättet skulle inte vara genomförbart . Ändå drar andra slutsatsen att det kommer att ta bort betydligt mer koldioxid än det producerar.

Det finns en ganska betydande mängd forskning som visar att detta fungerar och har potential, säger Green. Men nu måste vi göra några riktiga experiment i det vilda.

Project Vesta hoppas få forskare till platsen för att påbörja själva experimentet i slutet av året. Efter att de spridit olivinen över en av stränderna kommer de noga att övervaka hur snabbt partiklarna bryts ner och sköljs bort. De kommer också att mäta hur surhet, kolhalter och marint liv förändras i viken, samt hur mycket dessa nivåer flyttas längre från stranden och hur förhållandena på kontrollplatsen jämförs.

Experimentet kommer sannolikt att pågå ett eller två år. I slutändan hoppas teamet kunna producera data som visar hur snabbt denna process fungerar och hur väl vi kan fånga och verifiera ytterligare koldioxidupptag. Alla dessa fynd kan användas för att förfina vetenskapliga modeller.

Ett annat område av oro, som de också kommer att övervaka noga, är potentiella miljöbiverkningar .

Mineralerna är i själva verket geologiska antacida, så de bör minska havsförsurningen åtminstone på mycket lokala nivåer, vilket kan gynna vissa känsliga kustarter. Men olivin kan också innehålla spårmängder av järn, silikat och andra material, vilket kan stimulera tillväxten av vissa typer av alger och växtplankton, och på annat sätt förändra ekosystemen och näringskedjor på sätt som kan vara svåra att förutse, säger Francesc Montserrat, gästforskare i marin ekologi vid universitetet i Amsterdam och vetenskaplig rådgivare till Project Vesta.

Massivt stöd

Vissa tyder på att Project Vesta kanske översäljer potentialen eller bortser från svårigheterna med sitt tillvägagångssätt, särskilt sannolikheten för offentliga reaktioner mot förslag om att hälla material längs havsstränder.

Jag tror inte att någon har testat den sociala licensdelen ännu, säger Heriot-Watts Renforth, som agerade som en vetenskaplig granskare för Stripes kolinköp .

Project Vesta's Green erkänner de många osäkerheterna kring kustvittring. Men han betonar att hela poängen med projektet är att fylla i några av de vetenskapliga tomrummen och visa att det kan göras för 10 dollar per ton. Om så är fallet, tror han, kommer marknader, politik och allmänheten i allt högre grad att stödja konceptet, särskilt när riskerna för okontrollerad global uppvärmning ökar.

Världen går mot en plats där människor börjar tro mer på klimatförändringarna och mer att vi behöver göra något åt ​​det, säger han. Om fem till tio år tror jag att vi kommer att leva i en värld där det finns massivt stöd för kolavskiljning.

Dölj