Auf einem 100-Fuß-Lastkahn, der im Hafen von Los Angeles festgemacht ist, haben Ingenieure eine Art schwimmendes Labor gebaut, um eine einfache Frage zu beantworten: Gibt es eine Möglichkeit, Meerwasser von Kohlendioxid zu reinigen und es dann in den Ozean zurückzuführen, damit es saugen kann? mehr Treibhausgas aus der Atmosphäre, um die Erderwärmung zu verlangsamen?
Der Ozean, der als Lunge des Planeten bezeichnet wird und dessen Pflanzen und Strömungen Kohlendioxid aufnehmen, hat der Erde bereits enorm geholfen, indem er seit der industriellen Revolution 30 Prozent der Kohlendioxidemissionen absorbiert und 90 Prozent der überschüssigen Wärme aus diesen Emissionen einfängt. Als riesige Kohlenstoffsenke war es ein entscheidender Puffer, um die Menschen vor noch schlimmeren Auswirkungen des frühen Klimawandels zu schützen.
Meerwasser kann ungefähr 150-mal mehr Kohlendioxid pro Volumeneinheit speichern als Luft. Die Absorption des Treibhausgases ist jedoch mit Kosten verbunden, was dazu führt, dass die Ozeane saurer werden, Korallenriffe zerstört und Meereslebewesen geschädigt werden, einschließlich der Behinderung von Schalentieren am Aufbau ihrer Skelette.
Die Technologie mit dem Namen SeaChange, die von der Ingenieurfakultät der University of California in Los Angeles entwickelt wurde, soll die natürlichen Fähigkeiten des Ozeans nutzen, sagte Gaurav Sant, Direktor des Institute of Carbon Management der UCLA.
Der Prozess sendet eine elektrische Ladung durch das Meerwasser, das durch Tanks auf dem Lastkahn fließt. Das löst dann eine Reihe chemischer Reaktionen aus, die das Treibhausgas in einem festen Mineral einschließen, das Kalziumkarbonat enthält – das gleiche Material, aus dem Muscheln bestehen. Das Meerwasser wird dann wieder dem Ozean zugeführt und kann der Luft mehr Kohlendioxid entziehen.
Es wird nun geplant, die Idee mit einem weiteren Demonstrationsstandort, der diesen Monat in Singapur beginnt, zu erweitern. Die dort und im Hafen von Los Angeles gesammelten Daten werden bei der Auslegung größerer Testanlagen helfen. Diese Anlagen sollen bis 2025 in Betrieb sein und Tausende von Tonnen CO2 pro Jahr entfernen können. Wenn sie erfolgreich sind, ist der Plan, kommerzielle Anlagen zu bauen, um jährlich Millionen Tonnen Kohlenstoff zu entfernen, sagte Sant.
Aber selbst wenn das Projekt Millionen Tonnen beseitigen kann, ist das immer noch tausendmal weniger als nötig ist, um den Klimawandel sinnvoll anzugehen.
„Ich sage nicht, dass das nicht funktionieren wird, aber die entscheidende Frage ist, wie viel CO2 wird es tatsächlich auf einer Skala von Jahrzehnten verbrauchen?“ sagte Margaret Leinen, Direktorin der Scripps Institution of Oceanography.
Sant widerspricht nicht. Wissenschaftler schätzen, dass ab 2050 jährlich mindestens 10 Milliarden Tonnen Kohlenstoff aus der Luft entfernt werden müssen, und das Tempo muss im nächsten Jahrhundert fortgesetzt werden.
„Das ist wirklich die grundlegende Metrik, die Sie im Auge behalten müssen“, sagte er.
Aus diesem Grund hängt der Erfolg jeder dieser Technologien davon ab, „wie schnell Sie sie aufbauen können“, fügte er hinzu.
Laut dem UCLA-Team wären mindestens 1.800 Anlagen im industriellen Maßstab erforderlich, um 10 Milliarden Tonnen atmosphärisches Kohlendioxid pro Jahr einzufangen, aber weniger könnten immer noch eine Delle machen.
Das Projekt gehört zu einer Reihe von Ideen, die von Wissenschaftlern untersucht werden, die davor warnen, dass die Reduzierung der Emissionen nicht ausreichen wird, um den globalen Temperaturanstieg auf 1,5 Grad Celsius (2,7 Grad Fahrenheit) zu begrenzen und katastrophale Veränderungen der Ökosysteme abzuwenden.
Bis vor kurzem galt ein Großteil der Aufmerksamkeit landgestützten Initiativen wie dem Pflanzen von Bäumen oder dem Bau von Fabriken, um Kohlenstoff aus Emittenten abzuscheiden, aber sie haben Einschränkungen, einschließlich der Kosten und der Landfläche, die sie bedecken würden. Wissenschaftler greifen daher zunehmend auf die Hilfe des Ozeans zurück, der 70 Prozent der Erdoberfläche bedeckt.
Zu den Ideen, die die Forscher untersuchen, gehört die Düngung der Meeresoberfläche, um eine Vermehrung von winzigem kohlenstoffabsorbierendem Phytoplankton zu bewirken. Ein anderer würde Strände mit Mineralien bestreuen, die langsam mit den Gezeiten hereingeschwemmt oder auf Küstenbetten abgelagert werden könnten, um die Alkalität des Meerwassers zu erhöhen, damit es mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre ziehen kann.
Keines der Projekte wurde auf globaler Ebene getestet, und es gibt Bedenken hinsichtlich der Manipulation des Ozeans.
Aleck Wang, Chemiker für Meereskohlenstoff an der Woods Hole Oceanographic Institution, sagte, angesichts der „boomenden“ Zahl von Forschungsprojekten zur Entfernung von Kohlendioxid aus dem Meer werde es wahrscheinlich keine einzige Lösung geben.
„Ich denke, wir brauchen alle Methoden, zumindest einigermaßen, damit wir wirklich das Ziel erreichen, nämlich die Entfernung einer riesigen Menge Kohlenstoff“, sagte er.
Forscher der UCLA Samueli School of Engineering bauten das Demonstrationssystem in zwei Jahren.
Das Besondere an dem Verfahren ist, dass es Wasserstoff produziert. Es ist auch nicht erforderlich, dass der gelöste Kohlenstoff vergraben wird. Stattdessen wird das Treibhausgas in einen Feststoff umgewandelt, der Materialien enthält, die den Ozeanen eigen sind, und freigesetzt werden kann, um sich auf dem Meeresboden abzusetzen, sagte Sant.
Um eine Tonne Kohlendioxid zu entfernen, müssen etwa 220 Tonnen Wasser durch das System fließen. Das erzeugt 35 Kilogramm Wasserstoff, sagte Sant.
Sant gründete das in Los Angeles ansässige Startup Equatic, um das Projekt zu erweitern. Es würde Einnahmen aus dem Verkauf des Wasserstoffs sowie Kohlenstoffgutschriften generieren, die Unternehmen wie die der Luftfahrtindustrie beanspruchen können, um ihre Umweltverschmutzung auszugleichen, sagte er. Ziel ist es, den Kohlenstoff zu Kosten weit unter 100 $ pro Tonne zu entfernen. Der Wasserstoff würde zu weniger als 1 US-Dollar pro Kilogramm produziert, was wesentlich weniger wäre als die derzeitigen Kosten für sauber produzierten Wasserstoff.
Das Projekt hat zig Millionen Dollar von Unterstützern wie der Chan-Zuckerberg-Initiative und dem US-Energieministerium erhalten.
Andres Clarens, ein Ingenieurprofessor an der University of Virginia, der die Entfernung von Kohlendioxid erforscht, las Sants Papier über das Projekt, das noch nicht von Experten begutachtet wurde. Er sagte, es sei ein Plus, dass der Prozess Wasserstoff produziert, aber er befürchtet, dass es viel Energie erfordern würde, um etwas zu bewirken.
Er fragt auch: „Was bedeutet es für Menschen, die das Wasser bereits zum Fischen und für andere Produktionsformen nutzen? Was bedeutet das für diese Ökosysteme?“
Sant sagte, ein Filtersystem verhindere, dass Meereslebewesen mit dem Meerwasser angesaugt werden. Er nannte die benötigte Energie „minimal“. Das System verbraucht etwa zwei Megawattstunden Energie pro Tonne entferntem Kohlendioxid, aber sein Nebenprodukt Wasserstoff produziert eine Megawattstunde Energie. Wasserstoff könnte verwendet werden, um die Systeme mit Strom zu versorgen, oder verkauft werden, um als grüner Brennstoff für die Industrie verwendet zu werden, sagte Sant.
„Der Ansatz basiert auf der Idee, dass man die Ansammlung von Kohlendioxid in der Atmosphäre reduzieren möchte“, sagte Sant.
Bei all diesen Bemühungen müssen die Risiken sorgfältig abgewogen werden, um sicherzustellen, dass die Bemühungen zur Begrenzung des Klimawandels wirklich wirksam sind und dabei dem Planeten keinen größeren Schaden zufügen, sagen Wissenschaftler.
Clarens von der University of Virginia sagte, dass das Meer der Ort sein könnte, an dem solche Lösungen gefunden werden können.
„Der Ozean ist ein wichtiger unerschlossener Ort, und deshalb bin ich sehr gespannt, ob sie das zum Laufen bringen können“, sagte er.